數(shù)字電路后端設(shè)計邏輯綜合課件

邏輯綜合2024/11/812概述綜合是將RTL源代碼轉(zhuǎn)換成門級網(wǎng)表的過程。電路的邏輯綜合一般由三個步驟組成，即綜合＝轉(zhuǎn)化＋邏輯優(yōu)化＋映射（見下頁圖）（Synthesis＝Translation＋LogicOptimization＋Mapping）在綜合過程中，優(yōu)化進(jìn)程嘗試完成庫單元的組合，使組合成的電路能最好地滿足設(shè)計的功能、時序和面積的要求綜合是約束驅(qū)動（constraintdriven）的，給定的約束是綜合的目標(biāo)。約束一般是在對整個系統(tǒng)進(jìn)行時序分析得到的，綜合工具會對電路進(jìn)行優(yōu)化以滿足約束的要求。綜合以時序路徑為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化。常用的綜合工具有Synopsys公司的DesignCompiler和Candance公司的EnconterRTLCompiler2024/11/832024/11/84綜合過程中時序與面積的關(guān)系從下圖中可以看出面積與延遲的折衷關(guān)系，綜合工具以約束為指導(dǎo)，在滿足時序的情況下獲得最小面積。如果不施加約束，綜合工具會產(chǎn)生非優(yōu)化的網(wǎng)表，而這是不能滿足要求的網(wǎng)表。所以約束對于綜合來說是必不可少的。

2024/11/85綜合的基本流程

1.準(zhǔn)備RTL代碼：RTL代碼經(jīng)過前端仿真后才能用于綜合。 2.定義庫：設(shè)定好所需要用到的綜合庫等多種庫。 3.讀入設(shè)計：綜合工具讀入RTL代碼并進(jìn)行分析。

4.定義設(shè)計環(huán)境：設(shè)定設(shè)計的工作環(huán)境、端口的驅(qū)動和負(fù)載，線負(fù)載模型等。

5.設(shè)置設(shè)計約束：這是綜合的一個極其重要的環(huán)節(jié)，設(shè)定好正確的約束才能得到正確的綜合結(jié)果。約束要適當(dāng)，不能過緊或過松。主要是定義時鐘和I/O的約束。 6.設(shè)置綜合策略：有top-down和bottom-up兩種策略，各有所長，對于不同的設(shè)計要具體分析。 7.優(yōu)化設(shè)計：綜合工具可以根據(jù)約束對電路進(jìn)行優(yōu)化，也可以人為地加入命令，改變優(yōu)化方法。 8.分析和解決設(shè)計的問題：在設(shè)計綜合（compile）后，根據(jù)報告來分析設(shè)計中出現(xiàn)的問題，進(jìn)而修訂所出現(xiàn)的問題。

9.保存設(shè)計數(shù)據(jù)：綜合完成后，保存各種數(shù)據(jù)，以供后續(xù)的布局布線使用（需先通過驗(yàn)證）。2024/11/86

BasicFlowDevelopHDLfilesSpecifylibrariesReaddesignDefinedesignenvironmentSetdesignconstraintsSelectcompilestrategyOptimizethedesignAnalyzeandresolvedesignproblemSavethedesigndatabase2024/11/87DesignCompiler簡介DesignCompiler有兩種界面供用戶使用，一種是命令界面，一種是圖形界面。在UNIX命令行下分別執(zhí)行以下命令可以分別進(jìn)入上述兩種界面：

unix％dc_shell-t

（命令界面）

unix％design_vision

（圖形界面） DesignCompiler支持TCL（ToolCommandLanguage）語言，它是公開的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)界面語言。DC-Tcl在TCL的基礎(chǔ)上擴(kuò)展豐富了TCL，使用戶可以更加靈活方便地運(yùn)用TCL命令來對電路進(jìn)行分析和優(yōu)化。DC中包含了多種工具，如DFTCompiler，PowerCompiler，HDLCompiler，LibraryCompiler等，使得DC具有強(qiáng)大的功能，成為業(yè)界最流行的綜合工具。2024/11/88目標(biāo)庫和初始環(huán)境的設(shè)置DC啟動時會先啟動.synopsys_dc.setup文件，它里面設(shè)定了綜合所需要的工藝庫的信息以及一些對于工具的設(shè)定命令。在綜合之前，要設(shè)定好所需要的庫，如綜合庫、I/O單元庫，IP核等。半導(dǎo)體廠商提供與DC兼容的工藝庫－綜合庫，它包含許多信息，如單元的功能、面積、時間、功耗、測試等，線負(fù)載模型，工作條件和設(shè)計規(guī)則約束等。在0.18um的工藝下，可采用非線性延遲模型（NLDM）來計算單元的延遲。單元的延遲與輸入的邏輯轉(zhuǎn)換時間和輸出負(fù)載有關(guān)。根據(jù)每個單元的輸入邏輯轉(zhuǎn)換時間和輸出負(fù)載，在工藝庫提供的查找表（Look-UpTable）中查出單元的延遲。2024/11/89.synopsys_dc.setup文件主要包括各種庫的設(shè)定，變量的設(shè)定等。下面具體介紹各種庫的意義及如何設(shè)定。（實(shí)例）

