I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9 ,   pp .   628 ~ 636   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 4 .i 2 . pp 628 - 636             628       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   T i m i n g   v i o l a t i o n   r e d u c t i o n   i n   t h e   f p g a   p r o t o t y p e d   d e si g n   u s i n g   f a i l e d   p a t h   f i x e s   a n d   t i m e   b o r r o w i n g   t e c h n i q u e s       S al ah u d d i n   S avu gath al i ,   M u s l i m   M u s tap a,   M o h amm e d   S h ar az e l   R az a l i ,   F a z r u l   F ai z   Za k ar i a   S c hoo l   o f   C o m put e r   a nd   C o m m uni c a t i o E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r i s t y   M a l a y s i a   P e r l i s ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e O c t   1,   2018   R e v i s e D e c   10,   2018   A c c e pt e J an   25,   201 9       A   f a s c i na t i ng   pr o pe r t y   of   a   l a t c h - ba s e d e s i g i s   t h a t   t he   c o m bi na t i o na l   pa t h   de l a y   i s   a l l o w e d   t o   be   l o ng e r   t h a n   t h e   c l o c c y c l e   a s   i t   c a bo r r o w   t i m e   f r o m   t he   s ho r t e r   p a t h s   i t he   s ubs e que nt   l o g i c   s t a t e s .   T i m e   bo r r o w i ng   t e c hni que   i s   a   c o m m o m e t ho us e t o   s a t i s f y   t i m i ng   v i o l a t i o i a F P G A   pr o t o t y pe de s i g n.   T h e   pu r po s e   o f   t h i s   pa p e r   i s   t o   r e v i e w   t he   c ur r e n t   m e t ho do l o g y   i nv o l v e i n   S o C   de s i g p r o t o t y pi ng   us i ng   a   S y no ps y s   P r o t o c om pi l e r   a nd   H A P S - 80  pl a t f o r m   a n p r o po s e   a a pp r o a c by   f i xi ng   t he   f a i l e d   pa t h   i a   l a t c due   t o   t h e   g a t e c l o c c o nv e r s i o ( G C C )   pr o c e s s   d ur i ng   t h e   s y nt he s i s   s t a g e   w h i c c o ul l e a t o   t he   t i m i ng   v i o l a t i o n.   T w o   t e c hn i qu e s   a r e   a ppl i e i n   t hi s   pa pe r   na m e l y   t i m e   bo r r o w i ng   t e c hni qu e   a nd  o ur   p r o po s e t e c hni qu e ,   F a i l e P a t F i xe s   t o   r e duc e   t h e   t i m i ng   v i o l a t i o i t he   F P G A   pr o t o t y pe de s i g n.   T h e   r e s u l t   s ho w s   t ha t   t he   a pp l i e t e c hn i que s   a r e   a b l e   t o   c l o s e   t he   t i m i ng   v i o l a t i o i n   t h e   de s i g w i t h   a a v e r a g e   o f   90 %   i m p r o v e m e nt .   Ke y w or ds :   F a i l e p a t h   f i xe s   o l a t c h e s   FPGA   FPGA  p r o t o t y p e d e s i gn   G a t e c l o c c o n v e r s i o n   T i m e   b o r r o w i n g   T i m i n g   v i o l a t i o n   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S a l a huddi S a v uga t ha l i ,     S c h o o l   of   Co m put e a nd  Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i ng,   U n i v e r i s t y   M a l a y s i a   P e r l i s ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   s a l a h udd i n @ s t ude n t m a i l . u ni m a p. e du . m y       1.   I N TR O D U C TI O N     N ow a da y s ,   t h e   S o de s i gn   h a s   b e c o m e   o n e   of   t h e   m a i n s t r e a m   i n   e l e c t r o ni c   de s i gn   a m o n t h e   s e m i c o n duc t o r   i n dus t r y   [1].   T h e   a dv a n c e   o f   t e c h n o l o g y   a n d   h i g c o m pe t i t i o n   ra t e s   b e t w e e n   i n dus t ri e s   h a v e   i n di r e c t l y   l e t h e   e l e c t r o ni c   c i r c ui t   de v e l o p e r   t o   p r o po s e   a   m o r e   c o m pl e a n d   l a r ge   S o de s i g n.   D ue   t t h e   l a r ge   s i z e   a n hi g h   c o m pl e xi t y   of   t h e   m o de r n   S o de s i gn,   i t   c a us e a   bo t t l e n e c i n   t h e   v a l i da t i o n   s t a ge .   T h e   m a i n   c a us e   f o r   t h e   b o t t l e n e c i s   l o n ge t i m e   t a ke n   t o   v a l i da t e   t h e   de s i gn   f u n c t i o na l i t i e s   [1]  a nd  hi g h - c o s t   n e e t o   b e   i n v e s t e by   t h e   s e m i c o n duc t o i n d us t r y   t o   f i t h e   e rr o [2] .   O n e   o f   t h e   t e c hni que s   us e i n   t h e   s e m i c o n duc t o r   i n dus t r y   t o   e l i m i na t e   t h e   c h a l l e n g e s   i n   t h e   v a l i da t i o n   s t a ge   i s   by   h a v i n a n   F P G A   pr o t o t y pi n t e c hn i q ue   w h i c h   i s   a b l e   t o   s o l ve   t h e   b o t t l e n e c p r o b l e m .   T h e   m a i i de a   o f   t hi s   t e c hni que   i s   t o   pr o t o t y p e   a   S o d e s i gn   o n   a n   F P G A   s o   t h a t ,   t h e   de s i gn   c a b e   v a l i da t e i n   a   p r e - s i l i c o n   s t a ge   [2] .   F i gu r e   1   s h o w s   a F P G A   p r o t o t y pi n g   f l o w   us i n t h e   S y n o ps y s   P r o t o c o m pi l e t o o l .   S o de s i gn   m us t   b e   r e w o r ke t o   m e e t   t h e   F P G A   b a s e r e qui r e m e nt   due   t o   t h e   di f f e r e n c e s   i n   a r c hi t e c t u r e   a nd  m e m o r y   m o dul e s   b e fo r e   m a p pi n g   i nt o   a F P G A .   T o   o b t a i a   p r o t o t y pe de s i gn   r e a dy ,     f e w   s t a ge s   a r e   v i s i t e o n   t h e   p r o t o t y pi n g   f l ow   w h i c h   b e gi n s   w i t h   a   c o m pi l a t i o o f   t h e   R T L   a nd  s ub s e que n t l y   t hr o ugh  t h e   p r e - m a p ,   m a a n f i n a l l y   pl a c e s   a n r o ut e   s t a ge   o n   V i v a do   t o o l .   T h e   ge n e r a t e b i t   c o n f i gura t i o f i l e   a t   t h e   e n d   o f   pr o t o t y pi n g   f l ow   w i l l   b e   c o n f i gur e i n t o   t h e   h a rdw a r e   b e fo r e   e xe c ut i n g   t h e   v a l i d a t i o t e s t .   