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逻辑综合
一. 基础知识 逻辑综合的目的：决定电路门级结构、寻求时序（性能）和面积的平衡、寻求功耗与时序的平衡、增强电路的测试性。 二. 逻辑综合流程 Design Compiler使用 使用DesignCompiler综合过程： 一. Design Compiler打开方式 一共有4种打开方式： 1.dc_shell-t 1.1 在shell中输入dc_shell-t 1.2 也可以在打开dc_shell-t的时候同时打开tcl脚本：dc_shell-t -f script（脚本） 2.design_vision
.log文件很重要，当我们出现一些警告或者错误的时候，需要到.log文件中去追溯。 二. 文件读入方式： 一共有两种方式： 1. 使用read指令来读入 read -format verilog[db/vhdl ...]file //dcshell 的工作模式read_db file.db //TCL工作模式读取DB格式read_verilog file.v //TCL工作模式读取verilog格式read_vhdl file.vhd //TCL工作模式读取VHDL格式 2. analyze和elaborate一对指令同时使用（推荐使用） analyze -f vhdl mychip.vhdelaborate MYCHIP 3.比较： 4. link 三. 工艺库 1. 目标库
2. 链接库 注：设置link_library的时候要注意设置 search_path
设置目标库和链接库： set target library"my_tech.db"set link_ library "*my_tech.db" 读入代码，并进行link操作： dc_shell-t> read_ verilog source/ALU.V dc_shell-t> read verilog source/TOP.V dc_shell-t> link 发现错误： 原因：因为没有设置搜索路径，这样dc就无法找到db文件 修改： 增加一句：lappend search_path {bob} 结果： 或者： set target_library "my_tech.db"set link library "*my_tech.db"lappend search_path {bob}dc_shell-t> analyze-f vhdl source/ALU. vhddc_shell-t> analyze-f vhdl source/TOP. vhd dc_shell-t> elaborate TOP 输出： Loading db file bob/DECODE. db Current design is now ' TOP' 3. 符号库 symbol_library是定义了单元电路显示的Schematic的库 4. 算术运算库 DesignWare 库中包含了许多高性能的运算器，比如超前进位加法器 四. 工艺库内部的信息 1.单元时序信息 1.1 简单的反相器逻辑单元的timing arc 注：延迟是根据单元库中定义的阈值点测量的，通常为50%VDD 1.2 Timing arc的延迟取决于两个因素：
简单的时序模型是线性延迟模型，其中单元的延迟和输出转换时间表示为两个参数的线性函数：输入转换时间和输出负载电容。 线性延迟模型在亚微米技术的输入转换时间和输出电容范围内不准确 1.3.2 非线性时序模型 索引的类型和表查找索引的顺序在查找表模板delay_template_3×3中描述。 1.3.2.1 查找表中的信息
另一种方法是在模板定义中指定索引值，而不在cell_rise和cell_fall表中指定它们。 1.3.2.2 Slew值 Slew值基于库中指定的测量阈值
1.4.1 时序模型-组合单元
五. DC时序约束 1. 施加约束 Design Compiler 是一个约束驱动（constrain-driven）的综合工具，它的结果是与设计者施加的约束条件密切相关的。 我们主要讨论怎样给电路施加约束条件：时序约束 面积约束 综合过程： 1.1 定义面积 dc_shell-t> current_design PRGRM_CNT_TOPdc_shell-t> set_max_area 100 上面的例子给PRGRM_CNT_TOP的设计施加了一个最大面积100单位的约束。100的具体单位是由Foundry规定的，定义这个单位有三种可能的标准：
1.2 时序路径约束 我们要达到的目标是——约束电路中所有的时序路径,以此来实现对工作频率的约束。 这些时序路径可以分为4类： ●输入到寄存器的路径 ●寄存器到寄存器之间的路径 ●寄存器到输出的路径 ●输入直接到输出的路径 1.2.1 触发器到触发器 对于图中触发器到触发器的路径，我们应该如何约束？ 在电路综合的过程中，所有时序电路以及组合电路的优化都是以时钟为基准来计算路径延迟的，因此，一般都要在综合的时候指定时钟，作为估计路径延迟的基准。 1.3 定义时钟 dc_shell-t> create_clock -period 10 [get ports Clk]dc_shell-t> set dont_touch_ network [get_clocks Clk] 通过get ports拿到了设计里面的时钟端口，然后使用了reate clock指令来定义了时钟周期1Ons和占空比 对所有定义的时钟网络设置为dont_touch，即综合的时候不对clk信号优化。 如果不加这句，DC会根据Clk的负载自动对他产生Buffer，而在实际的电路设计中，时钟树（Clock Tree）的综合有自己特别的方法，它需要考虑到实际布线后的物理信息，所以DC不需要在这里对它进行处理，就算处理了也不会符合要求。 做DC的时候是一个非常理想的情况，单元在芯片中的实际位置并没有固定下来，如果我们让DC去综合时钟，会得到一个非常不准确的时钟网络。导致我们在做后面的布局布线的时候，还要先去除这个非理想的时钟网络，然后再来重新做一个正确的网络 可以给时钟网络加一个don't touch的一个选项 1.4 定义输入延迟 我们所定义的输入延时是指被综合模块外的寄存器触发的信号在到达被综合模块之前经过的延时，在图中就是外围触发器的clk-q的延时加上M电路延时。 