目標(biāo)庫（target_library）： 是DC在做編譯（compile）的時候來構(gòu)成電路圖的，將電路映射到具體的單元上。例如

settarget_librarymy_tech.db

鏈接庫（link_library）： 是將設(shè)計連接到對應(yīng)的庫上，一般包含目標(biāo)庫、宏單元、IP核等。例如：

set

link_library“*my_tech.db”。其中“*”指明當(dāng)鏈接設(shè)計時，DC先搜尋內(nèi)存中已有的庫，然后再搜尋變量link_library中制定的其它庫。

符號庫（symbol_library）： 定義了單元顯示的圖形庫，當(dāng)用design_vision來查看圖形的時候使用。

綜合庫（synthetic_library）： 是由Synopsys公司提供的DesignWare庫，包含了許多IP核及運(yùn)算單元，用于實(shí)現(xiàn)verilog描述的運(yùn)算符，為電路的優(yōu)化起著重要的作用。 搜尋路徑（search_path）： 指定各種庫的路徑，可以將所用的庫的路徑放入search_path中，在設(shè)定target_library和link_library時就不必加上庫的絕對路徑，DC會自動在search_path中尋找所用到的庫的路徑從而讀入該庫。.synopsys_dc.setup文件2024/11/810

變量的設(shè)定：設(shè)置的變量在DC啟動時讀入，便于綜合的處理，同時有些DC的變量必須在設(shè)置文件中輸入。如可以設(shè)定命令的簡寫，保存多少條命令等：aliascudcurrent_designaliasrptreport_timinghistorykeep3002024/11/811綜合腳本實(shí)例（.synopsys_dc.setup）2024/11/812系統(tǒng)層次的劃分與基本概念在DC中，每個設(shè)計由6個設(shè)計物體組成，它們分別是design，cell，port，pin，net和clock。其中clock是特別的端口，它存在DC內(nèi)存中，是用戶自己定義的物體。如下圖所示：2024/11/813當(dāng)前設(shè)計為TOP。Port和Pin是與當(dāng)前設(shè)計有關(guān)的一對概念，如果當(dāng)前設(shè)計改變，相應(yīng)的port和pin也會不同2024/11/814設(shè)計讀入讀入設(shè)計有多種方法，DC支持讀入Verilog，VHDL，可以是RTL級代碼，也可以是門級網(wǎng)表，也可是ddc格式的文件。綜合前的設(shè)計不需用RTL格式（雖然也有其它格式）輸入到DC中?？梢杂靡韵旅钭x入設(shè)計：

1.analyze和elaborate命令：這是兩個不同的命令，它使得設(shè)計人員可以在建立設(shè)計通用邏輯之前先對設(shè)計進(jìn)行語法錯誤和RTL轉(zhuǎn)換分析。2.read_file命令：如：

read_file–formatverilogsd_clk.v3.read_verilog或read_vhdl命令，這些是從read_file中分離出來的命令，如：

read_verilogsd_clk.v讀入代碼后用命令current_design和link將讀入的設(shè)計和綜合庫連接起來。2024/11/815電路的設(shè)計目標(biāo)與約束RTL模塊綜合的流程如下圖所示。電路的約束分為設(shè)計環(huán)境和設(shè)計約束，DC以約束為目標(biāo)進(jìn)行電路優(yōu)化。2024/11/816設(shè)計環(huán)境 通過環(huán)境約束的設(shè)計，將設(shè)計所處的真實(shí)環(huán)境因素包含進(jìn)去，使得設(shè)計可以正常工作在真實(shí)環(huán)境下。環(huán)境約束如下圖所示:

