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  前面一直说到综合库/工艺库这些东西,现在就来讲讲讲综合库里面有什么东西,同时也讲讲synopsys的Design Ware库。主要内容分为三个部分:标准单元库、DC的设计对象、Design Ware库。

(1)标准单元库

  绝大多数的数字设计流程都是基于标准单元的半定制设计流程。标准单元库包含了反相器、缓冲、与非、或非、与或非、锁存器、触发器等等逻辑单元综合模型的物理信息,标准单元是完成通用功能的逻辑,具有同等的高度(宽度可以不同),这样方便了数字后端的自动布局布线。

①概述

一个ASIC综合库包括如下信息:

  ·一系列单元(包括单元的引脚)。

  ·每个单元的面积(在深亚微米中,一般用平方微米表示,在亚微米工艺下,一般用来称呼,至于具体的单位,可以咨询半导体制造商)。

  ·每个输出引脚的逻辑功能。

  ·每个输入到输出的传递延时,输出到输出的传递延时;inout到输出的传递延时。

②内容与结构

Synopsys的工艺库是一个.lib文件,经过LC编译后,产生.db文件。工艺库文件主要包括如下信息:

  ·单元(cell)(的信息):(主要有)功能、时间(包括时序器件的约束,如建立和保持)、面积(面积的单位不在里面定义,可按照规律理解,一般询问半导体厂商)、功耗、测试等。

  ·连线负载模型(wire load models):电阻、电容、面积。

  ·工作环境/条件(Operating conditions):制程(process)(电压和温度的比例因数k,表示不同的环境之间,各参数缩放的比例)

  ·设计规则约束(Design ):最大最小电容、最大最小转换时间、最大最小扇出。

工艺库的结构如下所示:

Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

文本描述如下所示:

            Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

           Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

             Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

            Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

我使用的TSMC90nm的工艺库,我用slow.lib这个库来给大家介绍:

        Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

这个库总共三万多行,不可能每一行都解说,因此我按照结构进行介绍。

打开这个.lib文件,可以看到最前面:

       Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

最前面的是这些注释,描述的是:制程(是慢的模型)、电压、温度等数据信息。

接下来才是真正的库的信息:

库组(大结构)

Library(library_name){

......

......

}

A首先是库的属性的描述:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

下面是这张图的解释:

    ·通用属性描述(general attribute)

主要是工艺类型、延迟模型、替代交换方式、库特征、总线命名方式等信息

 工艺类型:这个库没有给出,主要用来说明这个库是CMOS工艺还是FPGA工艺。默认是CMOS工艺。

 延迟模型:指明在计算延迟时用的那个模型,主要有generic_cmos(默认值)、table-lookup(非线性模型)、piecewise-cmos(optional)、dcm(Delay Calculation Module)、polynomial。这个库使用的非线性模型。

 替代交换方式:这里选的是匹配封装的方式。具体的信息可以查阅其他治疗或者询问半导体厂商。

 库特征:报告延迟计算,也就是这个库具有延迟计算的特征。

 总线命名方式:定义库中总线命名规则。例如:bus_naming_style:"Bus%spin%d";这个库没有进行总线规则的命名。

    ·库的文档资料属性(document attribute):

主要是库的版本、库的日期、还有注释。例如:

  用库报告命令report_lib可显示日期例如:Date:"Wed Jun 22 12:31:54 2005"。

  修正版属性定义库的版本号码,例如Revision:1.3;

  注释属性用于报告report_lib命令所显示的信息,如版权或其他产品信息。例如:Comment:"Copyright (c) 2005 Artisan Components, Inc.  All Rights Reserved.”

    ·定义单位属性(unit attribute):

   Design Compiler工具本身是没有单位的。然而在建立工艺库和产生报告时,必须要有单位。库中有6个库级属性定义单位:time_ unit(时间单位)、voltage_unit(电压单位)、current_  unit(电流单位)、pulling_resistance_unit(上/下拉电阻单位)、capacitive_load_unit(电容负载单位)、leakage_power_unit(漏电功耗单位)。

单位属性确定测量的单位,例如可在库中用毫微秒(nanoseconds)或皮法拉(picofar-ads)作为时间和电容负载的单位。

  注:关于面积的单位,前面已经说了,这里不再详述。

B接下来是环境描述

  主要包括操作条件(operation conditions)、临界条件定义(threshold definitions)、默认的一些环境属性(default attributes)、一些(时序、功耗)模型(templates)、比例缩放因子(k-factors)、I/O pad属性(pad attributes)、线负载模型(wire-loads)。

