芯片后仿


1、芯片后仿的意義:

既然前仿保證了邏輯功能,STA 保證了時序,PT對各個corner進行了時序窮舉計算並確保時序收斂,那么作為數字IC設計流程的最后一環后仿真的意義是什么呢?

原因有若干:

  1、 多時鍾域的timing確認(跨時鍾域信號的同步處理)。

  2、由於異步處理部分在SDC約束文件中做的是fath_path處理,所以這部分時序是否滿足,PT並不會檢查也不會報出violation。

  3、異步的處理方式在PD處理后有問題: example:dmux結構,data signal latnecy過大;導致后仿出現ctrl信號先 data stable后的case。

  4、一些test pattern需要做后仿,調整合適的timing margin,太緊的話,片子容易fail。

  5、時鍾切換電路?

  6、DFT邏輯的插入是否導致功能出現問題。

2、芯片后仿違例類型:

  1、Setup/hold違背(posedge D -> posedge CK  , negedge D -> posedge CK)

  2、Recovary/Removal違背 (posedge CDN -> posedge CK  ,posedge SDN -> posedge CK)??

  3、Width違背 (CK,CDN,SDN)

  4、IP接口時序不符合datasheet?外設器件是否也需要帶延時的model?

  

3、后仿全面介紹:http://www.chipsbank.com/news_detail/newsId=121.html

1.后仿是否必要
隨着芯片規模的增大,關於IC設計流程中的后仿是否必要,有多種聲音。

認為不必要的理由是:布局布線后的網表,已經可以通過STA保證時序,后仿只不過是確認一遍電路的時序。而且隨着電路規模不斷增大,仿真工具的仿真速度的提升仍不明顯,后仿必然是一個很耗時的步驟,時間代價大而收益不明顯。

認為有必要的理由是,從公司以往多個項目的經驗來看,后仿中也發現了一些問題。而對於有些設計,STA並不能完全覆蓋所有的路徑。后仿的工作是對后端實現最后的check。

本文認為,以公司現階段的研發力量,后仿還是必須的。

2.前后仿的區別
前仿:RTL的仿真

后仿:門級仿真。又分為綜合后仿真和布局布線后仿真

a.關注點不同;

前仿:關注RTL在功能上是否正確(符合設計)

后仿:關注電路在各種工作條件下,插入了延時后,功能是否依然正確。 

b.仿真對象不同;

前仿:仿真的對象是RTL

后仿:仿真的對象是門級網表+sdf文件(可能包括一些IP的sdf)

綜合后仿真用的是綜合后的網表+PreSTA產生的sdf(無net延時,cell延時不准確,時鍾樹不准確)

布局布線后仿真用的是PR后的網表+PostSTA產生的sdf

 

c.外部激勵與響應檢查;

所用的激勵和響應檢查應一致

后仿可能讓時鍾漂移以模擬極端的情況

 

3.后仿的各種組合情況
如果考慮OSC漂移以及三種Corner,可以組合以下六種情況

Fast OSC  + Fast SDF

Slow OSC + Fast SDF

Fast OSC  + Typ SDF

Slow OSC + Typ SDF

Fast OSC  + Slow SDF

Slow OSC + Slow SDF

說明:對於普通的設計,實際只需考慮3中sdf即可。對於osc偏移可能帶來的影響(如,flash編程),則后仿需要考慮更多Osc偏移帶來的影響(時序不滿足)

 

4. 認識sdf文件
sdf = 標准延時文件

請參考附錄1中對於sdf文件的注釋

 

5. Sdf反標
反標:vcs將sdf文件中的延時信息添加到門級網表中對應的地方

$sdf_annotate

例:$sdf_annotate("/home/chengp/project/zi2201/trunk/Digital/FrontEnd/sta/sdf/zi2201.20100726_v0.26_post_min_case1.eco.sdf",U_zi2201e_digital);

 

6.后仿違背的類型
a.時序器件

Setup/hold違背(posedge D -> posedge CK  , negedge D -> posedge CK)

Recovary/Removal違背 (posedge CDN -> posedge CK  ,posedge SDN -> posedge CK)

Width違背 (CK,CDN,SDN)

b.IP時序違背

IP接口時序不符合datasheet

 

7.針對違背采取的措施
a.同步處理第一級寄存器的違背(注:這一級的X態主要是由於同步復位的寄存器導致的)

i.方法一

1,建立文件Sync.v,格式如下:

initial begin

force  Top.uXX.uYY.uZZ_reg.notifier = 1'b0;

 …………

end

2,在SimTop中的include此文件;

解決了寄存器輸出為x的情況,但仿真會報很多warning

ii.方法二

1,建立文件Sync.v,格式如下

   instance {

Top.uXX.uYY.uZZ_reg,

……

   }   {noTiming}

2,在runsim文件中加入  +optconfigfile+./Sync.v

 

b.其他

i.時序約束是否存在問題

ii.時鍾樹是否合理

iii.電路設計是否有潛在風險

iv.接口設計是否遵循datasheet

 

8.后仿腳本
1,+neg_tchk 

寄存器可能出現負的setup limit和hold limit。??