2024/11/817set_operating_conditions描述了設(shè)計的工藝、電壓及溫度條件。Synopsys庫包含這些條件的描述，通常為WORST，TYPICAL，BEST情況。工作條件的名稱可庫的名稱是相關(guān)的，如SMIC0.18um工藝提供slow.db，typical.db，fast.db三種工藝庫，它們的工作條件分別是slow(WORST)，typical(TYPICAL)和fast（BEST）。WORST情況通常用于綜合階段，而BEST情況通常用于修正保持時間違規(guī)。有時可能同時用WORST和BEST情況同時優(yōu)化設(shè)計，這時使用命令：

set_operating_conditions-maxslow-max_libraryslow\ -minfast-min_libraryfast可以用set_min_library指定best和worst兩種庫，在設(shè)計中所用到的庫都可以指定。如: #為綜合用的sram庫指定最佳情況可最壞情況

set_min_librarysram_slow.db–min_visionsram_fast.db2024/11/818set_wire_load_model命令為DC提供估計的線負(fù)載信息，反過來DC使用線載信息把連線延遲建模為負(fù)載的函數(shù)，Synopsys工藝庫里提供了多種線載模型，每個模型代表一個特定大小的模塊。設(shè)計人員需要準(zhǔn)確地選擇線載模型。設(shè)置線載模型命令如下：

set_wire_load_model–namesmic18_wl10–libraryslowset_wire_load_mode定義了三種同建模線負(fù)載模型相關(guān)的模式，分別是top，segmented和enclosed，如下圖所示：2024/11/819

1.top模式定義層次中所有連線將繼承和頂層模型同樣的線載模型。如上圖中，所有的連線都繼承頂層的線載模型50x50。

2.segmented模式用于跨越層次邊界的連線。如上圖中，子模塊A和子模塊B中的連線繼承各自的線載模型，而A與B之間的連線繼承模塊MID的線載模型。

3.enclosed模式指定所有的連線（屬于子模塊的）將繼承完全包含該子模塊的模塊線載模型。如上圖中，整條連線處于模塊MID的完全包圍中，所以采用40x40線載模型。其命令如下

set_wire_load_modeenclosedset_driving_cell和set_drive用于設(shè)置模塊輸入端口的驅(qū)動能力。set_drive命令用于指定輸入端口的驅(qū)動強(qiáng)度，它主要用于模塊或芯片端口外驅(qū)動電阻。set_driving_cell用于對輸入端口的驅(qū)動電阻進(jìn)行建模，這一命令將驅(qū)動單元的名稱作為其參數(shù)并將驅(qū)動單元的所有設(shè)計規(guī)則約束應(yīng)用于模塊的輸入端口。 set_driving_cell –lib_celland2a0[get_portsIN1]\ –libraryslow2024/11/820

set_drive10[get_portsData_in_0]set_load將工藝庫中定義的單位（通常為pf）上的容性負(fù)載設(shè)置到設(shè)計的指定連線或端口，設(shè)置輸出端口的負(fù)載。

set_load5[get_portsOUT1] set_load[load_ofmy_lib/and2a0/A][get_portsOUT1]2024/11/821設(shè)計約束描述了設(shè)計目標(biāo)，包括時序和面積等。DC會依據(jù)約束來優(yōu)化電路。因?yàn)椴粚?shí)際的規(guī)范會導(dǎo)致面積增大、功耗增加和/或時序惡化，所以設(shè)計人員必須根據(jù)情況指定實(shí)際的約束，約束設(shè)計的基本命令如下圖所示。設(shè)計約束2024/11/822單周期同步設(shè)計的時序要求DC默認(rèn)的時序電路是單周期的，如下圖所示。假設(shè)FF3的建立時間為Tsetup，保持時間為Thold，觸發(fā)器FF2的時鐘端到Q端的延遲為Tclk-q,對于setup來說：clockperiod>Tclk-q+Tx-max+Tsetup對于hold來說：Thold<Tclk-q+Tx-min時鐘2024/11/823定義時鐘

create_colck–period10[get_portclk]