In   F P G A   pr o t o t y pi n f l ow ,   de s i gn   pe r f o r m a n c e   i s   o n e   of   t h e   m a i n   c ha l l e nge s   t o   b e   f a c e i n   t h e   s e m i c o n duc t o r   i n d us t r y .   O n e   of   t h e   de s i gn   pe r f o r m a n c e   c ha l l e n ge s   fo c us e o n   t h i s   r e s e a r c h   i s   t h e   n e ga t i v e   s l a c ge n e r a t e duri n de s i g n   p r o t o t y pi n w h i c h   c o ul l e a t o   t h e   F P G A   pr o t o t y pe d e s i gn ’s   t i m i ng  r e qui r e m e nt   v i o l a t i o [3] .   T i m i n g   c h e c i s   d i v i de i nt o   t w o ;   s e t up  a n d   h o l t i m i n g .   T h e   p r e s e n t   o f   n e ga t i v e   s l a c ks   w h i c h   i s   l e s s   t ha a i de a l   v a l ue   o f   0n s   c o ul v i o l a t e   t h e   f un c t i o n a l i t i e s   of   t h e   F P G A   p r o t o t y pe de s i gn .   I t   i s   n e c e s s a r y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T i m i ng   v i ol a t i on   r e d uc t i on   i t he   f p ga  pr o t ot y p e d   de s i g us i ng  f ai l e d   pat f i x e s   ( Sal a hudd i S av ug at ha l i )   629   t o   v e r i fy   t h a t   F P G A   p r o t o t y pe   de s i gn   m e e t s   t h e   t i m i n g   r e qui r e m e n t   a nd  a b l e   t o   w o r w i t h   t h e   i nt e nde c l o c k   s pe e d.   T h e r e f o r e ,   i n   t hi s   pa pe r ,   a   r o o t   c a us e   f o r   t h e   v i o l a t i o n   o f   t i m i n r e qui r e m e nt   i n   t h e   de s i g n   w i l l   b e   a n a l y z e b e fo r e   a ppl y i n t h e   t i m e   b o r r o w i n t e c hn i q ue   a nd  o ur   p r o po s e t e c hn i que   F a i l e P a t h   F i xe s   t r e duc e   t h e   t i m i n v i o l a t i o n   a s   m o de rn   S o t i m i ng  c l o s ur e   c r i t i c a l l y   d e pe n ds   upo n   t h e   e ff e c t i v e n e s s   of   t h e   t i m i n g   f i xe s   a n d   i t s   i m p l e m e nt a t i o n   [4 ].           F i gu r e   1 .   FPGA  P r o t o t y pi n F l o w       T h i s   p a pe r   i s   o r g a n i z e a s   f o l l ow ;   S e c t i o n   de s c r i b e s   a e xi s t i n t e c hn i q ue   t o   c l o s e   t h e   t i m i n g   r e qui r e m e nt   v i o l a t i o n. W hi l e   S e c t i o d i s c us s e s   t h e   s t e i m pl e m e nt e i t hi s   r e s e a r c f r o m   t h e   a na l y z a t i o of   t h e   f a i l e de s i gn   u nt i l   t h e   i m pl e m e n t a t i o n   o f   t h e   a pp r o a c h e t e c hn i que s .   S e c t i o n   w i l l   s um m a ri z e   t h e   a pp r o a c h e d   t e c hni que s   w i t t h e   pe r c e nt a ge   o f   t h e   i m p r o v e m e n t .       2.   LI TER A TU R R EV I EW     T h e r e   a r e   p l e nt y   of   c h a l l e n ge s   ha b e e n   h i g hl i g ht e i n   t h e   p r e v i o us   r e s e r a c h   w h i l s t   i n   t h i s   r e s e a r c h,   r e duc i n t h e   t i m i ng  v i o l a t i o n   w i l l   b e   fo c us e o n   t h e   s i n gl e   F P G A   pr o t o t y pi n g .   I n   t h i s   s e c t i o n,   a o v e r v i e w   fo r   t i m i ng  a na l y s i s   of   l a t c h - b a s e c i r c ui t   w i l l   b e   di s c us s e d.   A   b a s i c   f un da m e n t a l   o f   t i m i n v i o l a t i o n,   t h e   r o o t   c a us e   fo r   t h e   f a i l u r e   o f   t h e   t i m i ng  t o   m e e t   i t s   s pe c i f i c a t i o f o r   F P G A   p r o t o t y pi n a n d   a l s o   t h e   t e c hni que s   a v a i l a b l e   a n d   i m pl i e by   pr e v i o us   r e s e a r c h e d   w i l l   b e   di s c us s e f ur t h e r.       2. 1 .     S e tu p   Ti m i n C h e c k   S e t up  t i m e   i s   a   m i n i m u m   a m o unt   o f   t i m e   t ha t   a   d a t a   s h o ul d   h o l s t a b l e   be f o r e   t h e   c a pt u r e   e v e n t   t o   e n s u r e   t h e   d a t a   a r e   r e l i a b l y   s a m pl e by   t h e   c l o c k.   T h i s   c h e c i s   a pp r o a c h e i n   o r de t o   m a ke   s u r e   t h e   pr o pa g a t i o s i g na l   f r o m   o n e   po i n t   t o   a n o t h e po i nt   i s   n o t   t a ki n g   m o r e   t ha t h e   r e qu i r e t i m e .     2. 2 .     H o l d   T i m i n C h e c k   H o l t i m e   i s   a   m i ni m um   a m o u n t   o f   t i m e   t h e   da t a   s i g na l   s h o u l h o l s t a b l e   a f t e r   t h e   c a pt u r e   e ve n t   s t h a t   t h e   d a t a   a r e   r e l i a b l y   s a m pl e by   t h e   c l oc k.   P urpo s e   of   t hi s   c h e c i s   t o   a s s u r e   t ha t   t h e   d a t a   w i l l   n o t   c h a nge   w h i l e   t h e   s e que n t i a l   c e l l   i s   i t h e   p r o c e s s   of   c a pt u r i ng  i t .     F i gu r e   1   1   c o n c l ude s   b o t h   s e t up   a nd  h o l d   t i m e s   o f   a   l a t c h   a re   m e a s u r e r e l a t i v e   t o   t h e   t r a i l i ng  e dge   of   t h e   c l oc k.   T h e r e f o r e ,   t h e   l o n ge s t   pa t h   a m us t   a rri v e   a t   n e xt   l a t c h   L b e fo r e   s e t up  t i m e   a n t h e   s h o r t e s t   pa t a m us t   r e a c h   n e xt   l a t c L a f t e r   h o l d   t i m e   i n   o r de r   t o   a c h i e v e   t h e   t i m i ng  r e qu i r e m e n t .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     628     6 36   630       F i gu r e   1 .   L a t c h e s   t i m i n g   d i a g ra m   [5 ]       2. 3 .     G a te d   C l o c k   C o n v e r s i o n   Cl o c ga t i n i s   a n   e ff e c t i v e   t e c h ni que   us e m o s t l y   i n   t h e   S o de s i gn   t o   s a v e   d y n a m i c   po w e r ,   w h e r e   t h e   pe c ul i a r   c l o c w i l l   b e   s h ut   do w n   w h e n   i t   i s   n o t   r e qui r e [6] .   