如果sdf中存在負的setup limit或hold limit,則使用特定的規則檢查

 

 

 

實際仿真結果:

仿真加 +neg_tchk

仿真調用的sdf如下圖所示:

 

a,正的setup + 負的hold

 

Posedge D 發生在時鍾沿前 (-2.6ns , -1.8ns)會出現setuphold違背

 

b,負的setup + 正的hold

 

 Negedge D發生在時鍾沿后 ( 1.7ns , 2.9ns )會出現setuphold違背

2,+sdfverbose

反標過程中打印詳細的信息

 

9.后仿注意的問題
1,對於一些IP的仿真模型,定義了一些延時量,但一般不針對某個corner。因此最好定義各個corner下的延時量。

10.  后仿遺留問題
1,反標負延時?

vcs手冊中說用-negdelay可以允許sdf中的cell和net使用負延時。

備注:負延時的一種情形:

 

實際仿真時,修改了某個cell的延時為負,仿真不加-negdelay,仿真提示:

Warning-[SDFCOM_NDI] Negative Delay Ignored

/home/chengp/project/zi2201/trunk/Digital/FrontEnd/sta/sdf/zi2201.20100726_v0.26_post_max_case1.eco.sdf, 34671

module: inv0d0, "instance: zi2201eTest.U_zi2201e_digital.U3827"

  SDF Warning: Negative delay is ignored and replaced by 0.

  Please use -negdelay to support it.

如果加-negdelay仿真,仿真提示如下:

Warning-[SDFCOM_NIOD] Negative IOPATH Delay encountered

/home/chengp/project/zi2201/trunk/Digital/FrontEnd/sta/sdf/zi2201.20100726_v0.26_post_max_case1.eco.sdf, 34671

  SDF Warning: Negative IOPATH Delay I to ZN is replaced by 0.

  This negative value cannot be handled with switch -negdelay. Please check SDF files.

 

2,+overlap作用

 

3,sdf中的mindelays ,maxdelays

 pt在使用bc_wc測例做sta分析時,生成的sdf可能mindelays和maxdelays可能不一樣。如:(IOPATH I ZN (0.540::0.642) (0.302::0.362))。反標sdf時,vcs腳本中加+mindelays則反標的是0.540和0.302,加+maxdelays則反標的是0.642和0.362。

 

附錄1  sdf文件 

(DELAYFILE

(SDFVERSION "OVI 2.1")

(DESIGN "zi2201_digital_virage")  // top name

(DATE "Mon Jul 26 11:06:27 2010")

(VENDOR "tsl18fs020_max")   // 生成sdf所使用的庫

(PROGRAM "Synopsys PrimeTime")

(VERSION "B-2008.06-SP2") 

(DIVIDER /)

// OPERATING CONDITION "tsl18fs020_max::tsl18fs020_max"

(VOLTAGE 0.90::0.90)   // corner參數

(PROCESS "1.200::1.200")

(TEMPERATURE 125.00::125.00)

(TIMESCALE 1ns)   //延時單位

(CELL

  (CELLTYPE "zi2201_digital_virage")

  (INSTANCE)

  (DELAY

    (ABSOLUTE

    (INTERCONNECT U4384/ZN U3558/I (0.001::0.001))  // 兩個cell的pin之間連線的delay

    )

  )

)

 

(CELL    // 網表中的每個單元的信息都是由 (CELL ..    )包括

  (CELLTYPE "inv0d0")

  (INSTANCE U3558)   // 網表中的單元

  (DELAY

    (ABSOLUTE

(IOPATH I ZN (0.540::0.642) (0.302::0.362))   // 延時數據

//          0.540= min delay from I(1->0)  to Z (0->1)

//          0.642= max delay from I(1->0)  to Z (0->1)

//          0.302= min delay from I(0->1)  to Z (1->0) 

//          0.362= max delay from I(0->1)  to Z (1->0)

    )

  )

)

 