對于時鐘（除了虛擬時鐘）的定義來說，時鐘周期和時鐘源（port或pin）是必不可少的，還可以定義時鐘的占空比，時鐘名等。定義虛擬時鐘時，不必定義時鐘源。設(shè)定時鐘的uncertainty、latency和transition，其中uncertainty是用來模擬時鐘的skew和jetter，latency設(shè)定時鐘的延遲，transition設(shè)定時鐘的轉(zhuǎn)換時間。通過這些設(shè)定讓時鐘更加接近實(shí)際情況，更有利于綜合的準(zhǔn)確性，但過分約束會使得綜合起來比較困難。由于時鐘一般是高扇出（highfanout）的，DC不會對高扇出的連線做設(shè)計規(guī)則（DRC）的檢查和優(yōu)化。DC默認(rèn)的時鐘網(wǎng)絡(luò)是理想的。在綜合時不對時鐘的高扇出做處理，而是留在后續(xù)的布局布線中做時鐘樹綜合（CTS）。2024/11/824sourcelatency是指實(shí)際的時鐘源到時鐘定義點(diǎn)的傳播延遲，而networklatency是指設(shè)計內(nèi)部從時鐘定義點(diǎn)到觸發(fā)器時鐘端的延遲。如下圖所示，設(shè)置如下：

create_clock–period10[get_portsCLK]

#設(shè)置sourcelatency為3ns

set_clock_latency–source3[get_clocksCLK]

＃設(shè)置networklatency為1ns set_clock_latency1[get_clocksCLK]2024/11/825set_clock_uncertainty命令讓用戶定義時鐘扭斜信息?；旧洗嗣钣糜诮o時鐘的建立時間和保持時間增加一定的余量。由時鐘的抖動（jitter）可扭斜（skew）組成，如下圖：

set_clock_uncertainty0.6[get_clocksCLK]set_clock_transition命令讓用戶定義時鐘的轉(zhuǎn)換時間。如下圖

set_clock_transition0.45[get_clocksCLK]2024/11/826除了create_clock命令，還有create_generated_clock命令用來創(chuàng)建產(chǎn)生的時鐘，如時鐘經(jīng)過分頻后的時鐘，在創(chuàng)建生成時鐘時，要指定源時鐘的名字和端口，分頻數(shù)（倍頻數(shù)），生成時鐘的端口。

create_generated_clock–sourceclk2x–divied_by2\ [get_pinsclk]有時需要創(chuàng)建虛擬時鐘（virtualclock）用來說明相對于時鐘的I/O端口的延遲，虛擬時鐘在設(shè)計里并不驅(qū)動觸發(fā)任何寄存器。

#建立虛擬時鐘，周期為10ns，命名為vclk，不需要定義時鐘源

create_clock–period10–namevclk通常給時鐘加上dont_touch的約束，使得DC在綜合的時候不會給時鐘網(wǎng)絡(luò)加入BUFFER以滿足skew的要求，時鐘網(wǎng)絡(luò)通常留在布局布線階段進(jìn)行時鐘樹綜合(CTS)。

set_dont_touch_network[get_clocksclk]

2024/11/827I/O的約束set_input_delay指定相對于時鐘的信號輸入的到達(dá)時間。它用在輸入端口，指定在時鐘沿后數(shù)據(jù)穩(wěn)定所需的時間。如下圖所示，設(shè)置的輸入延遲的值為Tclk-q

＋TM。2024/11/828例:根據(jù)外部邏輯的延遲設(shè)定輸入延遲

#創(chuàng)建時鐘

create_clock–period20–nameClk[get_portsClk]

＃將時鐘設(shè)置為dont_touch_network

set_dont_touch_network[get_clocksClk]

＃設(shè)置輸入延遲，外部邏輯延遲最大值為7.4，加入-max選項(xiàng) ＃用于setup分析（setup分析采用最慢的路徑延遲）

set_input_delay7.4–max–clockClk[get_portsA]

2024/11/829set_output_delay命令用于在輸出端口定義在時鐘邊沿來到之前數(shù)據(jù)有效所需時間。如下圖所示，設(shè)置輸出時間的值為TT

＋Tsetup2024/11/830例:設(shè)置輸出延遲

#創(chuàng)建時鐘

create_clock–period20–nameClock[get_portsClock]

＃將時鐘設(shè)置為dont_touch_network

set_dont_touch_network[get_clocksClock]

＃設(shè)置輸入延遲，外部邏輯setup要求為7.0，即為setup分析設(shè) ＃定輸出延遲

set_output_delay7.0–max–clockClock[get_portsB]2024/11/832DRC約束DRC即DesignRuleConstraints，一般由半導(dǎo)體廠商提供，在使用工藝庫中的邏輯單元時對其連接所強(qiáng)加的限制，主要有：max_capacitance，max_transition，max_fanout