Cl o c ga t i n c a n   b e   di v i de i n t o   t w a pp r o a c h e s ,   w h i c h   o n e   o f   t h e m   i s   R T L   c l o c ga t i n g.   R T L   c l o c ga t i ng  i s   us e f o r   o pt i m i z a t i o n   a n d   i m p r o v i n g   t h e   e f f i c i e n c y   of   t h e   S o de s i gn.   R T L   c l o c ga t i n g   i s   de s i g n e i n t o   t h e   S o a r c h i t e c t u r e   a s   a   p a r t   of   R T L   f un c t i o n a l i t y   w h e r e   a l l   t h e   f un c t i o n a l i t i e s   a n c l o c fo r   t h e   pa s s i v e   b l o c w i l l   b e   b l oc ke d.     A s   a n   e ff e c t   of  t h a t   a pp r o a c h ,   a   b l oc o l o gi c   i s   n o t   r e qui r e fo r   s w i t c h i n f o r   m a n y   c y c l e s   t h e n   s ub s t a n t i a l   d y n a m i c   po w e r   i s   p r e s e r v e [7] .   M o de r n   F P G A   s y n t h e s i s   t o o l s   l i ke   S y n o ps y s   pr o t o c o m pi l e r   pe r f o r m   t hi s   pr o c e s s   a ut o m a t i c a l l y   w i t h o ut   ha v i ng  t h e   us e r   t o   c h a nge   t h e   R T L   [8] .   H ow e v e r ,   t h e   s y n t h e s y s   t oo l   i s   n o t   a b l e   t o   pe r f o r m   ga t e c l o c k   c o n v e r s i o n   fo r   c o m pl e ga t i n l o gi c   a n ga t e c l o c k   a r e   de r i v e b a s e o n   m ul t i pl e   c l o c ks   [9] T h e r e f o r e ,   a   m o di f i e n e t l i s t   a f t e r   g a t e c l o c c o n v e r s i o n   w i l l   b e   c o m pa r e a ga i n s t   t h e   o r i gi na l   R T L   n e t l i s t   t o   f i n d   t h e   r o o t   c a us e   o f   t h e   t i m i ng  v i o l a t i o n.     2. 4 .     P r e v i o u s   R e s e ar c h   M a n y   r e s e a r c h e s   ha v e   b e e n   de v o t e pr e v i o us l y   t o   a dd r e s s   t he   t i m i n v i o l a t i o p r o b l e m   i n   a n   F P G A   pr o t o t y pi n de s i g n.   W o r i [10]   h a s   b e e n   f oc us e o n   t h e   f i n di ng  a o pt i m a l   t i m e   b o r r o w i n s o l ut i o n   by   fo r m u l a t i n t i m e   b o r r o w i n p r o b l e m   a s   a   l i n e a r   p r o gra m m i n p r o b l e m .   W h i l e   r e s e a r c h   i n   [11]   p r e s e n t i n a   d y n a m i c   t i m i n c o n t r o l   t e c hni que s   t o   pr e v e n t   t i m i n f a i l u r e   by   a ppl y i n t i m e   b o r r o w i n a n e l a s t i c   c l o c k   s t r e t c h i ng  a pp r o a c h e s .   I n   [12] ,   t h e   p r o b l e m   h a s   b e e n   i de n t i f i e d,   w h e r e   a   f r e que n c y   i s   be i n c a ppe by   t h e   c o n s t ra i n e p a t h   b e t w e e n   f l i p - f l o s t a ge s   i n   a   di g i t a l   c i r c ui t .   T hi s   i s   due   t o   gua r d - b o n di ng  us e by   t h e   de s i gn e r   t o   p r e v e n t   t h e   t i m i ng  v i o l a t i o n .   I n   o r de r   t o   t a c kl e   t hi s   pr o b l e m ,   t w o   s t r a t e gi e s   ha v e   b e e n   p r o po s e i n   t h i s   r e s e a r c h   w h i c h   i s   T i m e   B o r r o w i n F l i F l o (T B F F w h i c h   i s   a l s o   pr o po s e by   [11]   i n   di f f e r e n t   r e s e a r c h   o n   o pt i m i z i n t h e   t i m i n v i o l a t i o a n d   A l t e rna t i v e   P a t h   A c t i v a t i o n   (A P A ).   I [13] ,   t h e   r e s e a r c h e r   ha s   pr o po s e h y b r i t i m e   b o rr o w i n t e c hni que s   by   ut i l i z i n g   a   D F F u n i t e dl y   w i t h   dy n a m i c   c l o c s t r e t c h i n g   t e c hn i q ue s   w h i c h   i s   t o   o v e r c o m e   t h e   d ra w b a c f r o m   t h e   p r e v i o us l y   pr o po s e t e c h ni que s   i [1 4]   T h e r e f o r e ,   i n   t hi s   r e s e a r c h ,   t o   r e duc e   t h e   t i m i ng  v i o l a t i o n   i n   F P G A   p r o t o t y p e de s i gn ,   a   t i m e   bo rr o w i n t e c hn i q ue s   w i l l   b e   us e d.   In   a dd i t i o n,   s i n c e   t h e   ga t e c l o c c o n ve r s i o n   i s   t h e   m a i n   r o o t   f o r   t h e   e xi s t e n c e   of   t h e   t i m i n v i o l a t i o n   i n   o ur   de s i g n ,   t h e n   i t   w i l l   b e   o pt i m i z e by   s e t t i n a n   a ddi t i o l a t c h e s   c r e a t e by   t h e   p r o t o c o m pi l e r   t o o l   a s   a   f a l s e   p a t t hr o ug t h e   de s i g n   c o n s t r a i n t s .       3.   R ES EA R C H   M E H O D O LO G Y     In   t hi s   s e c t i o n ,   a l l   t h e   s t e ps   t a ke n   i n   o r de r   t o   r e duc e   t h e   t i m i n v i o l a t i o n   i n   a n   F P G A   p r o t o t y pe d   de s i gn  w i l l   b e   di s c us s e d.   T w o   de s i gn s   ha v e   b e e n   us e i n   t h i s   r e s e a r c t o   v e r i fy   t h e   p r o po s e t e c h n i que s   w h i c h   a r e   de s i gn _ a n de s i g n _ w i t h   a   di f f e r e n t   n u m b e r   o f   l o gi c   b l o c ks .   F i gur e   s h o w s   t h e   f l ow   c h a rt   of  i m pe l e m e n t a t i o n   s t e t o   r e duc e   t h e   t i m i n v i o l a t i o i a   p r o t o t y p e de s i gn.   A   s uc c e s s f ul   m a ppe de s i g f r o m   t h e   p r o t o c o m pi l e r   t o o l   w i l l   b e   e xpo r t e t o   t h e   V i v a do   t o o l   f or  pl a c e   a n d   r o ut e   s t a ge .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T i m i ng   v i ol a t i on   r e d uc t i on   i t he   f p ga  pr o t ot y p e d   de s i g us i ng  f ai l e d   pat f i x e s   ( Sal a hudd i S av ug at ha l i )   631       F i gu r e   2 .   F l o w c h a r t   o f   t h e   i m pl e m e n t a t i o s t e p       3 . 1 .     Ti m i n g   A n al ys i s   T i m i n i s   a   m a j o r   c o n s i de ra t i o n   i t h e   s y n t h e s i s   a n p h y s i c a l   i m pl e m e n t a t i o n   o f   s y n c h r o n o us   di gi t a l   c i r c ui t s .   