こんにちは、マス男です。
“タイミング解析シリーズ” の第4回です。
新人研修で最も難しかったのが、タイミング解析の講義でした。本コラムでは、タイミング解析の講義資料やノートをまとめ、つまずいた点をご紹介したいと思います。
TimeQuest Timing Analyzer の解析結果は“スラック値”で表現されます。この意味についてご紹介いたします！
スラック値がマイナスだとタイミング・エラー
図1は、タイミング解析の結果です。TimeQuest Timing Analyzer では、スラック値の正負によって、タイミング制約を満たすかどうかを判断します。
図1．タイミング解析レポートの一部
マス男の頭の中は、 “スラック値？がマイナスのときタイミング・エラー？？？？” でした。スラック値を理解することがとても難しかったです。下記4つのパラメータを理解することで、スラック値を理解できました。
・データ到着時間 （ Data Arrival ）
・クロック到着時間 （ Clock Arrival ）
・セットアップのデータ要求時間 （ Setup Data Required ）
・ホールドのデータ要求時間 （ Hold Data Required ）
スラック値に関する4つのパラメータについて
スラック値を理解する為に、4つのパラメータをおさえました。
データ到着時間（ Data Arrival ）
受信レジスタの D 入力にデータが到達するまでの時間。
図2より、（式1）を導くことができます。
図2．データ到着時間の概略図
クロック到着時間 （ Clock Arrival ）
受信側レジスタのクロック入力にクロックが到着する時間。
図3より、（式2）を導くことができます。
図3．クロック到着時間の概略図
セットアップのデータ要求時間 （ Setup Data Required ）
受信側レジスタが正しくデータを受け取るためには、この時間内に信号が到着する必要があります。
図4より、（式3）を導くことができます。
図4．セットアップデータ要求時間の概略図
ホールドのデータ要求時間 （ Hold Data Required ）
受信側レジスタが正しくデータを受け取るためには、この時間以降に信号が到着する必要があります。これより早いと、前サイクルのデータに干渉します。
図5より、（式4）を導くことができます。
図5．ホールドデータ要求時間の概略図
スラック値の定義式
動作周波数（ Fmax ）の定義式と上記4つのパラメータからスラック値を理解することができました。動作周波数（ Fmax ）の定義式については 『タイミング解析シリーズ1 タイミング解析の概念』 を参照下さい。
◆セットアップ・スラック
セットアップ・スラックとはセットアップのデータ要求時間が満たされるタイミング・マージン。ラッチを満たすためにデータがその時間内に到着することを保証します。
セットアップ・スラック = セットアップのデータ要求時間 － データ到着時間
ここで、（式1）（式4）を代入
= （クロック到着時間 － Tsu ）－（ 送信エッジ + TCLK1 + μTco + TdataDelay ）
ここで、（式2）を代入
=（受信エッジ + TCLK2 － Tsu ）－（ 送信エッジ + TCLK1 + μTco + TdataDelay ）
= （受信エッジ － 送信エッジ） ＋ TdataDelay ＋（TCLK2－TCLK1）－ Tsu － μTco
ここで、（式5）を代入
= 1クロック・サイクル － 1/Fmax
※1クロック・サイクルは希望の動作周波数。1/Fmax は動作周波数の計算結果。
◆ホールド・スラック
ホールド・スラックとはホールドのデータ要求時間が満たされるタイミング・マージン。ラッチデータが別の立ち上がりエッジからのデータによって干渉されないことを保証します。また、データの突き抜けを防ぐことにもなります。
ホールド・スラック = データ到着時間 － ホールドのデータ要求時間
= 1クロック・サイクル － 1/Fmax
※1クロック・サイクルは希望の動作周波数。1/Fmax は動作周波数の計算結果。
したがって、
（式6）より、スラック値とは“実現したい動作周波数”と“実際のユーザー・デザインでの実現性を計算した動作周波数”の差分となっていました。
つまり、スラック値とは“理想”と“現実”の動作周波数のギャップなんですね～。
マス男も日々、理想と現実のギャップに直面し、奮闘しております。理想に一歩でも近づけるよう、日々精進しております！！
まとめ
スラック値 ＞ ０ のとき タイミングを満たす
スラック値 ＜ ０ のとき タイミング・エラー