一、关键路径

关键路径通常是指同步逻辑电路中，组合逻辑时延最大的路径（这里我认为还需要加上布线的延迟），也就是说关键路径是对设计性能起决定性影响的时序路径。也就是静态时序报告中WNS（Worst Nagative Slack）对应的路径。

优化关键路径的方法：

1、在组合逻辑内插入寄存器，进行流水线处理

2、重定时，使寄存器之间的延迟趋近于平衡

3、操作符平衡。加法树、成法树。

4、消除优先级

5、逻辑复制，降低扇出。

6、关键信号后移。

关键输入应该在逻辑最后一级提供，其中关键输入为芯片、Slice、或者LUT提供的时延最大的输入，比如在if…else if…链中，将关键信号放在最低一级。

module if_test(
    input               i_clk                   ,
    input               i_rst                   ,
    input [2:0]         i_a                     ,
    input [2:0]         i_b                     ,
    input               i_c                     ,
    output [2:0]        o_q
);

reg [2:0]        ro_q            ;

assign o_q = ro_q                ;
 
always@(posedge i_clk,posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_q <= 'd0;
    else if(i_a == 2)
        ro_q <= i_a;
    else if(i_b == 4 && i_c )
        ro_q <= i_b + i_a;
    else
        ro_q <= o_q;
     

上图中，ro_q[2]_i_3的LUT作为变量去控制ro_q[2]_i_1,证明了i_a == 2的优先级比i_b == 4 && i_c大，并且i_a == 2经历的路径更长。

二、静态时序分析的作用

参考：什么是STA静态时序分析，有什么作用？【FPGA/数字IC笔试面试】

静态时序分析的作用：

STA静态时序分析（Static Timing Analyse）,属于验证的范畴，是从时序上对综合后的网表进行验证，检查电路是否存在建立时间、保持时间等违例。

STA与形式验证不同，STA从时序上验证，形式验证从功能上验证。

STA的工具有Synosys的Prime Time。

（1）静态时序分析是一种验证数字集成电路时序是否合格的验证方法；

（2） 静态时序分析的前提是同步逻辑设计（重要！），不能分析异步电路；

（3） 静态时序分析工具计算路径延迟的总和，并比较相对于预定义时钟的延迟；

（4） 静态时序分析仅关注时序间的相对关系，而不是评估逻辑功能；

（5） 静态时序分析对所有的时序路径进行错误分析，不需要使用测试向量激活某个路径（与时序仿真的不同点），分析速度比时序仿真工具快几个数量级，克服了动态时序验证的缺陷，适合大规模的电路设计验证，在同步逻辑情况下，能够达到100%的时序路径覆盖；

（6） 静态时序分析的目的是找到隐藏的时序问题，根据时序分析结果优化逻辑或者约束条件，使设计达到时序闭合（Timing Closure）；

（7） 静态时序分析能够识别的时序故障：建立时间（Setup）/保持时间（Hold）/恢复时间（Recovery）/移除时间（Removal）检查；最小跳变和最大跳变；时钟脉冲宽度、时钟畸变（Skew、Jitter）；总线竞争；不受约束的逻辑通道；关键路径；约束冲突等；

常用时序分析的概念：

setup time：时钟有效沿到来之前，数据必须保持稳定的最短时间，对应的是数据路径的最大延时；

与寄存器的时钟有关。

hold time：保持时间：时钟有效沿到来之后，数据必须保持稳定的最短时间，对应的是数据路径的最小延时

与寄存器的时钟无关。

建立时间或者保持时间不满足导致数据采样出错，亚稳态 现象。

recovery time：时钟有效沿来临之前，异步复位已经撤销的最小时间（复位已经无效的最小时间，对应于数据的恢复）；

即在时钟有效沿来临之前，复位就要撤销，数据就要开始恢复的正常状态的时间。

与寄存器的复位有关。

removal time：时钟有效沿来临之后，异步复位需要保持有效的最小时间，类似时钟的 hold。

STA 的时序路径

STA 四种时序路径：

路径1：输入端口到寄存器的数据输入 D，

路径2：内部寄存器的时钟输入端到下一个寄存器的数据输入 D，

路径3：内部寄存器的时钟输入端到输出端口；

路径4：输入端口到输出端口。

每条时序路径包含 1 个起点和 1 个终点，

起点只能是设计的基本输入端口或内部寄存器的时钟输入端，

终点只能是内部寄存器的数据输入端或设计的基本输出端口。

对于路径 3，分析根据寄存器的 Tco 延迟和组合路径延迟等分析 setup 和 hold 是否满足。

对于路径 1 和 3，可以加入 input delay 和 output delay 来分析，来满足寄存器的建立/保持时间要求。

三、形式验证

参考：什么是STA静态时序分析，有什么作用？【FPGA/数字IC笔试面试】

形式验证，属于验证范畴，从功能上对综合后的网表进行验证，常用的是等价性检验，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，检验是否在功能上存在等价性，保证综合后没有改变原先HDL描述的功能。

形式验证的工具：Synopsys 的Formality

STA ：时序路径覆盖率 100%，穷尽所有时序路径，验证时序；

形式验证：验证功能；