    ·操作条件(operation conditions):

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

在工艺库中,用操作条件设置了制程(process)、温度(temperature)、电压(voltage)与RC树模型(tree_type)。

  在综合和静态时序分析时,DC要用到这些信息来计算电路的延迟,而库中的这组操作条件为基础(也就是nom_xxxx)操作条件。一个工艺库只有这么一组基础的操作条件,如果要使用不同的操作条件,则需要借助K参数了(见后面)。制程、温度、电压这些很好理解,下面主要说一下这个RC树模型(tree_type)。

  tree-type属性定义了布局之前延时的计算方式。此外,线负载模型(后面有讲)是根据连线的扇出来估算连线的RC寄生参数的,RC如何分配就是根据这个tree-type属性来的。

  连线延时(从驱动引脚的状态变化到每个接受单元输入引脚的状态变化,线负载模型设每个分枝的延迟是一样的。)的一个示例如下图所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  在这个简单的电路中,BUF1的输出驱动两个单元:BUF2与BUF3。在物理上,这是两根连线。而在网表中,两根连线用一个net来表示。

  在布局前,假设这两根线有相同的寄生电阻与寄生电容,即Cwire1-Cwire2=R1-R2 。

假设我们想了解从BUF1的输出到BUF2的输入端的延时。这个延时实际上是给连线及BUF2的输入引脚负载进行充、放电所消耗的时间。

如何计算这个延时呢?tree-type就是为此而定义的。Tree-type有三种取值,这个延时就有三种计算模型,这三种模型有两种理解方式,这两种理解方式是等价的。

第一种理解方式的三种模型:

  A:当它取值为worst-case-tree时,连线的寄生参数采用集总模型,即用Cwire*(Cwire 1+Cwire2)这个乘积表示连线的等效电容,Rwire(R1+R2)表示连线的等效电阻。C1表示BUF1输入引脚的等效电容。C2表示BUF2输入引脚的等效电容。从BUF 1到BUF2的延时计算模型下图所示:

     Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

      在这种模型中,net本身的延迟为Rwire*Cwire .

  B:当tree-type取值为best-case-tree时,计算延时的RC模型如下图所示:

     Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

      在这种模型中,Rwire为0,因此net本身的延时为0

  C:当tree-type取值为balanced-tree时,计算延时的RC模型如下图所示:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

    在这种模型中,net的延时为Rwire*Cwire/(N^2)。这里N表示负载数目,本例中取值为2.

第二种理解方式的三种模型:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

无论是从哪一种方式理解,这个库中使用的是平衡树的模型。

    ·临界条件定义(threshold definitions):

主要是定义一些极限值,比如时钟抖动的最大最小值、输出输出的上升下降沿的最大最小值等等信息,如下图所示:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

    ·默认的一些环境属性(default attributes):

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  主要是默认漏电流功耗密度、标准单元的漏电流功耗、扇出负载最大值、输出引脚的电容、IO类型的端口电容、输入引脚的电容、最大转换时间。

    ·一些(时序、功耗)模型(templates):

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  都是写查找表模型,主要是功耗(比如输入转移时间的功耗)、时序(比如输入线转换的延时、建立时间和保持时间的延时)等等,根据不同的操作环境,进行查表进行选择对应的参数。

    ·比例缩放因子(k-factors):

由于一般库中只有单元“nom_xxx”的值,为了计算不同的制程、电压和温度下单元的延迟(或者说是计算不同的操作条件),库中提供了比例缩放因子

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  比例因子有许多,这里只是列举了这几个。

根据提供的K参数,DC按下面的公式计算不同的制程,电压和温度的单元延迟:

  Delay derated = (nominal delay)*(1+(DP*KfactorP))*(1+(DV*KfactorV))*(1+(DT*KfactorT))

其中:

  delta = current-nominal ;

  DP = CP-NP,CP为current process,NP为nominal process;

  DV=CV-NV,CV为current voltage,NP为nominal voltage;

  DT=CT-NT,CT为current temperature,NT为nominal temperature.

