【附录C SPEF】静态时序分析圣经翻译计划

❝本附录将介绍标准寄生参数提取格式（SPEF），它是 IEEE Std 1481 标准的一部分。❞

C.1 基础

SPEF 允许以 ASCII 交换格式描述设计的寄生信息（R，L 和 C）。用户可以读取和检查 SPEF 文件中的值，尽管用户永远不会手动创建此文件。它主要用于将寄生信息从一个工具传递到另一个工具。图 C-1 显示了 SPEF 可以由诸如布局布线工具或寄生参数提取工具之类的工具生成，然后交由时序分析工具用于电路仿真或执行串扰分析。

图 C-1

寄生参数可以在许多不同的层次上表示。SPEF 支持分布式（distributed）网络模型、（reduced）简化网络模型和（lumped）集总电容模型。在分布式网络模型（D_NET）中，网络走线的每段都有其自己的 R 和 C。在简化网络模型（R_NET）中，在网络的负载引脚上考虑一个简化的 R 和 C，而在网络的驱动引脚上考虑一个π模型（C-R-C）。在集总电容模型中，仅为整个网络指定一个电容。图 C-2 显示了物理网络走线的一个示例，图 C-3 显示了分布式网络模型，图 C-4 显示了简化的网络模型，图 C-5 显示了集总电容模型。

图 C-2

图 C-3

图 C-4

图 C-5

互连寄生效应取决于工艺，SPEF 支持最佳（best-case）、典型（typical）和最差（worst-case）三种情况。允许 R、L 和 C 值、端口压摆和负载使用此三种不同情况下的值。

通过提供一个包含网络名称和实例名称映射到索引的一个名称映射（name map），可以有效地减小 SPEF 文件的大小，更重要的是，所有较长名称仅出现在一个位置。

设计的 SPEF 文件可以拆分为多个文件，也可以分层。

C.2 格式

SPEF 文件的格式如下：

header_definition 包含了基本信息，例如 SPEF 版本号、设计名称以及 R，L 和 C 的单位。name_map 指定了网络名称和实例名称到索引的映射。power_definition 声明了电源网络和地网络。external_definition 定义了设计的端口。define_definition 中指出了 SPEF 还在其它文件中进行了描述的那些实例。internal_definition 包含的是文件的核心——设计的寄生参数。

图 C-6 显示了 header_definition 的示例：

图 C-6

SPEF name 指定了 SPEF 的版本号；

DESIGN name 指定了设计的名称；

DATE string 指定了创建文件时的时间戳；

VENDOR string 指定了用于创建 SPEF 的供应商工具；

PROGRAM string 指定了用于生成 SPEF 的程序；

VERSION string 指定了用于创建 SPEF 的程序的版本号；

DESIGN_FLOW string string string . . . 指定了在什么阶段创建 SPEF 文件。它描述了有关 SPEF 文件的信息，这些信息无法通过读取文件来获得。

预定义的字符串值为：

EXTERNAL_LOADS：外部载荷在 SPEF 文件中完全指定。

EXTERNAL_SLEWS：外部压摆在 SPEF 文件中完全指定。

FULL_CONNECTIVITY：SPEF 中存在逻辑网表连接。

MISSING_NETS：SPEF 文件中可能缺少某些逻辑网络。

NETLIST_TYPE_VERILOG：使用 Verilog HDL 类型命名约定。

NETLIST_TYPE_VHDL87：使用 VHDL87 命名约定。

NETLIST_TYPE_VHDL93：使用 VHDL93 网表命名约定。

NETLIST_TYPE_EDIF：使用 EDIF 类型命名约定。

ROUTING_CONFIDENCE：（正整数）所有网络的默认走线置信度，基本上是寄生精度的水平。

ROUTING_CONFIDENCE_ENTRY：补充走线置信度值。

NAME_SCOPE_LOCAL | FLAT：指定了 SPEF 文件中的路径是相对于文件还是相对于设计顶层。

SLEW_THRESHOLDS：（low_input_threshold_percent，high_input_threshold_percent）指定了设计的默认输入转换阈值。

PIN_CAP NONE | INPUT_OUTPUT | INPUT_ONLY：指定了作为总电容一部分的引脚电容类型，默认值为 INPUT_OUTPUT。

DIVIDER / 指定了层次结构分隔符。可以使用的其它字符是" . " , " : "和" / "。

DELIMITER ：指定了实例与其引脚之间的分隔符。可以使用的其它可能字符是" . " , " / " , " : " 或者 "|"。

BUS_DELIMITER [ ] 指定了用于标识总线位的前缀和后缀。可以用于前缀和后缀的其他可能字符是" { " , " ( " , " < " , " : "，" ."和" } " , " ) ", " > "。

T_UNIT 正整数 NS | PS 指定了时间单位。

C_UNIT 正整数 PF | FF 指定了电容单位。

R_UNIT 正整数 OHM| KOHM 指定了电阻单位。

L_UNIT 正整数 HENRY | MH | UH 指定了电感单位。

SPEF 文件中的注释可以两种形式出现：

图 C-7 显示了一个名称映射的示例。它的形式为：

图 C-7

名称映射将指定名称到唯一整数值（它们的索引）的映射。名称映射有助于通过索引来对名称进行引用从而减小文件的大小，名称可以是网络名称或实例名称。考虑图 C-7 中的名称映射，以后可以使用它们的索引在 SPEF 文件中引用这些名称，例如：

因此，名称映射会通过使用其唯一的整数表示来避免重复长名称及其路径。

power definition 部分定义了电源和接地网络：

以下是一些例子：

external_definition 包含了设计的逻辑和物理端口的定义。图 C-8 显示了逻辑端口的示例，逻辑端口可以以下形式描述：

图 C-8

其中 port_name 可以是形式为*正整数的端口索引。方向为 I 表示输入，O 表示输出，B 表示双向。连接属性（conn_attribute）是可选的，可以是以下属性：

