1.2 时序路径：延迟账本的记账单元
文档摘要
1.2 时序路径：延迟账本的记账单元 本节摘要：时序路径是 STA 数延迟的基本单位——从起点（时钟沿或输入端口）到终点（捕获沿或输出端口）的一条有向通路。本节拆解四类路径与三段构成（时钟路径、数据路径、捕获时钟路径），说明时序弧如何串成路径，为后面所有延迟累加提供计数对象。 别以为"路径"是个可以随口一说的词。在 STA 里，一条时序路径（timing path）有严格的起点与终点约定：起点要么是启动触发器的时钟引脚，要么是输入端口；终点要么是捕获触发器的数据引脚，要么是输出端口。凡是既不在任何路径起点上、也不在任何路径终点上的延迟，都不进入建立保持的账本。理解这个约定，你就理解了为什么有些人优化了半天逻辑，违例数字却纹丝不动——他改的电路根本不在报告的那条路径上。
1.2 时序路径：延迟账本的记账单元
本节摘要：时序路径是 STA 数延迟的基本单位——从起点（时钟沿或输入端口）到终点（捕获沿或输出端口）的一条有向通路。本节拆解四类路径与三段构成（时钟路径、数据路径、捕获时钟路径），说明时序弧如何串成路径，为后面所有延迟累加提供计数对象。
别以为"路径"是个可以随口一说的词。在 STA 里，一条时序路径（timing path）有严格的起点与终点约定：起点要么是启动触发器的时钟引脚，要么是输入端口；终点要么是捕获触发器的数据引脚，要么是输出端口。凡是既不在任何路径起点上、也不在任何路径终点上的延迟，都不进入建立保持的账本。理解这个约定，你就理解了为什么有些人优化了半天逻辑，违例数字却纹丝不动——他改的电路根本不在报告的那条路径上。
四类路径：按起终点分类
按起点与终点的类型组合，路径分四类。寄存器到寄存器（reg2reg）是频率的骨架，全芯片最严的建立检查几乎都落在这里；输入到寄存器（in2reg）考验的是外部环境与片内第一级的配合，依赖输入延迟约束；寄存器到输出（reg2out）同理，依赖输出延迟约束；输入到输出（in2out）是纯组合通路，只在定义了 max_delay 这类约束时才被检查。四类路径的检查公式并不相同——第二章会看到，in2reg 与 reg2out 的公式里混合了外部时间，这也是它们经常被约束错误坑害的原因。
图：四类时序路径与 reg2reg 路径的三段构成
时序弧：路径的最小颗粒
图上的每条边叫一个时序弧。单元弧（cell arc）发生在单元内部，比如反相器从输入引脚到输出引脚、触发器从 CLK 到 Q——它们的方向与极性由电路结构决定，一个触发器有两条最基本的单元弧：CLK 到 Q 的输出弧（带正负沿两种）与 D 到内部锁存的建立要求。互连弧（net arc）是引脚之间的连线，方向一律从驱动引脚指向负载引脚。路径就是这些弧首尾相接串成的链，延迟账本上每一行 Increment，对应的就是一段弧的延迟——这个对应关系在 2.4 解读报告时会变得非常具体。
有一点新手容易误解：路径在中途会"断开重续"。STA 的路径分段规则是，遇到时序元件（触发器、锁存器）就把路径截断——上一段的终点是触发器的 D 端，下一段的起点是同一个触发器的 CLK 端。因此"从时钟源到捕获触发器"从来不是一条路径，而是"启动时钟路径 + 数据路径"的组合，两段分别累加、分别参与公式。组合逻辑无论多长，只要中间不撞上时序元件，就始终是同一条路径——这正是某些深组合块成为噩梦的原因：逻辑级数越多，可优化的空间越小。
同一条路径，两本账
每个触发器的 D 端都同时挂着两本账：上一拍发出、本拍要被采样的数据（建立账，起点在启动 FF，终点在捕获 FF 的 D 端）；本拍刚发出、正准备冲向下一级的数据（保持账，起点与终点同建立账一样，但比较对象是同一个时钟沿）。同一个物理结构，在两本账里的延迟取数不同：建立账用慢延迟（max delay），保持账用快延迟（min delay）——因为建立怕慢，保持怕快。这也是为什么工艺角要分慢角与快角（第五章）：同一套网表，在两个角下是两套完全不同的数字。