(CELL

  (CELLTYPE "dfcrn1")

  (INSTANCE U_Decoder_TRCalCntH_reg_0_)

  (DELAY

    (ABSOLUTE

    (IOPATH CP QN (1.546::1.721) (1.551::1.727))

    (IOPATH CDN QN (1.907::1.907) ())

    )

  )

  (TIMINGCHECK    // timing check 參數

    (WIDTH (posedge CP) (0.532::0.532))

    (WIDTH (negedge CP) (0.972::0.972))

    (HOLD (posedge CDN) (posedge CP) (1.216::1.216))

    (RECOVERY (posedge CDN) (posedge CP) (-0.653::-0.653))

    (WIDTH (negedge CDN) (0.412::0.412))

    (SETUP (posedge D) (posedge CP) (0.219::0.219))

    (SETUP (negedge D) (posedge CP) (0.193::0.193))

    (HOLD (posedge D) (posedge CP) (-0.202::-0.202))

    (HOLD (negedge D) (posedge CP) (0.057::0.057))

  )

)

 

附錄2  仿真模型
 

module inv0d0 (I,ZN);

 

output  ZN;

input   I; 

not #1 (ZN,I); 

`ifdef functional

`else

specify

// Parameter declarations

 specparam i_lh_zn_hl=-1,i_hl_zn_lh=-1;

// Delays

 (        I -=> ZN) = (i_hl_zn_lh,i_lh_zn_hl);

endspecify

`endif

 

endmodule

module dfcrn1 (D,CP,CDN,QN);

 

output  QN;

input   D,CP,CDN;

 

`ifdef neg_tchk

wire d_D,d_CP,d_CDN;

`endif

 

`ifdef functional

U_FD_P_RB #1 (QN_not,D,CP,CDN);

`else

reg notifier;

`ifdef neg_tchk

U_FD_P_RB_NO #1 (QN_not,d_D,d_CP,d_CDN,notifier);

`else

U_FD_P_RB_NO #1 (QN_not,D,CP,CDN,notifier);

`endif

`endif

 

not (QN,QN_not);

 

`ifdef functional

`else

specify

// Parameter declarations

 specparam tsu_d_h_cp=0.12,tsu_d_l_cp=0.22,tsu_cdn_h_cp=0.00,th_cp_d_h=0.00,

 th_cp_d_l=0.00,th_cp_cdn_l=0.33,tpw_cp_h=0.26,tpw_cp_l=0.43,tpw_cdn_l=0.23,

 cp_lh_qn_hl=0,cp_lh_qn_lh=0,cdn_hl_qn_lh_1=0;

// Violation constraints

`ifdef neg_tchk

 $setuphold (posedge CP &&& (CDN==1'b1),posedge D &&& (CDN==1'b1),tsu_d_h_cp,th_cp_d_l,notifier,,,d_CP,d_D);

 $setuphold (posedge CP &&& (CDN==1'b1),negedge D &&& (CDN==1'b1),tsu_d_l_cp,th_cp_d_h,notifier,,,d_CP,d_D);

 $recrem (posedge CDN,posedge CP,tsu_cdn_h_cp,th_cp_cdn_l,notifier,,,d_CDN,d_CP);

`else

 $setup (posedge D &&& (CDN==1'b1),posedge CP &&& (CDN==1'b1),tsu_d_h_cp,notifier);

 $setup (negedge D &&& (CDN==1'b1),posedge CP &&& (CDN==1'b1),tsu_d_l_cp,notifier);

 $recovery (posedge CDN,posedge CP,tsu_cdn_h_cp,notifier);

 $hold  (posedge CP &&& (CDN==1'b1),negedge D &&& (CDN==1'b1),th_cp_d_h,notifier);

 $hold  (posedge CP &&& (CDN==1'b1),posedge D &&& (CDN==1'b1),th_cp_d_l,notifier);

 $hold  (posedge CP,posedge CDN,th_cp_cdn_l,notifier);

`endif

 $width (posedge CP &&& (CDN==1'b1),tpw_cp_h,0,notifier);

 $width (negedge CP &&& (CDN==1'b1),tpw_cp_l,0,notifier);

 $width (negedge CDN,tpw_cdn_l,0,notifier);

// Delays

 if (CDN==1'b1)

 (posedge CP   => (QN -: D   )) = (cp_lh_qn_lh,cp_lh_qn_hl);

 (negedge CDN  => (QN +: 1'b1)) = (cdn_hl_qn_lh_1,0);

endspecify

`endif

 

endmodule

 


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