Tcl与Design Compiler ——DC综合的流程

Posted 2020-09-06 IC_learner

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1、基本流程概述

首先给三个图，一个图是高层次设计的流程图：

 

 

下面是我对这张图的理解：

　　① 设计之前，准备好库、HDL代码的思想、约束生成；然后根据设计思想用 RTL 源码详细地、完整地为设计建立模型、定义设计中寄存器结构和数目、定义设计中的组合电路功能、定义设计中寄存器时钟等等的设计规格和实现。

　　② 完成 RTL 源码设计之后,应让设计开发与功能仿真并行进行:

　　　　 ·在设计开发阶段,我们使用 DC 来实现特定的设计目标(设计规则和优化约束),以及执行默认选项的初步综合.

　　　　·如果设计开发结果未能在 10%的偏差范围内满足时序目标,则需要修正 HDL 代码,然后重复设计开发和功能验证的过程.

　　　　·在功能仿真中,通过特定的工具来确定设计是否能按如所需的功能工作.   

　　　　·如果设计未能满足功能要求,  我们必须修改设计代码以及重复设计开发和功能仿真.   继续设计开发和功能仿真直至设计功能正确及满足小于 10%偏差的时序目标.

　　③ 使用 DC 完成设计的综合并满足设计目标.这个过程包括三个步骤，即综合=转化+逻辑优化+映射，首先将 RTL 源代码转化为通用的布尔等式，然后设计的约束对电路进行逻辑综合和优化，使电路能满足设计的目标或者约束，最后使用目标工艺库的逻辑单元映射成门

级网表，在将设计综合成门级网表之后,要验证此时的设计是否满足设计目标.如果不能满足设计目标,此时需要产生及分析报告确定问题及解决问题

　　④当设计满足功能、时序以及其他的设计目标的时候,需要执行物理层设计最后分析物理层设计的性能，也就是使用DC的拓扑模式，加入floorplan的物理信息后进行综合分析设计的性能。如果结果未能满足设计目标,应返回第三步.如果满足设计目标,则本部分设计周期完成.

　　一个图是DC在设计流程中的位置：

 

　　这个图将上面的流程图细化，着重与DC的部分，描述了使用DC进行逻辑综合时要做的事，同时，也是对前面的流程图解说的图形概述。在综合的时候，首先DC的HDL compiler把HDL代码转化成DC自带的GTECH格式，然后DC的library compiler 根据标准设计约束（SDC）文件、IP-DW库、工艺库、图形库、（使用拓扑模式时，还要加入ICC生成的DEF模式，加载物理布局信息）进行时序优化、数据通路优化、功耗优化（DC的power compiler进行）、测试的综合优化（DC的DFT compiler），最后得到优化后的网表。

最后一个图是，使用DC进行基本的逻辑综合的流程图与相应的命令：

 

 

这个图给出了使用DC进行逻辑综合时的基本步骤，我们根据这个图运行DC，下面是这个图的具体解说：

　　①准备设计文件，DC 的设计输入文件一般为 HDL 文件。

 

　　②指定库文件，需要指定的库文件包括：

链接库（link library） 、目标库（target library） 、符号库（symbol library）、综合库（synthetic library）

　　下面是库的解释，具体的解释在后面有说，这里先进行简单地概述一下：

Link library & target library

　　Link  library 和 target  library 统称为 technology  library（即工艺库，习惯称之为综合库），technology  library  由半导体制造商提供，包含相关 cell 的信息及设计约束标准，其中：

  　　Target library:    在门级优化及映射的时候提供生成网表的 cell,即DC 用于创建实际电路的库。

 　　 Link library:      提供设计网表中的 cell，可以跟target_library使用同一个库，但是 DC 不用 link library中的 cell 来综合设计。

　　当 DC 读入设计时，它自动读入由 link library 变量指定的库。当连接设计时，DC 先搜寻其内存中已经有的库，然后在搜寻由 link  library 指定的库。

　　注：当读入的文件是门级网表时，需要把 link library 指向生成该门级网表的库文件，否则 DC 因不知道网表中门单元电路的功能而报错。 关于工艺库里面的具体内容，后面会专门进行说明。

  Symbol library

　　Symbol library 提供 Design Vision GUI 中设计实现的图形符号，如果你使用脚本模式而不使用 GUI,此库可不指定 Symbol library

  Synthetic library

 　　即为 Designware library ,名字上翻译是综合库，但却常称之为IP库，而不是直译。特殊的 Designware library 是需要授权的（比如使用多级流水线的乘法器），默认的标准 Designware 由 DC 软件商提供，无需指定。

Create_mw_lib :主要使用DC的物理综合的时候，需要生成物理库

　　③读入设计 ：

设计的读入过程是将设计文件载入内存，并将其转换为 DC 的中间格式,即GTECH 格式，GTECH 格式由“soft macros”  如  adders, comparators 等组成，这些组件来自 synopsys  的 synthetic lib，每种组件具有多种结构。

读入设计有两种实现方法实现方法：read  和  analyze & elaborate（实际上

read 是 analyze  与  elaborate 的打包操作  ），下面介绍二者在使用中的区

别：

 

 

　　从中可以看到，analyze & elaborate  可以自由指定设计库，并生成 GTECH中间文件前生成.syn 文件存储于 work 目录下，便于下次 elaborate 节省时间，我们一般选择  analyze & elaborate 的方法读入设计。