S t a t i c   t i m i n a n a l y s i s   i s   a   m e t h o o f   v a l i da t i n t h e   t i m i n pe r f o r m a n c e   of   a   de s i g n   by   c h e c ki ng  a l l   po s s i b l e   pa t h s   f o r   t i m i ng  v i o l a t i o n s   u n de r   w o r s t - c a s e   c on d i t i o n s .   A   X i l i n V i v a do   In t e g r a t e D e s i gn  E n v i r o n m e n t   ( ID E t o o l s   pr o v i de   a   t i m i ng  r e po r t   b a s e o n   S t a t i c   T i m i n A na l y s i s   (S T A t e c h ni que s   i n   t h e   c o m pl e t i o n   o f   pl a c e   a n d   r o ut e   s t a g e   [15] .   A na l y z a t i o n   a n d e b uggi n t h e   t i m i n g   i s s ue s   c a n   b e   do n e   b a s e o n   t h e   t i m i n s u m m a r y   r e po r t   ge n e r a t e by   t h e   t o o l   s i n c e   e n o ugh   i n f o rm a t i o n   a n o v e r v i e w   of   a l l   t i m i n c h e c ks   ha v e   be e n   r e po rt e d.   T h e   a r e a s   c o v e r e i n   t h e   t i m i ng  s u m m a ry   r e po r t   i s   s e t up  a r e a   (M a x   D e l a y   A n a l y s i s a nd  h o l a r e a   (M i n   de l a y   A n a l y s i s ).   S e t up  a r e a   o f   t h e   t i m i n s u m m a r y   w i l l   b e   r e po r t i n t h e   w o r s t   n e ga t i v e   s l a c (W N S a n t o t a l   n e ga t i v e   s l a c (T N S w h e r e   W N S   r e pr e s e nt   t h e   w o r s t   s l a c of   a l l   t h e   t i m i ng  pa t h s   fo r   m a x   de l a y   a n a l y s i s   w h i l e   T N S   r e p r e s e n t   t h e   s um   o f   a l l   W N S   v i o l a t i o n .   F o r   h o l a r e a ,   t h e   w o r s t   h o l s l a c (W H S )   a n t o t a l   h o l d   s l a c (T H S w i l l   b e   r e po r t e w h e r e   W H S   r e pr e s e nt   t h e   w o r s t   s l a c o f   a l l   t i m i n g   pa t h   f o r   m i de l a y   a n a l y s i s   w h i l e   T H S   r e pr e s e nt   t h e   s um   o f   a l l   W H S   v i o l a t i o n .   T h e   n e ga t i v e   v a l ue   of   T N S   a nd  W H S   c o r r e s po n de n t s   t o   a   v i o l a t i o n   e xi s t s   i n   t h e   de s i g n   a nd  po s i t i v e   v a l ue   r e p r e s e n t   a l l   t i m i n c o n s t ra i nt   i s   m e t .   F i gu r e   r e p r e s e nt s   a n   e xa m pl e   o f   t i m i n r e po rt   ge n e ra t e by   V i v a do   t oo l   a t   t h e   e nd  o f   t h e   pl a c e   a n   r o ut e   p r o c e s s .           F i gu r e   3 .   V i o l a t i o n   pa t f r o m   t h e   ge n e ra t e r e po rt       In  t h e   a b ov e   r e po r t ,   de t a i l e i n f o rm a t i o a b o ut   t h e   t i m i n g   v i o l a t i o c a us e by   t h e   t ra n s i t i o n   o f   da t a   f r o m   o n e   pa t h   t o   a n o t h e r   p a t h   c a b e   o b t a i n e d.   R e f e r r i ng  t o   F i gu r e   4,   b o a n 2,   a   v i o l a t e p a t h   ha s   b e e n   r e po rt e f r o m   xxx/ D   t o   de s t i n a t i o n   xxx/ D   w i t h   t h e   n e ga t i v e   s l a c of   - 0. 62n s .   W hi l e   b o 3   r e po r t i ng  a   t y pe   o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     628     6 36   632   t h e   n e ga t i v e   s l a c w h i c h   i s   h o l t y pe .   B a s e o n   t h e   i n f o r m a t i o n   o b t a i n e f r o m   t h e   t i m i n s u m m a r y   r e po r t   a o pt i m i z a t i o a pp r o a c h e s   w i l l   b e   t a ke t o   r e duc e   t h e   t i m i n g   v i o l a t i o n.       3 . 2 .     Ti m e   B o r r o w i n T e c h n i q u e   T i m e   bo rr o w i n t e c hni que   i s   a n   a pp r o a c h   t o   r e l a xi n t h e   t i g h t   t i m i n r e qu i r e m e n t   by   a l l o w i n a   f a i l e pa t h   t o   b o r r o w   t i m e   f r o m   t h e   n e xt   s uc c e s s i v e   pa t h .   B o t h   de s i g n s   us e i t hi s   r e s e a r c i s   a   l a t c h - b a s e d   de s i gn,   t h e r e f o r e   bo rr o w i n t i m e   f r o m   o n e   l a t c h   t o   t h e   n e xt   c a n   l o o s e n   t h e   t i m i n r e qu i r e m e n t   f o r   a   p a r t i c ul a pa t h.   T i m e   b o r r o w i n t e c hni que   ha s   b e e n   a ppl i e t o   t h e   v i ol a t e de s i g n   t hr o ug h   t h e   V i v a do   c o n s t r a i n t s .   B y   r e f e rr i n g   t o   t h e   e xa m pl e   o f   t i m i ng  r e po r t   i F i gu r e   4 ,   t i m i n g   v i o l a t i o n   i s   c a us e by   t h e   c l k_1x   w i t h   a   pe ri o of   1000n s .   T h e r e f o r e ,   a s   V i v a do   t oo l   a l l ow s   t i m e   bo r r o w i n t e c hni que   t o   be   a ppl i e t hr o ugh   t h e   i nput   c o n s t ra i nt s   du r i n p l a c e   a nd  r o ut e   s t a ge ,   t h e   m a xi m u m   v a l ue   fo r   t i m e   b o r r o w i n i s   s e t   t o   500n s   w h i c h   i s   ha l f   of   t h e   c l oc pe r i o of  c l k_1x.   T h e   c i r c ui t   n e e ds   t be   r e - e x e c ut e a ga i n   t hr o ug h   pl a c e   a n r o ut e   s t a ge   o n c e   t h e   i n put   c o n s t ra i nt   i s   up da t e i n   o r de r   t o   r e pl i c a t e   t h e   c ha n ge s   i n   t h e   c o n s t ra i nt s   o f   t h e   c i r c ui t .   I n   o r de r   t o   di v e r s i fy   t h e   o b t a i n e r e s ul t ,   a   f e w   s e t s   of   e xpe r i m e n t s   ha v e   b e e n   c o n duc t e b a s e o n   t h e s e   t w o   t y p e s   o c i r c ui t ,   de i s g n _ a n de s i g n _2  w i t h   di f f e r e n t   de s i g n   f r e que n c y   w h i c h   i s   1M H z   a nd  2M H z .   D i f fe r e nt   de s i g n   f r e que n c y   i s   us e t o   c o m pa r e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   of   t h e   p r o po s e t i m e   b o rr o w i n t e c hn i q ue   t h a t   s a t i s f i e s   t h e   t i m i n g   r e qui r e m e nt   i n   a   c i r c u i t .     