＃為當(dāng)前設(shè)計設(shè)定最大電容值為0.5pf

set_max_capacitance0.5[current_design] ＃為當(dāng)前設(shè)計設(shè)定最大轉(zhuǎn)換時間為2.0ns，在整個設(shè)計上施加最 ＃大轉(zhuǎn)換時間延遲可以幫助防止在上連線上出現(xiàn)長的轉(zhuǎn)換時間， ＃也可以約束單元的輸出端的轉(zhuǎn)換時間以減少其功耗

set_max_transition2.0[current_design]

＃在當(dāng)前設(shè)計的所有單元的輸出引腳上設(shè)置max_fanout

set_max_fanout10[current_design]在DC優(yōu)化時，DRC約束具有最高的優(yōu)先級，DC會先讓電路滿足DRC，然后才是時序約束。2024/11/833面積約束我們用set_max_area來設(shè)定面積約束。例如

set_max_area1000 set_max_area0面積的單位由工藝庫定義，可以是：

1.2輸入與非門 2.晶體管數(shù)目 3.平方微米設(shè)定了面積約束，DC會盡量優(yōu)化到所設(shè)定的面積；當(dāng)沒有設(shè)定面積約束時，DC會做最小限度的面積優(yōu)化；若設(shè)定為0，則DC會對面積做優(yōu)化直到再繼續(xù)優(yōu)化也沒有大的效果，這樣可以使得面積優(yōu)化最小，但運(yùn)行時間較長?？捎妹顁eport_area報告面積。2024/11/834時序例外時序例外有以下幾種：1.Falsepaths。用set_false_path來設(shè)定路徑使得DC不對其進(jìn)行時序分析，移除該路徑上的時序約束。通常異步電路的時鐘之間、邏輯上不存在的路徑等上設(shè)定為falstpath2.Minimumandmaximumpathdelayvalue。我們使用命令set_max_delay和set_min_delay來覆蓋默認(rèn)的用于setup和hold約束的最大/最小延遲。3.Multicyclepaths。由于DC默認(rèn)的是單周期，有時某些路徑可能需要多個周期的時間才能到達(dá)，如在兩個寄存器之間進(jìn)行乘法操作可能需要多個周期才能完成，這時用命令set_muticycle_path來設(shè)定多周期路徑，以滿足時序要求。同時要注意setupcheck和holdcheck的設(shè)定。2024/11/835綜合策略的選擇綜合的策略有兩種：自頂向下和自底向上。 1.自頂向下（top-down）：在top-down的綜合方案中，頂層模塊和它的所有子模塊放在一起優(yōu)化，所有的限制條件和電路工作環(huán)境一般也都是針對頂層模塊設(shè)置的，因此，這種綜合方案能夠自動將模塊之間的連接和依賴關(guān)系考慮到綜合中去，從而優(yōu)化綜合結(jié)果。但是，這種方法對于一個規(guī)模比較大的電路顯然不適合，因?yàn)樵诰C合的過程中，所有的模塊必須同時存在于存儲區(qū)中，而且運(yùn)行時間也會比較長。

2.自底向上（bottom-up）：即分而治之的解決方法。從最底層模塊開始綜合優(yōu)化，必須對所有底層子模塊施加限制條件并且需要單獨(dú)優(yōu)化，這個過程一直延續(xù)到頂層模塊。其中每一個子模塊綜合完成之后，直接將該模塊集成到它的上一級中和上一級的其他模塊一起優(yōu)化，而且一般使用set_dont_touch命令讓DC不再改變該子模塊的結(jié)構(gòu)。使用這種方法進(jìn)行優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)工作站的處理能力不足時，可以分別進(jìn)行子模塊的優(yōu)化，而不需要將所有的模塊都放到存儲區(qū)中，這種做法的缺點(diǎn)是只能在子模塊內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化，無法考慮到模塊周圍的環(huán)境而將子模塊和其他的模塊一起優(yōu)化。2024/11/836設(shè)計優(yōu)化采用命令compile或compile_ultra來啟動DC綜合和優(yōu)化的進(jìn)程。DC提供許多選項(xiàng)來設(shè)定進(jìn)行何種綜合。compile_ultra命令具有強(qiáng)大的功能，使用該命令可以得到更好的延遲質(zhì)量，特別適用于高性能的算術(shù)電路優(yōu)化。該命令包含了以時間為中心的優(yōu)化算法。compile_ultra命令主要的開關(guān)選項(xiàng)有：

-scan＃做可測性設(shè)計編輯，加入掃描鏈 -no_autoungroup＃關(guān)掉自動取消劃分特性 -no_boundary_oprimization＃不作邊界優(yōu)化 -area_high_effort_script＃面積優(yōu)化 -timing_high_effort_script＃時序優(yōu)化2024/11/837

