層次化設(shè)計(jì)的時(shí)序收斂性研究

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1、層次化設(shè)計(jì)的時(shí)序收斂性研究摘要研究了層次化設(shè)計(jì)中如何達(dá)到時(shí)序收斂。從層次化設(shè)計(jì)的流程分析，介紹如何人為地選擇并且調(diào)整一些布局布線方面的問題從而使得設(shè)計(jì)更能實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂。最后以圖文及數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式舉例說明了層次化設(shè)計(jì)時(shí)序收斂的可行性。關(guān)鍵詞層次化設(shè)計(jì)；收斂性；模塊布局；時(shí)鐘優(yōu)化；延時(shí)分配；大型設(shè)計(jì)1引言如今一般的后端設(shè)計(jì)是采用把網(wǎng)表打散，把所有的邏輯單元看作是一個(gè)層次上，層次關(guān)系不用考慮，一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化。這樣設(shè)計(jì)的好處是邏輯關(guān)系比較簡單，在做優(yōu)化的時(shí)候，可以對邏輯單元直接處理，所有的物理單元都是

2、可見的。但是，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，單元越來越多，現(xiàn)在的單層次的EDA工具的承載能力遭到了挑戰(zhàn)。由于設(shè)計(jì)的龐大，使得后端設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間越來越長，于是出現(xiàn)了層次化設(shè)計(jì)流程。層次化設(shè)計(jì)流程是指把設(shè)計(jì)對象分成多個(gè)模塊分層次設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中，要考慮層次之間的關(guān)系，頂層模塊和底層模塊的關(guān)系，層次內(nèi)部的優(yōu)化等等。最終，在各個(gè)模塊達(dá)到其各自設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，滿足頂層的設(shè)計(jì)要求。2層次化設(shè)計(jì)的背景2.1層次化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢（1）大多數(shù)原因是設(shè)計(jì)規(guī)模的龐大。很大的一個(gè)設(shè)計(jì)就需要考慮層次化。（2）層次化設(shè)計(jì)可以給一個(gè)

3、模塊里的設(shè)計(jì)單元一些約束，使他們可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)布局布線。這種約束性給某些特殊的設(shè)計(jì)帶來方便，比如說：多電壓設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)在對低功耗的要求越來越廣泛，設(shè)計(jì)者一般會(huì)對不同的模塊進(jìn)行低功耗的考慮。不同模塊會(huì)有不同的供電電壓。這樣，層次化設(shè)計(jì)可以對這些不同的模塊單獨(dú)進(jìn)行功耗分析和設(shè)計(jì)。（3）層次化設(shè)計(jì)有時(shí)候也是應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行的情況可以采取的一個(gè)方法。一般來說，一個(gè)大型的設(shè)計(jì)會(huì)分幾個(gè)小組分別設(shè)計(jì)幾個(gè)模塊。幾個(gè)模塊的進(jìn)度有可能不一樣。后端設(shè)計(jì)一般不會(huì)等到所有的模塊完成了以后才進(jìn)行。一般來說，可以對部分沒有完成的模塊

4、估計(jì)一個(gè)大小，時(shí)序。然后把這些模塊當(dāng)作是BlackBox（黑盒）放到頂層進(jìn)行后端設(shè)計(jì)。這時(shí)候，我們采取的也是層次化設(shè)計(jì)。（4）層次化設(shè)計(jì)也是一種設(shè)計(jì)流程的選擇。一個(gè)模塊的單元如果約束在一起，其內(nèi)部的優(yōu)化可以更方便。芯片的各個(gè)模塊能有效地控制單元固有的離散性，從而最大限度地減少時(shí)序或擁塞的變化。2.2層次化設(shè)計(jì)常見問題（1）由于有層次化的劃分，模塊之間及與頂層的關(guān)系是不透明的。和平面設(shè)計(jì)不同，頂層的優(yōu)化不能進(jìn)入到模塊內(nèi)部，這樣，有可能造成優(yōu)化的限制。（2）層次化設(shè)計(jì)對邏輯的要求比較嚴(yán)格，改變邏輯的時(shí)候