  KfactorP、KfactorV、KfactorT分别是对于的K参数,表示制程、电压、温度对延时的影响。

    ·I/Opad属性(pad attributes):

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

    主要就是定义I/O引脚的电平属性,告诉你输入是COMS还是TTL,什么时候达到高电平、什么时候是低电平。

    ·线负载模型(wire-loads):

   工艺库的线负载模型如下所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

   DC采用wire-load模型在布局前预估连线的延时。通常,在工艺库中,根据不同的芯片面积给出了几种模型(上图所示)。这些模型定义了电容、电阻与面积因子。此外,导线负载模型还设置了slope与fanout_length,fanout-length设置了与扇出数相关的导线的长度。

  有时候,除了扇出与长度,该属性还包括其他参数的值(这个工艺库没有),例如average_capacitance、standard_deviation与number_of_nets,在DC产生导线负载模型时会自动写出这些值。对于超过fanout-length属性的节点,可将该导线分成斜率不同的几段,以确定它的值。

C工艺库剩下的全是标准单元(cell)的描述:如反相器、触发器、与非门、或非门的描述等:

Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

      ·标准单元内容概述

  综合库中的每个单元都包括一系列的属性,以描述功能、时序与其他的信息。 在单元的引脚描述中,包含了如下内容:输入引脚的fanout-load属性、输出引脚的max_fanout属性、输入或输出引脚的max_transition属性、输出或者inout引脚的max_capacitance属性。利用这些描述,可以对设计进行DRC(设计规则检查)。如果某个单元的输出最大只能接0.2pF的负载,但在实际综合的网表中却连接了0.3pF的负载,这时候综合工具就会报出DRC错误。

  通常,fanout_load与max_fanout一起使用max_transition与max_capacitance一起使用。 如果一个节点的扇出为4,它驱动3个与非门,每个与非门的fanout-load是2,则这三个与非门无法被驱动(因为3*2>4)。

  max_transition通常用于单元的输入引脚,max_capacitance一般用于单元的输出引脚。如果任何节点的transition时间大于引脚的max_transition值,则该节点不能连接。如果发生违例,则DC用一个具有更大max_capacitance值的单元来取代驱动单元。

  在对输出引脚的描述中,给出了该引脚的功能定义,以及与输入弓}脚相关的延时。输入引脚定义了它的引脚电容与方向。这个电容值不能与max_capacitance值相混。DC利用输入引脚的电容值进行延时计算,而max_capacitance仅用来进行设计规则检查。

  对于时序元件中的时钟引脚,专门用clock类型进行说明,如下所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

注:许多设计者都会抱怨工艺库中对单元的DRC属性设置不当,这是由于库的能力是有限的所致。对于一个设计,综合库的DRC设置可能很合适,而对于另一个设计就可能不太合适。这时候,需要设计者对综合库进行“剪裁”。当然,这种“剪裁”必须比库中的定义更为严格。如将一个库中buffd0的Z端的max_fanout由4.0改为2.0的命令:

dc_shell> set_addribute  find(pin, ex25/BUFFDO/Z)  max_fanout  2.0

上述的命令可以写在synopsys-dc.setup文件中。

  (单元的延时)

  在一个单元的综合库中,最核心的是对时序和功耗的描述。一个单元的延时跟以下因素有关:

  器件内部固有的延时、输入转换时间(也称为输入上升/下降时间)、负载(驱动的负载及连线)、温度、电压、制程变化。

  前三个因素是由电路本身的特性所决定的,后三个因素是由环境决定的。在实际电路中,输入转换时间、负载与连接单元的电路有关,所以我们只需要列出在不同的输入转换时间、不同的负载下单元的延时就可以了。这个延时包括器件的内部固有延时。此外,利用前面提到K缩放因子,将温度、电压、制程的影响也考虑进来。如下面的这个反相器单元,它的延时就可以通过输入转换时间和负载决定:

             Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

说到单元的延时,不得不说计算单元延时的模型

Synopsys支持的延时模型包括:CMOS通用延时模型、CMOS分段线性延时模型和CMOS非线性延时查找表模型(Nonlinear Delay Model)。前两种模型精度较差,已经被淘汰,主要用非线性延时模型。下面进行解释非线性延时模型。

非线性延时模型也称为二维非线性延时模型。在该模型中,用二维列表的形式给出单元在特定的输入转换时间、输出负载下的延迟(包括单元的延时和单元的输出转换时间):

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  单元的输出转换时间又成为其驱动的下级单入的输ru转换时间。库中每个单元有两个NLDM表。上面的图中,当输出负载和输入转换时间为0.05 pF和0.5 ns时,从表中可查出单元的延迟为0.23 ns,输出转换时间为0.30 ns 。

  对于在范围之内的点,可以用插值的方法得到;对于在范围之外的点,可以用外推的方法得到。线性插值如下图所示:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

计算延时的公式为:

Z=A+BXX+CXY+DXXXY

其中,Z代表单元的延时,A, B, C, D是系数,X为输出节点电容,Y为输入转换时间。

输入的上升、下降时间是由上一级输出的上升、下降时间得到的。输出节点的电容可以由负载的输入引脚电容及连线负载计算得到。在综合时,使用导线负载表可以预测导线负载。导线负载模型在综合库中进行了定义。当然,用户也可以自己生成连线负载模型。该模型也是用查找表的方式,列出在不同负载下的平均连线延迟。在布局之后,可以得到更为精确的导线长度。在布线后,可以得到最确切的导线长度。可以用该导线负载来计算最终的延时,以便进行静态时序分析与时序计算。

  使用线性插值的举例:一个标准单元的延迟查找表如下图所示:

        Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  在查找表中,根据不同的输入转换时间和输出节点电容,列出了标准单元的延时。例如,当输入节点的转换时间为0.1 ns,输出负载为0.01pF时,单元的延时为0.17 ns。如果单元的输入转换时间为0.2 ns,输出节点电容为0.002 pF,则从表中无法直接查找到延时,需要通过线性插值的方法来求得该值:

  计算延时的第一步,是求出延时公式中的系数A,  B,  C,  D,然后根据实际的输入转换时间和输出电容求出实际的延时。

   假设该单元的输入转换时间为0.2(位于查找表的第1列与第2列之间),输出节点电容为0.003(位于查找表的第1行与第2行之间),这样,我们将查找表中的相应的4值代入延时公式,可得:

    0 .080=A+B*0.1 +C *0.001 +D*0.1*0.001;

    0 .130=A+B * 0 .5+C * 0.001 +D*0.5*0.001;

    0 .170=A+B * 0 .1+C*0.01 +D*0.1*0 .01

    0 .220=A+B * 0.5+C*0.01 +D*0.5*0.01

    求解这4个等式,可得 A=0 .057 52,B=0 .1248,C=9 .9998,D=0 .2。

  接下来,我们将实际的节点电容、输入转换时间代入延时公式,可以得到这种情形下该单元的实际延时为:

    Z=0 .5752+0.1248X0.003+9.9998 X 0.2+0.2X0.2X0.003 (ns)

    单位为ns,输出转换时间、短路功耗的计算与此类似。

  说明:利用DC中的report_power_calculation命令,可以显示出某一节点处energy的具体求解过程;利用DC中的report_delay_calculation命令,可以显示出某一节点处延迟或输出转换时间的具体求解过程。

前面对标准单元库的内容和结构有了一个概述,下面对一个反相器单元一个寄存器单元进行详细解说。

      ·反相器的综合模型

  综合库中主要给出了各端口的功能、电容、功耗及延时等信息(不同的库模型信息种类可能不一样)。反相器的功耗主要分为两部分:静态功耗和动态功耗。 其中静态功耗是指泄漏功耗,动态功耗包括翻转时的短路功耗及节点电容的充放电所消耗的功耗。节点电容充放电消耗的功耗仅跟VDD、节点翻转率及节点电容有关。其中,VDD和节点电容是固定的,节点翻转率跟输入激励有关,需要通过仿真激励进行计算。因此,在综合库中,不列出充放电功耗。而短路功耗跟输入转换时间和节点电容有关,一般以查找表的形式给出(在综合库中,用internal_power表示)。

  具体的反相器的综合模型如下所示:

       Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHPTcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

当然,上面看到的只是部分内容,有些内容折叠起来了比如输入引脚的等效负载、输出引脚的短路功耗等被折叠起来了,下面进行讲解:

       Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

引脚A表示反相器的输入(上图),展开后可以看到输入的引脚的等效负载,也就是等效电容的大小。

输出管脚Y有:

       Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  里面主要包含了引脚的功能(function)、短路功耗(internal_power)、时序信息(timing)、输出的最大负载(max_capacitance)等信息。

短路功耗信息(internal_power):

展开短路信息如下图所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

短路功耗与A管脚相关联,也就是与A管脚有关系。

  rise_power给出了Y从低到高时的短路功耗,功耗跟输入信号的转换时间(index_1)及节点电容(index_2)有关;根据不同的信息进行查表,表的值就是(value),7X7表示index_1是7,index_2也是7,因此value是7X7=49,如下图所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

也给出了从高到低的短路功耗(fall_power),功耗跟输入信号的转换时间及节点电容有关;具体内容类似从低到高时的短路功耗,不再详述。

时序信息(timing):