3. 3   F ai l e d   P ath   F i x e s   Te c h n i q u e   B a s e o n   t h e   r e s ul t   o b t a i n e f o r   t h e   t i m i n p a t h   b y   i m pl e m e nt i n t h e   t i m e   bo rr o w i n t e c hni que ,     a   n e ga t i v e   s l a c r e duc t i o n   a v e r a ge   i n   t h e   c i r c ui t   i s   o n l y   a r o un d   30%   w h i c do e s   n o t   s a t i s fy   t h e   t i m i n g   r e qui r e m e nt .   A   f ur t h e r   a na l y s i s   h a s   b e e n   do n e   o n   t h e   t i m e   bo r r o w e pa t h   a n i s   i de n t i f i e t o   h a v e   a n   un w a n t e l o gi c   gr o up.   T h e r e f o r e ,   a   t i m e   w a s   bo rr o w e r e pe a t e dl y   un t i l   t h e   t i m i ng  f o r   a   s i g na l   t o   t r a v e l   i n   a   s pe c i f i c   pa t h   e xc e e ds   c l oc p e r i o d.   I n   o r de r   t o   f i n t h e   r o o t   c a us e   fo r   t h e   a bo ve   i s s u e ,   a   c o m pa r i s o n   h a s   b e e n   m a de   b e t w e e n   m a ppe s c h e m a t i c s   a ga i n s t   t h e   R T L   c o d e .   A   pr o b l e m   ha s   b e e n   n o t i c e a s   a f t e r   t h e   s y n t h e s i s   pr o c e s s   t h r o ug h   p r o t o c o m pi l e r   t o o l ,   a   m a s t e r/ s l a v e   l a t c h   s t ruc t ur e   w i t h   a   f e w   X O R s   a r o und  t h e   l a t c h   e xi s t s ,   w h i l e   i n   t h e   o r i gi na l   R T L   de s i gn   o n l y   h a v e   o n e   l a t c h.   I n   t h e   a l t e r e n e t l i s t   by   t h e   pr o t o c o m pi l e r   t o o l ,     t h e   m a s t e r   l a t c o pe r a t e s   o n   t h e   h i g p ha s e   o f   t h e   c l o c a n d   s l a v e   l a t c h   o pe ra t e s   o t h e   l o w   ph a s e   o f   t h e   c l o c k,   w h i l e   i t h e   o ri gi na l   R T L   c o de s ,   a l l   l a t c h e s   o n l y   o p e r a t e   o n   a   l o w   ph a s e   o f   t h e   c l o c k.   A n o t h e r   p r o b l e m   i de nt i f i e du ri n t h e   a na l y z a t i o i s ,   t h e   g a t e c l o c e n a b l e   s i g n a l   i s   c o nn e c t e t o   t h e   e n a b l e   s i g na l   o f   t h e   s l a v e   l a t c h   t hr o ug h   t h e   ga t e c l o c c o n ve r s i o n   l o gi c .   T h e   c o m pa ri s o n   b e t w e e n   t h e   l a t c h e s   i t h e   o r i g i n a l   n e t l i s t   a nd  t h e   m o di f i e n e t l i s t   i s   s h o w n   i   F i gu r e   a nd  F i g u r e   5 .   A s   pe f o un by   [16] ,   a   V i v a do   w i l l   m i m i c   a n   a l w a y s   t r a n s pa r e nt   l a t c w h e n e v e r   t h e   c l o c i s   ga t e d.   Co n s e que n c e s   o t h i s   a c t i o n ,   a s   t h e   c l o c i s   e n a b l e d,   o n l y   m a s t e r   l a t c h   w i l l   be   w o r ki n w h i l e   t h e   s l a v e   l a t c b e c a m e   i rr e l e v a n t   s i n c e   i t   w a s   X O R ’d  t w i c e   o n   t h e   da t a   pa t h .   M e a n w h i l e ,   m a s t e r   a n s l a v e   l a t c h e s   a r e   o pe n e o n   o ppo s i t e   pha s e   o f   t h e   c l oc w h e n   t h e   c l o c w a s   di s a b l e i n   o r de r   t o   e n s u r e   t ha t   t h e   o ut put   o f   s t r uc t u r e   f o l l o w e t h e   i n p ut .           F i gu r e   4 .   O ri gi na l   l a t c h e s   i n e t l i s t   [16]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T i m i ng   v i ol a t i on   r e d uc t i on   i t he   f p ga  pr o t ot y p e d   de s i g us i ng  f ai l e d   pat f i x e s   ( Sal a hudd i S av ug at ha l i )   633       F i gu r e   5 .   L a t c h e s   o n   m o di f i e n e t l i s t   a f t e r   G C C [16]       F i gu r e   6   s h o w s   di ff e r e n c e s   o n   s c h e m a t i c   b e f o r e   a nd  a f t e r   g a t e c l o c c o n v e r s i o n   o n   a   f l i p - f l o a nd  l a t c h e s   i X i l i n x   V i v a do   i m pl e m e nt a t i o n.   Cl o c ga t e   m o dul e   o n   t h e   c l o c pa t h   f o r   f l i p - f l o c a b e   c o n v e r t e e i t h e r   t o   da t a   p a t h   o r   t o   e na b l e   pi n   r e ga rdl e s s   o f   t h e   c l o c e dge s .   H ow e ve r ,   f o r   l a t c h e s ,   o nl y   h i g h   p h a s e   l a t c h e s   a b l e   t o   be   c o n v e r t e d,   w h i l e   f o r   l ow   ph a s e   l a t c h e s ,   a a l w a y s   t r a n s p a r e nt   l a t c h   i s   r e qu i r e i f   t h e   c l o c k   i s   ga t e t o   b e   a l w a y s   l ow ,   w h i c i s   n o t   a b l e   t o   b e   i m pl e m e nt e by   X i l i n L D C E   i n s t a n c e s .           F i gu r e   6 .   Co m p a r i s o b e t w e e n   R T L   c o de s   a n d   G CC   c o n v e r t e s c h e m a t i c s       F i gu r e   r e pr e s e nt   a   c o n v e r s i o n   s c h e m a t i c   w h e r e   t h e   p ro t oc o m pi l e r   i m pl e m e nt s   t w o   di ffe r e nt   s t ruc t u r e s   fo r   t hi s   a l w a y s   t r a n s p a r e nt   b e h a v i o r   w hi c h   i s   m a s t e r / s l a v e   l a t c h   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   a nd  m ul t i p l e xe r   ( m ux)  a t   t h e   o ut put   o f   t h e   o r i gi na l   l a t c h   c o nt r o l l e by   t h e   c l o c ga t e   e n a b l e   s i g n a l .   T h e r e fo r e ,   f r o m   a   s t a t i c   t i m i n pe r s pe c t i v e ,   bo t h   o f   t h e s e   i m pl e m e n t a t i o n s   c r e a t e   pa t h s   b e t w e e n   t h e   l a t c h e s   o n   t h e   s a m e   c l o c ph a s e   w hi c i s   c a us i n g   a   t i m i n g   p r o b l e m   i a   de s i g n.           F i gu r e   7 .   