5、要注意對層次化的影響。比如，如果在布線的時(shí)候，需要穿越某些模塊，那需要在這些模塊中新增加邏輯連線。所以，邏輯的更新要和布局布線同步。（3）層次化設(shè)計(jì)中，模塊內(nèi)部優(yōu)化所需要的約束條件是通過在頂層的分析中得到的，而頂層的分析又是基于模塊內(nèi)部的情況得出的。所以，這是個(gè)反復(fù)的過程。層次化設(shè)計(jì)要注意反復(fù)優(yōu)化時(shí)應(yīng)該遵循收斂原則。最后的結(jié)果應(yīng)該是頂層的時(shí)序得到滿足，模塊的時(shí)序也得到滿足。3層次化設(shè)計(jì)流程（1）層次化分塊。在讀入的網(wǎng)表文件中，前端的設(shè)計(jì)者會(huì)按照功能創(chuàng)建一些模塊。在層次化設(shè)計(jì)中的初始，就要對這些模塊進(jìn)

6、行分析，有些模塊需要打散并入到頂層，有些大的模塊需要保留，當(dāng)作一個(gè)子module進(jìn)行分層處理。（2）層次化放置單元。把子模塊里的單元集中放在子模塊里。（3）如果timing有問題，做一下簡單的優(yōu)化，比如說修復(fù)一些DRC的violation（cap，transition，fanout），插入/刪除/更換一些緩存器。（4）Po（記錄了子模塊接口的時(shí)序信息的模型）把內(nèi)部的時(shí)序信息映射到頂層去。這樣在頂層做時(shí)序分析的時(shí)候就能包含整個(gè)設(shè)計(jì)的了。（9）延時(shí)分配。這是很關(guān)鍵的一步。時(shí)序預(yù)估是通過時(shí)序分析，產(chǎn)生底層

7、的時(shí)序約束，把頂層和底層的優(yōu)化的目標(biāo)分配好。通過實(shí)際的每個(gè)模塊的及其頂層的延時(shí)，得到各自模塊在整個(gè)延時(shí)所占的比重，然后按照要求的時(shí)鐘延時(shí)（requiredelay）進(jìn)行分配。然后把得出的延時(shí)作為時(shí)序約束傳給子模塊。（10）有了子模塊的時(shí)序約束，分別打開子模塊進(jìn)行布局，優(yōu)化，布線。（11）子?？靸?yōu)化成功之后，轉(zhuǎn)換成硬模塊。這樣，底層將不會(huì)再被改動(dòng)任何信息，最后，回到頂層做頂層的優(yōu)化。這里要注意的是，如果子模塊不能達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果，需要回到頂層，進(jìn)行頂層的優(yōu)化，這樣可以對底層的優(yōu)化約束會(huì)降低，然后，再產(chǎn)生

8、底層的約束，再做底層的優(yōu)化。這應(yīng)該是個(gè)收斂的過程。最后的結(jié)果會(huì)越來越好。4層次化設(shè)計(jì)中哪些步驟需要注意得到收斂性的時(shí)序4.1模塊分割階段用來做層次化設(shè)計(jì)的子模塊一般是網(wǎng)表里的單元器件比較多的模塊，并且與其他模塊連接關(guān)系較少的模塊。原因是：由于子模塊在布局布線的時(shí)候會(huì)集中在一個(gè)區(qū)域，如果這個(gè)模塊和外界聯(lián)系比較多的化，這種集中會(huì)使得其距離外界單元比較遠(yuǎn)，不如打散的效果好。如果有很多時(shí)序存在這個(gè)模塊和外界之間，會(huì)造成整個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)序比較差。在我們沒有劃分模塊之前，我們對全局進(jìn)