電路的優(yōu)化分為三個階段：結(jié)構(gòu)級的優(yōu)化，邏輯級優(yōu)化和門級優(yōu)化，如下圖所示。2024/11/838 1.結(jié)構(gòu)級的優(yōu)化，包括：

1.1設(shè)計結(jié)構(gòu)的選擇：在DesignWare中選擇最合適的結(jié)構(gòu)或算法實(shí)現(xiàn)電路的功能。

1.2數(shù)據(jù)通路的優(yōu)化：選擇CSA等算法優(yōu)化數(shù)據(jù)通路的設(shè)計

1.3共用子表達(dá)式：例如下面兩個等式：

SUM1<=A+B+C; Temp<=A+B; SUM2<=A+B+D; SUM1<=Temp+C; SUM3<=A+B+E; SUM2<=Temp+D

; SUM3<=Temp+E; 這種方法可以把比較器的數(shù)目減少，共享共同的子表達(dá)式。

2024/11/839 1.4資源共享。如右圖所示，如果沒有資源 共享，DC將綜合出兩個加法器和一個多路 器，采用資源共享后，僅綜合出一個加法 器和兩個多路器，這樣即節(jié)省了面積又提高 了時序。2024/11/840 1.5重新排序運(yùn)算符號：由于VHDL/HDL編譯器從座到右解析表達(dá)式，括號的優(yōu)先級更高，可以通過改變表達(dá)式的次序或用括號強(qiáng)制電路用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下面的表達(dá)式: Z=A+B+C+D;則初始的排序?yàn)椋?/p>

加上括號改變運(yùn)算次序從而改變電路結(jié)構(gòu)：

Z=((B+C)+D)+A;

2024/11/841 2.邏輯級優(yōu)化。做完結(jié)構(gòu)的優(yōu)化后，電路的功能以GETCH的器件來表示。在邏輯級優(yōu)化的過程中，可以作結(jié)構(gòu)（structuring）優(yōu)化和展平（flattening）優(yōu)化。

2.1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化:用共用子表達(dá)式來減少邏輯，這種方式既可用作速度優(yōu)化又可用作面積優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是DC默認(rèn)的優(yōu)化策略。結(jié)構(gòu)優(yōu)化在作邏輯優(yōu)化時，在電路中加入中間變量和邏輯結(jié)構(gòu)。

2.2.展平優(yōu)化:把組合邏輯路徑減少為兩級，變?yōu)槌朔e之和的電路，即先與后或的電路。如下圖所示：

2024/11/842 3.門級優(yōu)化：門級優(yōu)化時，DC開始映射，完成實(shí)現(xiàn)門級電路。映射的優(yōu)化過程包括四個階段:延遲優(yōu)化，設(shè)計規(guī)則修整，以時序?yàn)榇鷥r的設(shè)計規(guī)則修整，面積優(yōu)化。

2024/11/843靜態(tài)時序分析在進(jìn)行綜合時，DC用內(nèi)建的靜態(tài)時序分析工具DesignTime來估計路徑的延遲以指導(dǎo)優(yōu)化的決定。綜合時，可用DesignTime來產(chǎn)生時間的報告。靜態(tài)時序分析（StaticTimingAnalysis），簡稱STA，可以不進(jìn)行動態(tài)仿真就決定電路是否滿足時序要求。靜態(tài)時序分析包括三個主要的步驟：

1.把設(shè)計分解成時間路徑的集合 2.計算每一條路徑的延遲 3.所有路徑延遲都要檢查（與時間的約束做比較），看它們是否滿足時間的要求DC以下面的方法把設(shè)計分解成時序路徑的集合。每條路徑有一個起點(diǎn)（startpoint）和終點(diǎn)（endpoint）。 起點(diǎn)定義為：輸入端口、觸發(fā)器或寄存器的時鐘引腳，如下圖的A，F(xiàn)F1/CLK,FF2/CLK