dc_shell-t> set_input_delay -max 4 -clock Clk[get_ports A] 通过get_ports指令把输入延迟就施加到了A端口上 mmax的选项其实指的就是这个端口最大的延时是多少，最大延时通常是用来算建立时间的，也可以写最小延时，来对保持时间进行约束 clock 指的是这个端口的输入延迟是针对哪个CLK的，一定是针对某个时钟域的输入延迟，通常电路里可能存在很多个时钟，每个时钟域下，都有它相关的输入和输出的引脚 练习： create_clock -period 20 [get_ ports CLK]set_dont_touch_network [get_clocks CLK]set _input_delay -max 7.4 -clock Clk [get_ports A] （因为图中标注的是worst，所以用-max） 为了约束S的path，需要提供哪些信息？ 信号在被综合模块的触发器U3里触发，被外围的一个触发器接收。对外围电路而言，它有一个T电路延时和外围触发器的建立时间。当确定了他们的延时之后，被综合模块内部的输出路径延时范围也就确定下来了。 定义输出延时： dc_shell-t> set_ output_delay -max 5.4 -clock Clk[get_ports B] 六. DRC约束 1. rule constraints 1.1 set_max_transition 是约束design中的信号、端口、net最大transition不能超过这个值，当然是越小越严苛了，net的transition time取决于net的负载（fanout），负载越大，transition time越大。 data transition time； clock transition time：小 1.2 set_max_fanout 对design，net，output port进行操作，设定的不是具体的电容值。扇出负载值是用来表示单元输人引脚相对负载的数目，它并不表示真正的电容负载，而是个无量纲的数字。 1.3 set_max_capacitance 基于工艺库的信息进行设定。 ·以上三个由工艺厂商提供，但是我们可以约束的更紧一些。 ·数字IC设计中max_cap和max_tran这类逻辑DRC或者说时序DRC是在设计中必须修复的问题，否则无法流片。 七. TCL脚本实例 sh date //显示开始时间remove_design -designs//移除DC中原有的设计//下面是库的设置，对应图形界面操作的2###########################set library ###########################set search_path[list*********]set target_library {tt.db}set link_library {*tt.db}set symbol_library {tt.sdb}//下面是屏蔽一些warning信息，DC在综合时遇到这些warning时就把它们忽略，不会报告这些信息，VER-130，VER-129等是不同warning信息的编码，具体含义可以查看帮助##############################void warning Info ############并并#并并##########suppress_message VER-130suppress_message VER-129suppress_message VER-318suppress_message ELAB-311suppress_message VER-936//读入example1.v文件，对应于图形界面的3####################################read&；link&；Check design####################################read_file -format verilog ~/example1.v#analyze -format verilog ~/example1.v#elaborate EXAMPLE1current_design EXAMPLE1/把EXAMPLE1指定为当前设计的顶层模块,否则DC会默认把最后一个独到的模块设置为moduleuniquify check design//设置一些变量##############################define IO port name##############################set clk[get_ports clk] //设置变量clk的值是[get_ports clk]，在下面的代码中若出现$clk字样，则表示引用该变量的值，即用[get_ports clk]代替$clk。set rst_n [get_ports rst_n]set general_inputs [list a b c]set outputs [get_ports o]//设置约束条件，对应于图形界面的4##############################set_constraints##############################//设置时钟约束，对应于图形界面的4.1#1 set constraints for clock signals create_clock -n clock $clk -period 20 -waveform{0 10}//创建一个周期为20ns，占空比为1的时钟set dont_touch_network [get_clocks clock]set_drive 0 $clk//设置时钟端口的驱动为无穷大set_ideal_network [get_ports clk] //设置时钟端为理想网络//设置复位信号约束，对应于图形界面的4.2#2 set constraints for reset signals set dont_touch_network $rst_n set_drive 0 $rst_n set_ideal_network [get_ports rst_n]//设置输入延时，对应图形界面的4.3#3 set input delay set_input_delay -clock clock 8$general_inputs//设置输出延时，对应图形界面的4.4#4 set output delay set output_delay-clock clock 8$outputs//设置面积约束和设计约束，对应图形界面的4.5#5 set design rule constraints set_max_fanout 4 $general_inputs set_max_transition 0.5 [get_designs "EXAMPLE1"]#6 set area constraint set_max_area 0 //在时序满足的条件下,尽可能把电路面积做小一些 八. 环境约束 1.有没有遗漏的约束？ 1.1 capacitive load