*C number number：端口的坐标。

*L par_value：端口的电容负载。

*S par_value par_value：定义端口上的波形。

*D cell_type：定义端口的驱动单元。

可以使用以下命令定义 SPEF 文件中的物理端口：

define definition 部分定义了当前 SPEF 文件中引用的实例，但其寄生参数在其它 SPEF 文件中进行了描述：

当实例是物理分区（而不是逻辑层次结构）时，将使用*PDEFINE。以下有些例子：

这意味着将存在另一个带有*DESIGN 值 ddrphy 的 SPEF 文件，该文件将包含设计 ddrphy 的寄生参数，其可能具有物理和逻辑层次结构。跨越层次边界的任何网络都必须描述为分布式网络（D_NET）。

internal definition 部分包含了 SPEF 文件的核心，即设计中网络的寄生参数。基本上有两种形式：分布式网络 D_NET 和简化网络 R_NET。图 C-9 中为一个分布式网络定义的示例：

图 C-9

第一行中的*5426 是网络的索引号（网络名称请参见名称映射），0.899466 是网络上的总电容值。电容值是网络上所有电容的总和，其中包括假定为接地的交叉耦合电容，还包括负载电容。它可能包含也可能不包含引脚电容，具体取决于 DESIGN_FLOW 定义中的 PIN_CAP 设置。

connectivity section 描述了网络的驱动和负载引脚：

*I 表示内部引脚（ * P 表示端口），*14212：D 表示实例*14212 的 D 引脚，14212 是一个索引号（有关实际名称需参见名称映射）。“ I”表示网络上的负载（输入引脚），“ O”表示网络上的驱动（输出引脚）。*C 和 *D 如先前在 connection attributes 中所定义的那样，*C 定义了引脚的坐标，*D 定义了引脚的驱动单元。

capacitance section 描述了分布式网络的电容，电容单位在之前已用* C_UNIT 指定。

第一个数字是电容标识符。电容规范有两种形式：第一种到第四种一种形式，第五种是另一种形式。第一种形式（第一至第四种）指定两个网络之间的交叉耦合电容，而第二种形式（id 为 5）指定接地电容。因此，在电容 id1 中，网络*5426 和*5290 之间的交叉耦合电容为 0.217446；在电容 id5 中，接地电容为 0.529736。请注意，第一个节点名称必须是所描述的 D_NET 的网络名称。网络索引后面的正整数（*5426：10278 中的 10278）指定内部节点或连接点。因此，电容 id4 表示在内部节点 10278 的网络*5426 和内部节点 9922 的网络*5116 之间存在耦合电容，该耦合电容的值为 0.113918。

resistance section 描述了分布式网络的电阻，电阻单位在之前已用* R_UNIT 指定。

第一个字段是电阻标识符。因此，该网络具有三个电阻部分。第一个在内部节点*5426：10278 与*14212 上的 D 引脚之间，电阻值为 0.34。使用图 C-10 中所示的 RC 网络可以更好地理解电容和电阻部分。

图 C-10

图 C-11 显示了分布式网络的另一个示例。该网络具有一个驱动和两个负载，网络上的总电容为 2.69358。图 C-12 显示了与分布式网络相对应的 RC 网络。

图 C-11

图 C-12

通常，内部定义（internal definition）可以包含以下规范：

D_NET：逻辑网络的分布式 RC 网络形式。

R_NET：逻辑网络的简化 RC 网络形式。

D_PNET：物理网络的分布式形式。

R_PNET：物理网络的简化形式。

语法如下：

inductance section 用于指定电感，其格式类似于电阻部分。* V 用于指定网络寄生参数的准确性。这些可以单独使用网络指定，也可以使用带有 ROUTING_CONFIDENCE 值的* DESIGN_FLOW 语句进行全局指定，例如：

它指定了寄生参数是在最终单元布局和最终布线之后提取得到的，并且使用了 3d 提取。走线置信度的其它可能值为：

10：统计线负载模型

20：物理线负载模型

30：具有位置但没有单元布局的物理分区

40：使用基于斯坦纳树（steiner tree）的走线估计的单元位置

50：使用全局走线估计的单元位置

60：使用斯坦纳走线进行的最终单元布局

70：使用全局走线进行的最终单元布局

80：最终单元布局，最终走线，2d 提取

90：最终单元布局，最终走线，2.5d 提取

100：最终单元布局，最终走线，3d 提取

reduced net 是从分布式网络形式简化而来的网络。网络上每个驱动都有一个驱动精简部分（driver reduction section）。驱动精简部分的形式为：

*C2_R1_C1 表示在网络的驱动引脚上使用π模型的寄生参数。* RC 结构中的 rc_value 是指 Elmore 延迟（R * C）。图 C-13 显示了简化后的网络的 SPEF 示例，图 C-14 以图形方式显示了 RC 网络。

图 C-13

图 C-14

可使用*D_NET 或*R_NET 结构描述集总电容模型（lumped capacitance model），该结构仅具有总电容而没有其它信息。以下是集总电容声明的示例：

SPEF 文件中的值可以采用三元数组的形式来表示工艺变化，例如：

• 0.243 ：0.269 ：0.300

最佳情况下值为 0.243，典型情况下值为 0.269，最差情况下值为 0.300。

C.3 完整语法

本节描述了 SPEF 文件的完整语法。

可以在字符前面加上反斜杠（）来对其进行转义。注释有两种形式：// 开始注释直到行尾，而 / * . . . * / 是多行注释。

在以下语法中，粗体字符如（，[是语法的一部分。所有结构均按字母顺序排列，起始符号为 SPEF_file：

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