[VCS]门级仿真及SDF反标

数字电路门级仿真及SDF反标

一、后仿

相对于RTL仿真，门级仿真占用的计算资源虽然很多，但是在静态时序检查（STA）工具普遍应用之前，带时序的动态门级仿真几乎可以说是唯一的timing sign-off手段了。

那么在STA工具已经成熟的现在，门级仿真还有存在的必要吗？为什么有些公司的设计流程中还包括门级仿真这个必需的步骤呢？

1.1 可能存在以下几个原因：

• 检查时序约束（SDC）的完备性— 防止约束的遗漏

• 检查异步电路的时序—STA工具无能为力，异步处理部分在SDC约束文件中做的是fath_path处理，所以这部分时序是否满足，STA工具并不会检查也不会报出violation；

• 检查网表的完备性—防止综合、布局布线过程中的意外

• 为后续流程如功耗（Power）分析、压降（IR Drop）分析提供波形—更准确

• 测试向量的仿真—只有门级网表才包含扫描链，DFT逻辑的插入是否导致功能出现问题；

1.2 门级仿真分为两种:

• 一种是不带时序反标的门级仿真（零延时仿真，综合的网表就可以做，因为在布局布线之前，所以也叫前仿，这时由于hold没有修，所以会出现不少时序违例的情况）；

• 一种是带时序反标（back-annotation）的门级仿真（布局布线之后的仿真，也叫后仿，这时的网表是后端做完布局布线，修补完timing的网表）； 进行PR网表的后仿真时，我们需要告知仿真工具cell与cell之间的延迟，D端到Q端的延迟，这里就需要SDF文件！

二、前仿选项

• +nospeicy 在仿真时忽略库文件中指定的延时。

• +delay_mode_zero 将标准库单元中定义的延时替换为0。testbench中的 #延时也都被消除。

• +notimingcheck时序检查开关，比如setup/hold/width检查等等，如使用了该option，则仿真时不检查时序，行为类似于RTL仿真。 在PR未结束，sdf反标文件还没准备好时，可用该选项忽略延时，可用于功能性的粗略检查。 但真正跑后仿真时，不可使用该选项，否则仿真有效性大大降低。

三、后仿选项

• +sdfverbose 显示所有的sdf反标错误；

• +no_notifier 可以关掉时序检查产生的不定态。通过这个命令参数可以使时序检查任务中检测到时序违例后，不影响其参数列表中的notifier的值，从而避免了notifier变化引起udp输出不定态的情况，该命令仅对notifier的值有影响，对于时序检查任务检测到的时序违例不产生任何影响；

• +neg_tchk若要使用负延时检查，在编译设计时必须包含+neg_tchk选项。如果省略此选项，VCS将所有负延迟更改为0。

• -negdelay 用于SDF文件中有负延迟，如果省略此选项，VCS将所有负延迟更改为0。

四、SDF文件反标

4.1 方法一

• 在makefile中调用，使用如下命令：

vcs +neg_tchk -negdelay -sdf min|typ|max:instance_name:file.sdf

启用SDF反标。在file.sdf中指定的最小值、类型或最大值中的一种，在实例instance_name上进行反标。

4.2 方法二 $sdf_annotate

• 使用$sdf_annotate将SDF文件反标到网表中：

$sdf_annotate("sdf_file"[, module_instance] [,"sdf_configfile"][,"sdf_logfile"][,"mtm_spec"] [,"scale_factors"][,"scale_type"]);

sdf_file: 指定指向SDF文件的路径;
module_instance: 调用$sdf_annotate模块实例的范围。
sdf_configfile: 指定SDF配置文件。
sdf_logfile: 指定SDF log文件，可以使用+sdfverbose显示所有的sdf反标错误。
mtm_spec: 指定哪一种延迟类型，通常有三种min：typ：max，它的可能值是"MINIMUM", "TYPICAL", "MAXIMUM", or "TOOL_CONTROL"（默认值）。在仿真器读入SDF的时候，要指定使用哪一组。避免出现指定的组的时序信息不存在的情况。
scale_factors: 指定min：typ：max的缩放因子，默认为三个正实数“1.0：1.0：1.0”。
scale_type: 指定SDF文件中在缩放前使用的延迟值。它可能的值是“FROM_TYPICAL”、“FROM_MIMINUM”、“FROM_MAXIMUM”和“FROM_MTM”（默认）

• 在tb中加载sdf文件

`ifdef SDF  initial begin    $sdf_annotate("../../rtl/post_sim/file.sdf", tb,, "sdf.log",);  end`endif

• 确认成功反标

• 打印出Doing SDF annotation ...... Done

五、其他

5.1 初始化寄存器的值

在vcs编译选项里添加 +vcs+initreg +random随机化赋初值，可用于对初始状态是x的寄存器。

5.2 导出VCD文件

VCD是不压缩的文本格式，兼容性好，缺点是文件太大。因此后仿先写出高压缩比的FSDB文件，再转成VCD。可指定转换起止时间、结束时间。这样一次后仿，就可以为不同的应用生成不同的VCD文件。

FSDB转VCD的工具通常在Verdi的安装目录，用法：

fsdb2vcd xxx.fsdb -o xxx.vcd -bt 100ns -et 200ns

• 其中，-bt是begin time，-et是end time；

5.3 关闭某些寄存器的时序检查notiming.list

后仿过程中可能有一些不必要或者不想检查的时序，尤其是跨时钟域的两级同步的第一级DFF出现所谓的时序违例，这是一种假的时序违例所以通常不关心它们是否有时序违例。

instance { tb.U_TOP.reg} { noTiming };

VCS +optconfigfile+notiming.list 可以用上面方法加载这个文件，这样在后仿过程中将不对这些寄存器做时序检查，避免不必要的时序问题而引起X态传递。

六、Note：

1. 后仿开始前，一定要把详细的SDF反标报告打印出来仔细检查。需要把错误全部解决掉，警告视情况要解决大部分。

2. 带时序的后仿，一定要注意仿真器是否关闭了notimingcheck和nospecify的选项。如果有nospecify，那么SDF中的时序信息就反标不到仿真模型中（仿真模型的时序类型定义在specify block中）；如果有notimingcheck，那么后仿过程中就不检查时序违例，后仿就失去了最大的意义。

3. 带时序的后仿开始阶段，建议dump一些波形出来，看看波形上的延时和SDF中的延时信息是否保持一致，这有助于对反标过程的理解和后仿整体进度的把握。