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主要包括相关引脚、时序敏感类型、单元延时、转换时间等。

Cell_rise 给出了Y从低到高时单元的延时,延时跟输入转换时间和节点电容有关:

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Rise_transition给出Y从低到高时输出的延时(transtion),跟输入转换时间和节点电容有关:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

Cell_fall、fall_transition:则是对应Y从高到低时的单元延时和输出延时,也是跟输入转换时间和节点电容有关。

cell_leakage_power:单元的泄漏功耗

有时候,也给出在不同条件时的泄漏功耗(也就是查表的方式):

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

反相器作为组合逻辑最简单、最经典的模型,其综合库的模型内容就如上所示了,下面介绍时序逻辑的。

        ·寄存器单元的综合模型

寄存单元综合库模型主要包括以下内容:

  · 单元面积; 

  ·D端短路功耗; 

  ·D端的建立时间约束和保持时间约束; 

  · 时钟引脚上的短路功耗; 

  · 时钟引脚上的最小脉宽要求; 

  · 输出端的短路功耗; 

  · 输出端的延时;  

  · 输出端的最大负载约束; 

  · 单元的泄漏功耗。

其综合库内容如下所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

上面综合库的具体内容下面进行具体叙述:

D端口(引脚):

输入端口,主要包含输入的等效负载、短路功耗、时序信息。

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

internal_power,D端消耗的短路功耗:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  rise_power给出D端由低电平变到高电平时的短路功耗,跟输入转换时间有关,电容为定值:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  fall-power则给出D端由高电平变到低电平时的短路功耗,跟输入转换时间有关,电容为定值。

Timing,时序信息:

     Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  D的时序信息与“CK”端口有关,Setup_rising表明是setup(建立时间)的时序信息。

  rise-constraint:给出D端由低电平变到高电平时的setup约束,跟D端输入转换时间和时钟的转换时间有关:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  fall-constraint则给出D端由高电平变到低电平时的setup约束,跟输入转换时间和时钟的转换时间有关。

前面我们看到,有两个timing,一个既然是建立时间了,那么另外一个就是保持时间了:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  rise-constraint:给出D端由低电平变到高电平时的hold约束,跟输入转换时间和时钟的转换时间有关:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  fall-constraint:给出D端由高电平变到低电平时的hold约束,跟输入转换时间和时钟的转换时间有关。

CK端口

这个是时钟端口,主要给出了输入的负载、最大转换时间约束、短路电流、高低电平的最小脉宽要求,如下图所示。

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

Internal_power,短路功耗:

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

也是分为CK上升时跟下降时的短路功耗,与D端有关。

min_pulse_width_high、min_pulse_width_low :给出了时钟高低电平的最小脉宽要求。

ff:描述寄存器的功能。

  Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

Q端口

  Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

主要描述Q的功能,短路功耗,时序信息,输出最大的负载电容。

Internal_power,短路功耗:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  rise_power给出了输出端由低电平变到高电平时的短路功耗,跟输入转换时间、Q端负载及QN端负载有关:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  fall_power则输出端由高电平变到低电平时的短路功耗,跟输入转换时间、Q端负载及QN端负载有关。

Timing,时序信息:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

说明Q端口与CK的上升沿有关。

  cell-rise给出Q端由低电平变到高电平时CK到Q的延时,跟输入转换时间和输出节点电容有关:

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  rise-transitio给出了Q端由低电平变到高电平时Q端转换时间,跟输入转换时间和输出节点电容有关:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  cell-fall给出了Q端由高电平变到低电平时CK到Q的延时,跟输入转换时间和输出节点电容有关;

  fall-transition给出了Q端由高电平变到低电平时Q端转换时间,跟输入转换时间和输出节点电容有关。

max_capacitance,则是最大输出负载电容约束。 

QN管脚,跟Q管脚类似,不进行陈述了。

cell_leakage_power给出了默认单元漏电流大小。而下面的不同漏电流,则是根据端口信号处在不同状态时的漏电流大小:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

注:对于有复位信号的寄存器,还有可能有下面的信息:

  · 复位引脚上的短路功耗;

  · 复位引脚上的最小脉宽要求; 

  · 复位引脚上的recovery/removal时序约束; 

  · 输出端的输出转换时间(相对于时钟); 

  · 输出端的输出转换时间(相对于异步复位信号);

  · 输出端的延时(相对于异步复位信号); 