可以使用set_load来设定load值，可以设定一个精确值，也可以使用工艺中现有单元的load值来进行代替 1.2 Input Drive Strength 为了精确计算输入电路的时序，DC需要知道input port的transition时间
dc_shell-t> set_driving_cell -lib_cell and2a0 [get_ports IN1] 1.3 设置工作条件 一般综合只要考虑到两种情况：最差情况用于作基于建立时间（setup time）的时序分析，最好情况用于作基于保持时间（hold time）的时序分析。 1.4 Net Delays
Manual model selection： dc_shell-t> set current_design addtwodc_shell-t> set wire_load_model -name 160KGATES 1.5 Wireload Model Mode
具体设置方式： dc_shell-t> set_wire_load_ mode enclosed 九. 编译得到的结果 //综合优化，对应图形界面的5##############################compile_design##############################compile-map_effort medium//保存文件，对应图形界面的7###########################write*.db and*.v ###########################write -f db -hier- output ~/EXAMPLE1.db //保存整个工程write -f verilog -hier -output ~/EXAMPLE1netlist.v //保存网表，用于布局布线和后仿真write_sdf -version 2.1 ~/EXAMPLE1.sdf //保存反标文件，sdf文件标注了我们用的标准单元的延迟值，后仿真时也需要//产生报告并保存，对应图形界面的6###########################generate reports###########################report_areal> EXAMPLE1.area_rpt//面积报告,把报告面积的文件保存成EXAMPLE1.area_rpt文件，运行完脚本以后可以查看该文件。主要包括：时序电路面积，组合逻辑电路面积，总面积report_constraint -all_violators >EXAMPLE1.constraint_rpt //约束违例报告，给出了逻辑综合过程中哪些约束没有达到要求report timing>EXAMPLE1.timing_rpt //时序报告，看建立时间和保持时间是否满足要求sh date//显示结束时间 时序报告主要内容：
DC进行优化的目的是权衡timing和area约束，以满足用户对功能，速度和面积的要求。 DC有很多的优化策略： ●对数据通道的优化 ●对状态机的优化 ●对布尔逻辑的优化 1. Creating Path Groups ●默认情况下，DC根据不同的时钟划分path group。但是如果设计存在复杂的时钟，复杂的时序要求或者复杂的约束，用户可以将所关心的几条关键路径划分为一个path group，指定DC专注于该组路径的优化。 ●也可以对不同的组设置不同的权重，权重的值范围为0.0-100.0 2. Optimizing Near-Critical Paths ●默认情况下，DC只优化关键路径，即负slack最差的路径。如果在关键路径附近指定一个范围，那么DC就会优化指定范围之内的所有路径。若指定范围较大，会增大DC运行时间，因此一般情况该范围设定为时钟周期的10%。 3. Performing High-Effort Compile ●通常，使用incrementa可以提高电路优化的性能。如果电路在compile之后不满足约束，通过incremental也许能够达到要求的结果。 ●Incremental只进行门级（gate-level）的优化，而不是逻辑功能级（logic-level）的优化。它的优化结果可能是电路的性能和之前一样，或者更好。 Incremental会导致大量的计算时间，但是对于将最差的负slack减为0，这是最有效的办法。 4. Gate-Level Optimizations 5. Automatic Ungrouping
6. Adaptive Retiming DC在移动寄存器的优化中，只能对有相同时序约束的寄存器进行调整，如果两个寄存器约束不同，则不能一起移动。 7. High-Level Optimization and Datapath Optimization DC Ultra对数据的优化主要通过以下手段：
以下优化均会引起网表和RTL design不一致，因此需要使用formality工具进行一致性检查，确认不一致的地方是否由DC优化造成： ·由ungroup，group，uniquify，rename_design等造成部分寄存器，端口名字改变。 ·等效和相反的寄存器被优化，常量寄存器被优化。 ·Retiming策略引起的寄存器，电路结构不一致。 ·数据通路优化引起的不一致。 ·状态机的优化。 因此，DC在综合过程中必须生成formality的setup文件（默认为default.svf） 8. 设计划分Partitioning for Synthesis 模块应该如何划分，才能够得到一个好的综合结果呢？ 8.1 不要让一个组合电路穿越过多的模块 8.2 寄存模块的输出 8.3 根据综合时间长短控制模块大小 8.4 将同步逻辑部分与其他部分分离 十. TCL语言 1. Overview 2. Design Object get_nets *：包含所有net的collectionget_object_name：所有的net名称的listllength：tcl自带的指令计算list的长度 siezeof_collection是synopsis带的tcl指令 例如： sizeof_collection [all_clocks]€52 知识来源： 芯动力——硬件加速设计方法 |
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2021-9-28 15:43:58
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