終點(diǎn)定義為：輸出端口、時序器件除時鐘引腳外的所有輸入引腳,如下圖的Z，F(xiàn)F1/D，F(xiàn)F2/D為了便于時序分析，時序路徑被分組。路徑按照它們終點(diǎn)的時鐘進(jìn)行分組，如果終點(diǎn)沒有被時鐘控制，則這些路徑歸于默認(rèn)(default)的路徑組。2024/11/8441234每一條時序路徑從起點(diǎn)開始，經(jīng)過一些組合邏輯，到終點(diǎn)結(jié)束。如下圖，時序路徑大致可分為以下四種：1.從輸入端口開始，到時序器件的數(shù)據(jù)輸入端口結(jié)束，即input-to-reg，如Path1。2.從時序器件的時鐘端口開始，到時序器件的數(shù)據(jù)輸入端口結(jié)束，即reg-to-reg，如Path2。3.從時序器件的時鐘端口開始，到輸出結(jié)束，即reg-to-output，如Path3。4.從輸入開始，到輸出結(jié)束，即input-to-output，如Path42024/11/845路徑的延遲。在計算路徑的延遲時，DC把每一條路徑分成時間?。╰imingarc），如下圖所示。時間弧描述單元和/或連線的時序特性。單元的時間弧由工藝庫定義，包括單元的延遲和時序檢查（如寄存器的setup/hold檢查等）。連線的時間弧由網(wǎng)表定義。單元延遲通常用非線性模型（NLDM）計算，連線延遲用先負(fù)載模型計算（版圖前）。路徑的延遲與起點(diǎn)的邊沿有關(guān)，即單元的時間弧是邊沿敏感的。2024/11/846單元延遲（celldelay）：工藝庫中提供2維的NLDM的查找表來計算單元的延遲。輸出負(fù)載（outputload）和輸入轉(zhuǎn)換時間（inputtransition）決定了單元延遲和輸出轉(zhuǎn)換時間（outputtransition），如下圖所示：2024/11/847連線延遲（wiredelay）：通過連線上的RC參數(shù)計算連線延遲，WLM決定線上的R和C。互連延遲的計算從驅(qū)動引腳的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接收單元輸入引腳狀態(tài)轉(zhuǎn)換。RC寄生參數(shù)的分布由operating_condition中的Tree-type決定，有以下三種：2024/11/848建立時間和保持時間檢查2024/11/849DC中，常用report_timing命令來報告設(shè)計的時序是否滿足目標(biāo)，執(zhí)行report_timing命令時，DC做4個步驟：

1.把設(shè)計分解成單獨(dú)的時間組； 2.每條路徑計算兩條延遲，一次起點(diǎn)為上升沿，一次起點(diǎn)為下降沿； 3.在每個路徑組里找出關(guān)鍵路徑（criticalpath），即延遲最大的路徑； 4.顯示每個時間組的時間報告。report_timing命令的默認(rèn)行為是報告每個時序路徑理的關(guān)鍵路徑?？梢栽O(shè)置各種選項(xiàng)以查看不同的類型時序或不同路徑的時序。具體用法可在dc_shell使用man命令來查看report_timing命令的詳細(xì)介紹。時序報告和時序問題的診斷2024/11/850在DC綜合完成后，要保存好相應(yīng)的數(shù)據(jù)，輸出相應(yīng)的網(wǎng)表，SDC(standarddesignconstraints)文件，供給后續(xù)的布局布線工具使用，也可以供給PT讀入，檢查時序是否滿足。綜合結(jié)果要經(jīng)過PT分析滿足時序要求，經(jīng)過驗(yàn)證工具（如Formaility）的驗(yàn)證滿足后才能提供給布局布線工具使用。還可以保存ddc格式的文件，以便DC下次啟動的時候讀入，ddc文件保存了上次DC運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)。具體的命令有：write–fverilog–hierarchy–outputmy_design.vwrite–fddc–hierarchy–outputmy_design.ddcwrite_sdcmy_design.sdc

數(shù)據(jù)的保存2024/11/851RTL綜合流程2024/11/852可測性設(shè)計隨著電路設(shè)計的規(guī)模越來越大，工藝尺寸越來越小，集成度越來越高，測試的成本也越來越高。為了降低測試的成本和難度，提高芯片質(zhì)量和成品率，需要在為芯片進(jìn)行可測性設(shè)計（DesignForTestability），簡稱DFT?？蓽y性設(shè)計包含了很豐富的內(nèi)容，它包含了DFT電路的設(shè)計和測試向量的生成（ATPG）。目前常用的DFT技術(shù)有：掃描鏈插入、存儲器BIST插入、邏輯BIST插入和邊界掃描插入。其中掃描鏈插入是最常用的DFT技術(shù)。Synopsys的DFTCompiler就是包含在DC內(nèi)的用于可測性設(shè)計的工具。具有強(qiáng)大的功能，如：為邏輯模塊進(jìn)行“掃描就緒（scan-ready）”的編輯、檢查已綜合電路是否滿足掃描規(guī)則、用top-down或bottom-up方法插入掃描鏈、對掃描模塊預(yù)覽測試覆蓋率等。2024/11/853低功耗設(shè)計與分析隨著技術(shù)的發(fā)展，集成度的提高，芯片內(nèi)部的單元數(shù)越來越多，功耗也越來越大，同時基于低功耗低成本、方便攜帶以及可靠性好等方面，低功耗設(shè)計變得越來越重要，在大型的設(shè)計中是必不可少的。進(jìn)行低功耗設(shè)計時需要三方面的內(nèi)容：