(2)DC的设计对象

  在了解了综合库之后,下面介绍一下DC的设计对象,虽然这个设计对象相对于综合库没有那么重要,但是还是要了解一下的。

  对于一个verilog代码模块,我们知道这是一个模块的名字是什么,这个模块的功能是什么,这个模块有哪些端口等等信息。但是对于DC来说,它不想我们那么理解,给它一个verilog模块,它把这个模块的内容当做设计对象(简称对象)来看。DC支持的对象和解释如下所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

DC支持8中设计对象:

  Design :具有某种或多种逻辑功能的电路描述;

  Cell :设计的 instance;

  Reference :cell 或 instance 在库中定义的名字;

  Port :design 的输入、输出;

  Pin :design 中 cell 的输入、输出;

  Net :ports 和 pins 之间或 pins 之间的信号名;

  Clock :被定义为时钟源的 pin 或 port;

  Library :cell 的集合,如: starget_library,link_library;

在DC读入设计时候,可以通过下面命令查看这些对象:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  Query:访问某一个对象,

  Sizeof:查某一个(对象)集合的大小。

对象具有某些属性,比如:

  端口(port)的属性有:方向、驱动单元、负载、最大电容约束等等

  单元(cell)的属性有:层次化、不触碰 等待;

  时钟的属性有:周期、抖动等;

写约束,就是通过对设计对象的属性进行约束,至于要约束什么,怎么约束,在后面进行介绍。

(3)Design Ware 库

  DesignWare是Synopsys提供的知识产权(Intellectual Property,简称IP)库。IP库分成可综合IP库(synthesizable IP,SIP) ,验证IP库(Verification IP,VIP)和生产厂家库(foundry 1ibraries)。IP库中包含了各种不同类型的器件。这些器件可以用来设计和验证ASIC, SoC和FPGA。库中有如下的器件:

  ·积木块(Building Block)IP(数据通路、数据完整性、DSP和测试电路等等)。

  ·AMBA总线构造(Bus Fabric)、外围设备(Peripherals)和相应的验证IP。

  ·内存包(Memory portfolio)(内存控制器、内存BIST和内存模型等等)。

  ·通用总线和标准I/O接口(PCI Express,PCI-X,PCI和USB)的验证模型。

  ·由工业界最主要的明星IP供应商提供的微处理器(Microprocessor)和DSP核心。

  ·生产厂家库(Foundry Libraries)。

  ·板级验证IP<Board verification IP)。

  ·微控制器(Microcontrollers,如8051和6811)。

  ·等等

  这里主要介绍集成在DC综合工具中的designware foundation库。所有的IP都是事先验证过的、可重复使用的、参数化的、可综合的,并且不受工艺的约束。

常用的designware foundation库单元如下所示:

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

       Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

     Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

      Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

    Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  使用IP库中的器件,可以用运算符号推论法(Operator Inferencing)或功能推论法(Functional Inferencing)。运算符号推论法是直接在设计中使用“+、一、*、>、一和<”等的运算符号。功能推论法是在设计中例化(instantiate) DesignWare中某种算术单元,例如直接指定用库中的DWF_ mult_ tc,DWF_ div_ uns和DWF_sqrt_tc单元。

  由于DesignWare库中的所有器件都是事先验证过的,使用该IP库我们可以设计得更快,设计的质量更高,增加设计的生产力和设计的可重复使用性,减少设计的风险和技术的风险。对于每个运算符号,一般地说DesignWare库中会有多个结构(算法)来完成该运算。这样就允许DC在优化过程中评估速度/面积的折衷,选择最好的实现结果。对于一个给定的功能,如果有多个DesignWare的电路可以实现它,Design Compiler将会选择能最好满足设计约束的电路。此外使用DesignWare中的DW Foundation库是需要许可证的(license) , DW Foundation库提供了更好的设计质量(Quality of Result)。

  使用DesignWare中IP的方法如下图所示:

  Tcl与Design Compiler (五)——综合库(时序库)和DC的设计对象-LMLPHP

  Design Compile自动选择和优化算术器件。对于算术运算,我们并不需要在DC中指定标准的(基本的)综合库standard.sldb。标准的综合库standard.sldb包含内置的HDL运算符号,综合时DC会自动使用这个库。如果我们要使用性能更高的额外的IP库,例如DW_ foundation.sldb,我们必须指定这些库,如下所示:

  #Specify for use during optimization

  set  synthetic_library  dw_foundation.sldb

  #Specify for cell resolution during link

  lappend link_library    $synthetic_library

本文的总结主要参考了《专用集成电路设计使用教程》、《数字IC系统设计》,局部图片来自这两本书。

05-11 15:53