浅谈逻辑综合之概述

什么是逻辑综合

逻辑综合是将较高抽象级别的设计（RTL）转化为可实现的较低的抽象层级的设计的过程。就是将RTL转化成门极网表的过程。

逻辑综合过程可以针对时序、面积、可测性（DFT）、功耗（power）、运行时间（run time）进行优化。

逻辑综合的输入文件：RTL（file list）、物理库、时序库、逻辑综合flow、时序约束（clock、IO、异步设置等）、环境参数设置、upf（low power flow）。

逻辑综合的输出文件：netlist、sdc、ppa  report等。

逻辑综合的EDA工具：Synopsys的DC（design  compiler）和Cadence的genus是广泛使用的逻辑综合工具。

DC逻辑综合分为三个主要过程：翻译（Translation）+逻辑优化（logic optimization）+门级映射（mapping）。

逻辑综合的目标

获得门级网表；插入时钟门控；逻辑优化、插入DFT逻辑；保持RTL和Netlist之间的逻辑等效性。

逻辑综合的输入和输出文件

输入：RTL、library、Constraints、UPF（power intent）；

输出：Netlist、Report（Qor、Area、Timing等），UPF等

HDL文件生成和库

HDL文件（以VHDL或Verilog或SystemVerilog编写）；HDL分区和coding style会影响逻辑综合和逻辑优化过程；library基于所使用的的工艺制程。

库有不同的分类：目标库、单元库、符号库、合成库（DesignWare）等。

读取文件

有两种方法可以将文件读入DC，一种是使用Analyze和Elaborate命令；另一种是使用read_file命令。

Analyze命令做如下动作

读取HDL源文件并做语法检查和Synopsys规则检查；

在转化成通用逻辑门之前，检查文件本身的错误；

以中间文件的形式创建HDL库对象；

把中间文件存储在define_design_lib命令指定的路径。

Elaborate做如下动作

 

将design转化成GTECH形式；

允许更改source file中定义的parameter；

将design中的算术运算符替换为Design ware组件；

Link design；

Read file命令执行如下操作

执行与Analyze和Elaborate相同的检查动作；

不为verilog创建中间文件；

为VHDL创建中间文件；

不能自动完成link动作，需要在read_file命令完成后，手动去做link动作；

可以读取不同的文件格式，如VHDL、Verilog、System Verilog、ddc。

设计环境约束

读入设计后，就需要定义设计环境约束设计约束。Design environment包括Operating Condition 、 Wire Load Model、System interface requirements。

Operating condition：包括工艺、电压、温度要求（PVT）；可以使用set_operating _condition在dc_setup.tcl中做相关设置。

Wire Load Model：允许DC估算net长度和扇出对电阻、电容、net area的影响；并使用相关估算值来计算net dealy；一般，DC会使用零线负载模型。

System interface：和design交互的外部逻辑的约束，包括输入强度设置（set_driving_cell）、输出电容负载（set_load）、输出扇出负载等。

可以使用report_lib、report_design等命令查看已经加载的Design environment设置。

Design rule constrain和Design optimization constrain

DC进行design优化时，主要使用两种类型的约束。

设计规则约束（Design rule constrain）：逻辑库定义了这种隐式约束，这些约束是design必须满足的。默认情况下，设计规则约束优先级高于设计优化约束。

设计优化约束（Design optimization constrain）：这是显式约束，DC会尝试满足这些约束，但不会以违反设计规则约束为代价。

DC会试图同时满足两种约束，但设计规则约束优先。

默认情况下，DC根据重要性，按以下顺序考虑各种约束：

设计规则约束：

Connection class、multiple port nets、maximum transition time、maximum fanout、maximum capacitance。

设计优化约束：

Maximum  delay、minimum delay、maximum power、maximum area。

时序约束

时序约束需包括：时钟、IO时序要求、组合逻辑delay要求、false path设置等。

相关链接：

design中的timing path之R2R

design中的timing path之I2O

design中的timing path之 R2O

Design中的timing path之 I2R