1.功耗模型：功耗管理的基本結(jié)構(gòu)、IC設(shè)計中所用工藝庫的功耗模型

2.功耗分析：分析設(shè)計中每個單元的功耗、分析所有級設(shè)計（RTL代碼、門級網(wǎng)表和版圖設(shè)計）的功耗

3.功耗優(yōu)化：在所有級的設(shè)計都能降低功耗、采用多種降低功耗的方法:門控時鐘電路、操作數(shù)分離、門級電路的功耗優(yōu)化、多供電電壓、多閾值電壓、門控功耗等2024/11/854靜態(tài)時序分析工具PrimeTime常用的靜態(tài)時序分析工具是PrimeTime，它是Synopsys公司的簽收級（sign-off）工具，具有強(qiáng)大的時序分析功能。PT啟動時，導(dǎo)入.synopsys_pt.setup的啟動文件，該文件主要定義了搜尋路徑（search_path）和鏈接庫（link_library）。PT只可以讀入門級網(wǎng)表，而不能讀入RTL級的代碼。PT內(nèi)含了PrimePower（功耗分析工具）、PrimeTimeSI（信號完整性分析工具）。PT和DC的命令基本相同，它們生成類似的報告，并支持共同的文件格式。PT也能生成DC用于綜合和優(yōu)化時序的斷言。2024/11/855小芯片綜合實(shí)驗(yàn)1.熟悉設(shè)計，獲得設(shè)計目標(biāo)和要求，如芯片的時鐘頻率，外部接口的時序要求等。2.設(shè)置.synopsys_dc.setup文件3.啟動DC，讀入RTL代碼，并寫出RTL級代碼的ddc文件。

unix％dc_shelldc_shell>source–echo–verboseread_file.tcl4.設(shè)置約束。

dc_shell>source–echo–verboseconstraints.tcl5.綜合,優(yōu)化

dc_shell>compile_ultra－no_autogroup6.查看報告

dc_shell>report_constraint－all_violarors7.保存文件

dc_shell>write–formatddc–hierarchy–outputRecordchiptop.ddc2024/11/856

1.熟悉設(shè)計，獲得設(shè)計目的和要求。 輸入信號：在小芯片中，輸入時鐘clk_128，時鐘頻率為128KHz。Read_ADPCM為輸入控制信號，采樣速率為8K，類似于一個頻率為8K的時鐘，且占空比為50％。另外就是8位的數(shù)據(jù)輸入信號，reset信號。在這里還有inout信號CMD，DATA0，但不用作輸入，只用作輸出。 輸出信號：輸出SD卡輸入時鐘信號CLK，這里輸出的CLK配置成clk_128的兩分頻，即64K，和輸出數(shù)據(jù)DATA0信號，輸出CMD信號。2024/11/8572.設(shè)置.synopsys_dc.setup文件選擇要使用的工藝文件，這里采用SMIC的0.18um工藝，SMIC提供了slow.db，fast.db和typical.db三種標(biāo)準(zhǔn)單元的綜合庫，我們選用slow和fast兩種庫，其中slow用于最壞情況分析，fast用于最佳情況分析。芯片中的sram是IP核，提供了包含時序信息的綜合庫用于邏輯綜合，它也有最壞情況和最佳情況之分，另外用到的綜合庫還有標(biāo)準(zhǔn)的IO單元的綜合庫。具體設(shè)置可參見示例文件。3.啟動DC，讀入RTL代碼，并寫出RTL級代碼的ddc文件。

在unix的終端中鍵入dc_shell，即可啟動DC，這時讀入代碼文件，可以一個一個的讀入，也可以寫成TCL語言的文本，用source命令在dc_shell中讀入。使用命令analyze和elaborate來讀入設(shè)計。讀入設(shè)計后用check_desig