| 账目要素 | 建立账 | 保持账 |
|---|---|---|
| 比较的时钟沿 | 下一个捕获沿 | 同一个捕获沿 |
| 延迟取数 | 最慢路径（max） | 最快路径（min） |
| 怕什么 | 怕数据迟到 | 怕数据抢跑 |
| 典型工艺角 | 慢角（低压高温慢工艺） | 快角（高压低温快工艺） |
| 违例后果 | 该拍数据采错，功能出错 | 竞争冒险，亚稳态扩散 |
| 修复方向 | 缩短延迟或拉长周期 | 加大延迟或前移捕获沿 |
起点终点之外：分段的两个推论
路径分段规则还有两个工程推论值得写进肌肉记忆。推论一是"伪路径的最小单元是段而不是路径"：一条从 A 到 D 的物理通路如果穿过触发器 B，那么它实际上是 A 到 B、B 到 D 两段检查——给整条通路声明伪路径时，锚点必须覆盖你要豁免的那一段，写错锚点的例外会命中零条路径（4.3 审计抓的就是它）。推论二是"路径条数的膨胀是组合级的"：扇出为 2 的逻辑链走 20 级，路径条数是 2 的 20 次方量级——STA 报告的"最差路径"是按终点聚合后的代表，同一终点可能有千万条物理通路在背后被取过最坏值。这解释了为什么修复一条报告路径后，同终点的 slack 常常只改善一点：你修的是代表，背后的通路群各有各的最坏分支。
用一条报告片段验证理解
下面是一段典型的路径报告骨架（简化，完整解读留给 2.4）。注意看每一行的 Increment 如何对应一段弧：
Startpoint: u_reg_ctrl/clk (上升沿触发的触发器) Endpoint: u_datapath/u_cnt_reg[7] Path Group: clk Path Type: max ; 建立账用慢延迟 Point Incr Path ---------------------------------------------------- clock clk (rise edge) 0.000 0.000 ; 启动时钟路径起点 clock network delay 0.036 0.036 ; 时钟树到 launch CLK u_reg_ctrl/CK 0.000 0.036 ; 时钟弧到达 u_reg_ctrl/Q (INVX1 之后) 0.082 0.118 ; CLK 到 Q 的单元弧 u_nand_a/Y (NAND2X1) 0.045 0.163 ; 组合单元弧 u_net_172 (wire) 0.021 0.184 ; 互连弧 u_mux_b/Z (MUX2X1) 0.068 0.252 ; 组合单元弧 u_datapath/u_cnt_reg[7]/D 0.000 0.252 ; 数据路径终点 data arrival time 0.252
从这个骨架已经能读出本节的核心：路径是弧的序列，账本是弧延迟的累加。启动时钟路径、数据路径、捕获时钟路径三段各自累加，然后在公式里各就各位——公式的完整形态，就是下一章 2.1 的主角。带着这张"记账单元"的地图去读任何时序报告，你都不会迷路。
本节要点回顾
- 路径有严格的起终点约定：起点是时钟沿或输入端口，终点是数据引脚或输出端口，四类路径检查公式各不相同。
- 时序弧是记账颗粒：单元弧看库、互连弧看寄生，报告里每一行 Increment 对应一段弧。
- 路径在时序元件处截断：长组合逻辑不会自动分段，逻辑级数深的路径优化空间最小。
- 同一 D 端两本账：建立账用慢延迟怕迟到，保持账用快延迟怕抢跑，两本账在第五章分裂成两个工艺角。
路径模型建好了，还差最后一个变量：时钟沿本身在时间轴上的位置并不像纸面上那样整齐。下一节把时钟树、偏斜与不确定度这三个修正项讲透，公式里的每个减项从此都有出处。