T i m i n g   p a t t hr o ug 3   l a t c h e s       B a s e o n   t h e   a na l y s i s   m a de ,   a l l   t h e   t i m i ng  p a t h   w e r e   c r e a t e by   a   l ow   c l o c ph a s e   l a t c h e s   o n   a   c l o c k   n e t w o r w h i c h   i s   w h e n   g a t e d,   w o ul s t a y   h i g h.   T h e r e f o r e ,   a l l   p a t h   t hr o ug h   t ra n s pa r e nt   l a t c h   w e r e   i de nt i f i e w h i l e   t h e   c l o c i s   ga t e a n m a r ke a s   a   f a l s e   pa t h   s i n c e   s l a v e   l a t c h   i a   m a s t e r/ s l a v e   s t ruc t u r e   w a s   o n l y   us e d   w h e n   t h e   c l o c i s   g a t e d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     628     6 36   634   F i gu r e   s h o w s   t h e   V i v a do   c o n s t r a i n t   t h a t   h a s   b e e n   a dde t o   c l o c pa t h   c l k_1  t o   s o l ve   pa t h   t hr o ug h   t h e   t ra n s pa r e nt   l a t c w h i c w i l l   r e duc e   t h e   n e ga t i v e   s l a c a s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 .           F i gu r e   8 .   a ddi t i o n a l   V i v a do   c o n s t ra i nt       T h e s e   t e c hn i q ue s   w i l l   b e   a ppl i e o b o t h   de s i g n _ a n de s i gn _ r e s pe c t i v e l y ,   w h e r e   a   c o n s t ra i nt   f i l e   w i l l   b e   pr e pa r e a c c o r di n t o   t h e   c l o c t ha t   c a us i ng  t h e   t i m i n i s s ue s   i n   e a c h   o f   t h e   de s i gn .   T h e   e nt i r e   c l o c k   i n   t h e   s a m e   p h a s e   w i l l   b e   i de n t i f i e a n m a r ke a s   a   f a l s e   pa t h   a s   s h o w n   i n   t h e   f i r s t   a n l a s t   t w o   l i n e s   r e s pe c t i v e l y   i   F i gu r e   t he   r e s ul t   o b t a i n e a f t e r   i m p l e m e n t a t i o n   o f   T i m e   B o r r o w i n a n F a i l e P a t F i xe s   t e c hn i q ue s   i n   t h e   de s i gn   w i l l   b e   c o m pa r e t o   a n   o r i g i na l   t i m i ng  v i o l a t i o n   w i t h o ut   i m pl e m e nt i n a n y   t e c hn i q ue s   t o   m e a s u r e   t h e   pe r c e nt a ge   o f   t h e   i m p r o v e m e n t   o f   t h e   t i m i n v i o l a t i o n.       4.   R ES U LT   In   t hi s   r e s e a r c h,   t h e   p r o po s e T i m e   Bo r r o w i n t e c hni que s   a r e   i m pl e m e nt e i n   t h e   s y n t h e s i s   l e v e l   us i n t h e   t o o l   w i t h o ut   a n y   m o di f i c a t i o n   i n   t h e   R T L   l e v e l   of   t h e   S o de s i gn .   I n   t h e   m e a n t i m e ,   f a i l e pa t h   i t h e   l a t c h e s   a r e   a l s o   f i xe t r e duc e   t h e   t i m i n v i o l a t i o n   o f   t he   de s i gn .   W h i l e   a l l   t h e   pr o po s e t e c h n i que s   a n t h e   i m p l e m e n t a t i o n   p a r a m e t e r s   w e r e   c o ve r e i n   t h e   p r e v i o us   s e c t i o n ,   t hi s   s e c t i o n   p r e s e nt s   t h e   a n a l y s i s   a nd  di s c us s i o n   of   n um e r i c a l   r e s ul t s   ga i n e f r o m   t h e   i m p l e m e nt a t i o n   o t h e   pr o po s e t e c h n i q ue s .   E a c h   de s i g n   w i l l   b e   r u n   w i t h   di f f e r e n t   F P G A   c l o c k   f r e que n c y   t h a t   a r e   M H z   a n 2M H z .   T h e s e   t w f r e que n c y   f a l l   i n   t h e   ra n ge   of   a   w o r ka b l e   f r e que n c y   f o r   F P G A   pr o t o t y p e de s i gn .   I n   a ddi t i o n,   t h e   pe r c e n t a ge   of   t h e   T o t a l   R e duc t i o n   (T R i s   de f i n e a s   i n   t h e   (1),   w h e r e   P r e v i o us   S l a c (P S a n N e w   S l a c (N S r e pr e s e n t   a   s l a c b e fo r e   a n d   a f t e r   t h e   i m p l e m e nt a t i o o f   t h e   a p p r o a c h e t e c hn i que s   r e s pe c t i v e l y .          (   )                          (1)     4 . 1 .     Ti m i n g   V i o l ati o n   R e s u l t   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o po s e t e c h ni que s   t o   r e duc e   t h e   t i m i n g   v i o l a t i o n   o f   a F P G A   p r o t o t y pe d   m o de l   w i l l   be   m e a s ur e e m pi r i c a l l y   a n c o m pa r e i n   t h e   pe r c e n t a ge   of   i m p r o ve m e n t   a c hi e v e w i t h   t h e   de s i gn  w i t h o ut   a n y   i m pl e m e n t a t i o o f   t h e   t e c hn i que s .     T a b l e   r e p r e s e n t s   a   v i o l a t i o n   i n   a   de s i g n   b e fo r e   a n a f t e r   i m pl e m e n t a t i o n   o t h e   pr o po s e d   t e c hn i q ue s   w h i c i s   us i n T i m e   B o r r o w i n a n d   F a i l e P a t h   F i xe s   i n   a   l a t c i a   de s i g n_1  w i t h   a n   F P G A   c l o c f r e que n c y   o f   1M H z .   W hi l e   T a b l e   2   r e p r e s e nt s   a   r e s ul t   o b t a i n e f o r   t h e   s a m e   e xpe r i m e nt   o n   de s i g n _ w i t h   a   di f f e r e n t   c l o c f r e que n c y   w h i c h   i s   2M H z .   T a b l e   a n T a b l e   r e pr e s e n t s   a   r e s ul t   o b t a i n e fo r   t h e   e xpe r i m e nt   e xe c ut e o t h e   de s i g n _2   w i t a   c l o c f r e que n c y   of   M h z   a nd  2   M H z   r e s pe c t i v e l y .     T h e   ob t a i n e r e s ul t   i s   e xt ra c t e f r o m   t h e   t i m i n s um m a r y   re po r t   w h i c h   i s   ge n e r a t e by   t h e   V i v a do  t o o l   a t   t h e   e n o f   t h e   pl a c e   a n r o ut e   s t a ge   b a s e o n   S T A   t e c hni que s .   A s   pe r   m e n t i o n e b e f o r e ,   w i t h   t h e   S T A   t e c hn i q ue s   a l l   pa t h   i n c l ud i n t h e   f a l s e   pa t w i l l   b e   c ov e r e i n   t h e   r e po r t .   T h e r e fo r e ,   f a i l e pa t h   i l a t c h e s   a b l e   t o   b e   de t e c t e a n d   f i xe a nd  r e s ul t i n g   i a   huge   r e duc t i o i n e ga t i v e   s l a c k.         