　　④定义设计环境： 

定义对象包括工艺参数（温度、电压等），I/O 端口属性（负载、驱动、扇出），

统计 wire-load 模型，设计环境将影响设计综合及优化结果。

　　⑤设置设计约束： 

设计约束包括设计规则约束和优化约束，设计规则约束（design  rule

constraint）由工艺库决定，在设计编译过程中必须满足，用于使电路能按功能要求正常工作。设计优化约束定义了 DC 要达到的时序和面积优化目标，该约束由用户指定，DC 在不违反设计规则约束的前提下，遵循此约束综合设计。

　　⑥选择编译策略： 

对于层次化设计，DC 中有两种编译策略供选择，分别为 top down 和 bottom

up。在 top down 策略中，顶层设计和子设计在一起编译，所有的环境和约束设置针对顶层设计，虽然此种策略自动考虑到相关的内部设计，但是此种策略不适合与大型设计，因为 top down 编译策略中，所以设计必须同时驻内存，硬件资源耗费大。在 bottom up 策略中，子设计单独约束，当子设计成功编译后，被设置为 dont_touch 属性，防止在之后的编译过程中被修改，所有同层子设计编译完成后，再编译之上的父设计，直至顶层设计编译完成。Bottom  up 策略允许大规模设计，因为该策略不需要所有设计同时驻入内存。

　　⑦编译： 

　　用 Compile 命令执行综合与优化过程，还可以利用一些选项指导编译和优化过程。

　　⑧分析及解决设计中存在的问题 

DC  可以产生一些报告以反应设计的综合和优化结果，如：时序、面积、约束等报告，这些报告有助于分析和解决设计中存在的问题以改善综合结果，我们还可以利用 check_design 命令检验综合的设计的一致性。

　　⑨存储设计数据 

DC 不会自动存储综合后的设计结果，因而需要在离开 DC 时手动存储设计数据。比如存储网表、延时信息等数据文件。

 

2、实战

在这里，我们将实战一下，做一下实验，让大家体验一下流程：

 

·首先准备好文件：

 

 

这个.synopsys_dc.setup文件（包含了com、dc_setup）、TOP.con文件是需要我们书写的，这里以及写好了，我们来看一下就好了。

.synopsys_dc.setup的内容：

 

然后我们移步到common_setup.tcl和dc_setup.tcl的内容：

 

common_setup.tcl文件定义了库的名字和名称，上面是逻辑库，下面物理库：

5行：定义库的搜索路径，当找不到库时，从这个路径中寻找

8行：定义target library使用的库（注意，只是定义一个变量）

10行：定义图形库变量

15行：定义顶层设计库的变量名称

17行：定义milkyway（参考）库（的位置）

19行：定义工艺库（的位置）

21行：定义寄生参数库（的位置）

23行：定义工艺库和寄生参数库的映射关系库（的位置）

dc_setup.tcl的内容：

 

dc_setup.tcl文件就是指定库了，而不是单单地定义了，ser_app_var是定义DC内部变量，4~7这是指定搜索路径个各种库的路径和名称

下面的物理库设置中：

13行：指定milkyway（参考）库的名称

14行：指定当前设计的库的名称

16行：创建milkyway库，格式如图上面，需要工艺库、参考、当前设计库

19行：打开当前的设计库

20行：加载寄生参数（库）

 

·启动DC

　　这里是流程演示，因此我们使用图形化的方式启动：

 　　design_vision -topo

·读入设计前的检查

　　-->检查库是否正确设置：

 

 

 

　　-->检查逻辑库和物理课的一致性：

　　Check_library

　　检查可能不会通过，结果不影响综合的话，可以忽略

 

　　-->检查寄生参数文件和工艺库文件的一致性：（物理综合的时候需要检查）

　　check_tlu_plus_files

　　通过的话会有三个passed

 

·读入设计和查看设计

　　-->读入设计：

　　read_file   -format   verilog   ./rtl/TOP.v

　　用法如下所示：

 

 

 

　　-->设置当前设计

　　要综合哪个模块，就把哪个模块设置为当前设计；

　　查看当前设计：current_design

 　　

 

　　设置当前设计：current_design TOP

 

　　-->link设计

　　Link设计，查看当前要综合的设计是否缺少子模块：

　　link

　　返回值是1，说明子模块完整

 

　　-->以ddc的格式保存未映射的设计（注意需要先创建unmapped文件夹）：

　　Write  -hierarchy  -f  ddc  -out  unmapped/TOP.ddc

　　我们可以看看write的用法：

 　　

 

　　-->查看内存中的设计和库：

 

　　带*的设计为当前设计，要综合哪个模块就current_design哪个设计

　　然后list_libs是查看库和库的路径，这个命令也可以检查是否读入了对应的库

 

·约束设计（也就是上面流程图中的各种set）

我们通过执行约束文件来约束设计：

source TOP.con

 

其他选项我们在后面会叙述，我们这里只说一下5行的reset_design，这个就是剔除之前所有的约束，防止影响下面的约束。

 

·进行综合

Compile_ultra（这是在拓扑模式下进行综合的命令）

 

·综合后的检查（检查不通过的需要优化，这里只作为一般流程，没有进行优化）

report_constraint -all  （查看是否违规）

report_timing （查看时序报告）

report_are （查看面积情况）

 

·保存综合后的设计（注意先创建mapped这个文件夹）

write -hierarchy -format ddc -output ./mapped/TOP.ddc

 

总结，大概的流程为：

准备好文件 ——>启动DC ——>读入设计前的检查——>读入设计和查看设计——>约束设计——>综合——>综合后检查（与优化）——>保存优化后的设计