T a b l e   1 .   T i m i n g   V i o l a t i o n   f o r   A   D e s i gn_1   w i t h   A   Cl o c F r e que n c y   o f   1m hz   P a ra m e t e r   T i m i n g   V i o l a t i o n   T o t a l   R e d u c t i o n   (% )   P re v i o u s   S l a c k   (n s )   N e w   S l a c k   (n s )   W N S   - 1 1 . 3 3   - 0 . 3 1   9 7 . 2 6 %   T N S   - 1 8 4 3 2 9 . 8 8   - 1 . 7 2   9 9 . 9 9 %   W H S   - 1 1 . 7 0   - 8 . 2 5   2 9 . 4 9 %   T H S   - 1 3 9 2 8 6 . 3 8   - 7 2 4 9 . 8 0   9 4 . 8 0 %   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T i m i ng   v i ol a t i on   r e d uc t i on   i t he   f p ga  pr o t ot y p e d   de s i g us i ng  f ai l e d   pat f i x e s   ( Sal a hudd i S av ug at ha l i )   635   T a b l e   2 T i m i n g   V i o l a t i o n   f o r   A   D e s i gn_1   w i t h   A   Cl o c F r e que n c y   o f   2m hz   P a ra m e t e r   T i m i n g   V i o l a t i o n   T o t a l   R e d u c t i o n   (% )   P re v i o u s   S l a c k   (n s )   N e w   S l a c k   (n s )   W N S   - 2 4 . 7 6   - 0 . 2 9   9 9 . 9 7 %   T N S   - 4 2 8 2 4 8 . 5 3   - 0 . 9 0   9 9 . 9 9 %   W H S   - 1 1 . 7 0   - 8 . 3 4   2 8 . 7 2 %   T H S   - 1 3 9 2 8 7 . 9 1   - 7 2 2 4 . 6 7   9 4 . 8 1 %       T a b l e   3 T i m i n g   V i o l a t i o n   f o r   A   D e s i gn_2   w i t h   A   Cl o c F r e que n c y   o f   1m hz   P a ra m e t e r   T i m i n g   V i o l a t i o n   T o t a l   R e d u c t i o n   (% )   P re v i o u s   S l a c k   (n s )   N e w   S l a c k   (n s )   W N S   - 9 . 8 1   0 . 0 0   1 0 0 . 0 0 %   T N S   - 9 1 0 0 2 9 . 9 4   0 . 0 0   1 0 0 . 0 0 %   W H S   - 4 . 1 9   0 . 0 2   1 0 0 . 4 8 %   T H S   - 1 6 . 2 6   0 . 0 0   1 0 0 . 0 0 %       T a b l e   4 T i m i n g   V i o l a t i o n   f o r   A   D e s i gn_2   w i t h   A   Cl o c F r e que n c y   o f   2m hz   P a ra m e t e r   T i m i n g   V i o l a t i o n   T o t a l   R e d u c t i o n   ( % )   P re v i o u s   S l a c k   (n s )   N e w   S l a c k   (n s )   W N S   - 1 2 . 5 0   - 0 . 0 2 7   9 9 . 7 8 %   T N S   - 9 1 5 6 1 4 . 8 1   - 0 . 0 2 7   9 9 . 9 9 %   W H S   - 1 3 . 7 2   - 0 . 2 9   9 7 . 8 9 %   T H S   - 1 6 1 1 . 7 8   - 6 6 . 7 3   9 5 . 8 5 %       4. 2 .     S u mm ar fo r   C l o c k   F r e q u e n c y   A   c o m pa ri s o n   h a s   b e e n   m a de   b e t w e e n   t w o   c l oc f r e que nc i e s   w i t hi n   a   w o r ka b l e   r a nge   fo r   e a c F P G A   pr o t o t y pe d   de s i gn   b e fo r e   i m pl e m e nt a t i o n   o f   t h e   pr o po s e t e c hn i q ue s   t o   i de n t i fy   t h e   i m p a c t   of  i n c r e a s i ng  a   c l o c f r e que n c y   t o   t h e   t i m i n g   v i o l a t i o n .   R e fe r ri n t o   T a b l e   1   a n d   T a b l e   2 ,   t h e   e a r l y   r e a di n g   s h o w s   t h a t   t i m i n v i o l a t i o n   ri s e s   di r e c t l y   pr o po r t i o na l   t o   a n   F P G A   c l o c f r e que n c y .   T o   e n s u r e   t h i s   c o n di t i o n,   t h e   s a m e   pa r a m e t e r   i s   t e s t e o n   a   di f f e r e n t   de s i g n   n a m e a s   de s i gn _ w h i c h   c a n   b e   r e fe rr e f r o m   t h e   T a b l e   a n d   T a b l e   4 .   A s   t h e   t i m i ng  v i o l a t i o n   i n   a   de s i g n   i n c r e a s e s   di re c t l y   pr o po r t i o na l   t o   t h e   F P G A   c l o c f r e que n c y ,   t h e n   a   c o n c l us i o n   h a s   b e e n   m a de   f r o m   t h i s   e xpe r i m e nt   t ha t   a s   t h e   s pe e of   t h e   de s i g n   i s   i n c r e a s e t h e   t i m i n g   r e qui r e m e nt   b e c o m e   t i g h t e r   t o   b e   m e t   by   l a t c h e s   i a   de s i g n.     4. 3 .     S u mm ar o n   th e   R e s u l fo r   th e   P r o p o s e d   Te c h n i q u e s   S i n c e   t h e   v i o l a t i o n   i n   t h e   de s i g n   i s   i n c r e a s e s   due   t o   t h e   ri s e s   i n   c l o c f r e que n c y ,   t h e   p r o po s e d   t e c hn i q ue s   h a v e   b e e n   a pp l i e w h i c h   i s   T i m e   B o r r o w i n t hr o ug h   a   c o n s t ra i nt   by   a t   l e a s t   h a l f   of   t h e   c l oc k   pe r i o a n f i xe s   i n   t h e   f a i l e pa t h   o f   l a t c h e s   fo r   b o t h   s pe e ds   of   a   de s i gn   f o r   e a c h   de s i gn,   de s i g n _1 ,     a n de s i g n _2 .   B a s e o n   t h e   r e s ul t   r e c o r de fo r   a   de s i gn _ i T a b l e   1   a n d   T a b l e   2 ,   a v e r a ge   m o r e   t h a n   90 of  t h e   n e ga t i v e   s l a c h a s   b e e n   e l i m i na t e f o r   t h e   s e t up  s l a c k,   w o r s t   n e ga t i v e   s l a c (W N S a n t o t a l   n e g a t i v e   s l a c (T N S ) .   H ow e ve r ,   c h a l l e n ge s   h a v e   b e e n   i de n t i f i e i n   r e duc i ng  a   h o l s l a c k ,   W o r s t   H o l S l a c (W H S a s   o n l y   a n   a v e ra ge   o f   29%  i s   r e duc e d,   b ut   f o r   T o t a l   H o l S l a c (T H S ) ,   m o r e   t h a 90%  o f   n e ga t i v e   s l a c i s   r e duc e d.   T h e r e f o r e ,   t o   e n s ur e   t h e   e ff e c t i v e n e s s   of   t h e s e   t e c hn i q ue s ,   a n o t h e r   e xpe r i m e nt   h a s   b e e n   do n e   o n   di f fe r e nt   de s i g n ,   na m e de s i gn_2  us i ng  t h e   s a m e   t e c hn i que s .   T a b l e   a n d   T a b l e   4   r e p r e s e n t   a   r e s ul t   o b t a i n e fo r   de s i g n _2  w i t h   a   c l o c f r e que n c y   of   1M H z   a n M H z   re s pe c t i v e l y .   D e s i gn _2  w i t h   a   c l o c f r e que n c y   of  1M H z   a c h i e v e   a n   a v e r a ge   100%  o t h e   t i m i n v i o l a t i o n   e l i m i na t i o n .   W h i l e   fo r   a   de s i gn _ w i t h   M H z ,   r e duc t i o n   i n   a   t i m i ng  v i o l a t i o a l s o   i s   s a t i s f i e a s   a c h i e v i n m o r e   t ha 90%   a v e r a ge .       5.   C O N C LU S I O N   In   t h i s   pa pe r,   T i m e   B o rr o w i n t e c hni que   t o ge t h e w i t o ur  pr o po s e t e c h ni que ,   F a i l e P a t F i xe s   ha s   b e e n   a ppl i e t o   r e duc e   t h e   t i m i n v i o a l t i o n   i n   t h e   F P G A   pr o t o t y p e de s i gn .   T w o   F P G A   pr o t o t y pe d   de s i gn   w i t h   d i f fe r e nt   n um b e r   o f   l o gi c   b l oc ks   h a v e   b e e n   us e d.   A   f a i l e pa t h   i n   t h e   l a t c h e s   h a s   b e e n   f i xe b y   s e t t i n i t   a s   a   f a l s e   pa t h   t hr o ug h   t h e   V i v a do   c o n s t ra i nt .   B o t h   t e c hn i que s   a pp l i e i n   t hi s   pa pe r   i m p r o v e s   t h e   t o t a l   r e duc t i o o f   t h e   n e g a t i v e   s l a c a v e ra gi ng  m o r e   t h a 90 %.   T hi s   i s   a a c c e pt a b l e   ra n ge   i t h e   i ndus t ri e s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     628     6 36   636   R EF ER EN C ES   [ 1]   X .   L i ,   L .   H o u,   S .   G e ng ,   J .   W a ng ,   a nd  H .   Z h a ng ,   T he   F P G A   pr o t o t y pi ng   i m pl e m e nt a t i o o f   L E O N S o C ,   P r oc .   2012   I n t .   C o nf .   I n d.   C on t r ol   E l e c t r o n.   E n g.   I C I C E E   201 2 ,   pp .   164 3 1646 ,   201 2.   [ 2]   Y .   A ba r ba n e l ,   E .   S i ng e r m a n ,   a nd  M .   Y .   V a r di ,   V a l i da t i o o f   S oC   F i r m w a r e - H a r dw a r e   F l o w s ,   P r oc .   5 1s t   A nnu .   D e s .   A u t om .   C onf .   D e s .   A u t om .   C on f .   -   D A C   14 ,   pp.   1 4,   2 014 .   [ 3]   B .   L i ,   N .   C he n,   a n U .   S c hl i c ht m a nn ,   S t a t i s t i c a l   t i m i ng   a na l y s i s   f o r   l a t c h - c o nt r o l l e d   c i r c u i t s   w i t h   r e duc e d   i t e r a t i o ns   a n g r a ph   t r a n s f o r m a t i o ns ,   I E E E   T r a ns .   C om p ut .   D e s .   I nt e gr .   C i r c u i t s   S y s t . ,   v o l .   3 1,   no .   11 ,   pp.   167 0 1683 ,   2012 .   [ 4]   V .   B h a r g a v a ,   G .   K a po o r ,   S .   S .   I qba l ,   a n F .   S .   J une ,   E n ha nc e d   t i m i ng   c l o s ur e   u s i ng   l a t c he s ,   no .   F i g u re   1 ,   20 14 .   [ 5]   S .   X .   S hi ,   A .   R a m a l i ng a m ,   D .   W a ng ,   a nd  D .   Z .   P a n ,   L a t c m o de l i ng   f o r   s t a t i s t i c a l   t i m i ng   a na l y s i s ,   P r oc .   - D e s i g n,   A ut om .   T e s t   E ur .   D A T E ,   v o l .   2,   pp .   113 6 11 41 ,   2 008 .   [ 6]   N .   S r i n i v a s a n,   N .   S .   P r a k a s h ,   S ha l a kh a   D . ,   S i v a r a n j a n i   D . ,   S .   S r i   L a ks hm i   G . ,   a nd   B .   B .   T .   S un da r i ,   P o w e r   R e duc t i o n   by   C l o c G a t i ng   T e c hni q ue ,   P r oc e di a   T e c hno l . ,   v o l .   21 ,   pp.   6 31 6 35,   2 015 .   [ 7]   D .   A m o s ,   C l o c g a t i ng ,   i F P G A - B as e P r ot ot y pi ng  M e t h odo l o gy   M a nua l ,   D .   A m o s ,   E d.   S y no ps y s ,   I n c . ,   2011 ,   pp.   16 5 17 9.   [ 8]     H A P S   P r o t o C o m pi l e r   U s e r   G ui d e ,   no .   S e pt e m be r .   S y no ps y s ,   I nc . ,   20 16 .   [ 9]   D .   A m o s ,   A ut o m a t i c   g a t e d - c l oc c o n v e r s i o n,   i F P G A - B as e P r ot o t y p i ng  M e t hod ol ogy   M anu al ,   S y n o ps y s ,   I nc . ,   2011 ,   pp.   1 65 1 79.   [ 10]   S. - Z .   E .   L i n ,   C .   C ha ng f a n,   Y . - C .   H s u ,   a n F . - S .   T s a i ,   O pt i m a l   t i m e   bo r r o w i ng   a na l y s i s   a nd  t i m i ng   budg e t i ng   o pt i m i z a t i o f o r   l a t c h - ba s e d   d e s i g ns ,   A C M   T r a ns .   D e s .   A ut om .   E l e c t r on.   S y s t . ,   v o l .   7 ,   no .   1 ,   pp .   217 230 ,   2002 .   [ 11]   K .   C ha e ,   C .   H .   L e e ,   a nd  S .   M ukho pa d hy a y ,   T i m i ng   e r r o r   p r e v e nt i o us i ng   e l a s t i c   c l o c ki ng ,   2011  I E E E   I n t .   C on f .   I nt e gr .   C i r c u i t   D e s .   T e c hn ol .   I C I C D T   2 011 ,   pp .   9 12 ,   2011 .   [ 12]   A .   S i l v a   a nd  F .   S i l l ,   M i t i g a t i o o f   A g i ng   E f f e c t s   T hr o ug S e l e c t i v e   T i m e - bo r r o w i ng   a nd  A l t e r n a t i v e   P a t h   A c t i v a t i o n,   A C M / I E E E   P r o f   S B C C I ,   pp.   2 10 2 16,   2 017 .   [ 13]   M .   A hm a di ,   B .   A l i z a d e h,   a nd  B .   F o r o uz a nde h,   A   H y br i T i m e   B o r r o w i ng   T e c hni q ue   t o   I m pr ov e   t he   P e r f o r m a nc e   o f   D i g i t a l   C i r c ui t s   i t h e   P r e s e nc e   o f   V a r i a t i o ns ,   I E E E   T r an s .   C i r c u i t s   Sy s t .   I   R e gul .   P ap. ,   v o l .   64 ,   no .   1,     pp.   10 0 11 0,   20 17.   [ 14]   M .   A hm a d i ,   B .   A l i z a d e h,   a nd   B .   F o r o uz a nde h,   A   T i m i ng   E r r o r   M i t i g a t i o T e c hni que   f o r   H i g P e r f o r m a nc e   D e s i g ns ,   20 15  I E E E   C om p ut .   Soc .   A nnu .   Sy m p .   V L S I ,   pp .   428 433 ,   2015 .   [ 15]   V i v a do U G 1,   V i v a do   D e s i g S u i t e   U s e r   G ui d e :   S y s t e m - L e v e l   D e s i g E nt r y ,   v o l .   90 1,   pp .   1 1 20,   2 013 .   [ 16]   J .   Z ha ng   a nd   I .   M .   N a do n,   L a t c h - ba s e d   C P U   P r o t o t y pi ng   w i t h   H A P S   P l a t f o r m ,   pp.   1 10 ,   2016 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.