SOC時序分析中的跳變點-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯SOC時序分析中的跳變點-基礎(chǔ)電子跳變點是所有重要時序分析工具中的一個重要概念。跳變點被時序分析工具用來計算設(shè)計節(jié)點上的時延與過渡值。跳變點的有些不同含義可能會被時序分析工程師忽略。而這在SOC設(shè)計后期，也就是要對時序簽字時可能會導(dǎo)致問題。后端設(shè)計工程師要知道跳變點的概念及其含義，這個非常重要。這也正是本文目的之所在。

1.跳變點定義：

跳變點可定義為邏輯高電平的百分比，作為測量壓擺率和時延值的參照。圖1(a)演示的是壓擺率跳變點。

圖1(a)

圖1(b)演示的是時延跳變點。

圖1(b)

跳變點用來描述標(biāo)準(zhǔn)單元或硬模塊(IP)等的引腳過渡值特征，同時檢查SoC時序。通常跳變點的值在時序模型(自由格式)中提及，時序分析工具在計算時延和壓擺率時會使用這些值。

2.如何固定跳變點：

在描述標(biāo)準(zhǔn)單元或硬模塊(IP)特征時，跳變點對于特定的技術(shù)節(jié)點是固定的。將跳變點固定的目的是確保測量的時延/壓擺率接近實際(Spice)的波形。如圖2(a)所示，當(dāng)跳變點位于切換波形的線性區(qū)(20%-80%)時，壓擺率值比位于非線性區(qū)(10%-90%)時要令人樂觀。

圖2(a)

通常情況下，在過渡跳變點位于線性區(qū)時，時序工具計算的單元時延更接近Spice結(jié)果。

同時，晶體管的電壓閾值(Vt)特性對于決定跳變點發(fā)揮了重要作用，因為輸出波形在輸入電壓超過晶體管的Vt值后會發(fā)生線性化[1]。

時延閾值在輸入和輸出波形的線性區(qū)是固定的。只要時延跳變點位于波形的線性部分，那么時延跳變點是20-80還是50-50都沒有關(guān)系。

3.自由格式提及的跳變點句法

下面給出的是典型時序模型(.liberty文件)的快照，以指示正在使用的跳變點

input_threshold_pct_rise:50;

input_threshold_pct_fall:50;

output_threshold_pct_rise:50;

output_threshold_pct_fall:50;

slew_lower_threshold_pct_rise:20;

slew_lower_threshold_pct_fall:20;

slew_upper_threshold_pct_rise:80;

slew_upper_threshold_pct_fall:80;

4.時序工具如何處理跳變點來計算時延

a)當(dāng)跳變點對于界面都相同時：

圖3(a)描述了驅(qū)動程序和負(fù)載具有相同時延閾值時的情況。

在給出的示例中，兩者都為50%。

圖3(a)

此時，，考慮壓擺率降級(由網(wǎng)絡(luò)引起)后，時序工具計算的驅(qū)動程序達到其50%的邏輯高值和負(fù)載達到其50%的邏輯高值時兩者之間的時間差。

類似的解釋對于特定單元的輸入和輸出產(chǎn)生的下降信號和時延同樣適用。壓擺率值根據(jù).lib中提及的變量進行計算。

b)當(dāng)跳變點對于一個界面而不同時

(i)20%比50%：

圖4(a)描述了驅(qū)動程序時延跳變點為20%而對負(fù)載單元跳變點為50%的情況。

在這種情況下，與負(fù)載信號相比，驅(qū)動程序的信號會快速達到其時延跳變點值。因此此類界面的網(wǎng)絡(luò)時延會大于驅(qū)動程序也達到50%情形下的時延[圖3(a)]。

圖4(a)

時序工具可通過線性或非線性擴展計算網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的額外時延。

(ii)50%比20%

圖4(b)描述了驅(qū)動程序跳變點為50%而負(fù)載單元的跳變點為20%的情形。

在這種情況下，與驅(qū)動信號相比，負(fù)載的信號會更早達到其時延跳變點值。這種情況通過時序工具借助擴展(線性或非線性)來進行處理。

圖4(b)

這里需要注意的是：在這種情況下，擴展會引起“負(fù)時延”。

應(yīng)注意：盡管現(xiàn)實世界不能在時域中后向穿越，但是時序工具需要將這種時延考慮在內(nèi)，這樣，從開始點(在本例中為驅(qū)動單元的輸入引腳)到終端點(在本例中為負(fù)載單元的輸出引腳)的整體路徑時延接近現(xiàn)實世界時延(Spice)。

5.與跳變點相關(guān)的其他問題：

(i)SDF中的負(fù)時延：在通過時序工具完成擴展后產(chǎn)生的負(fù)時延將以標(biāo)準(zhǔn)時延格式(SDF)進行復(fù)制，用于門級模擬。不希望發(fā)生這種情況，因為門級模擬器無法處理負(fù)時延。

它們要么標(biāo)志錯誤消息要么表示此類情況的零時延。作為一種變通方法，可編寫一個腳本(附錄A)，根據(jù)所計算的負(fù)時延，增加(或減少)負(fù)載單元(或驅(qū)動單元)時延。

(ii)端口和IO單元之間的附加時延：

通常時序工具端口到I/O單元的時延。在硅片上，該網(wǎng)絡(luò)作為接合線出現(xiàn)在芯片外部。因此，對于該網(wǎng)絡(luò)物理信息不能進行量化。

時序工具提供此類網(wǎng)絡(luò)的時延。原因包括：

a)由于沒有時序模型可用于端口，因此時序工具采用用戶定義的或默認(rèn)跳變點和電壓電平計算時延。

b)由于假定跳變點和端口w.r.tI/O單元跳變點的電壓電平值之間有差額。圖5(a)和圖5(b)描述了此類情況。

圖5(a)

圖5(b)

要克服這種情況，可執(zhí)行以下操作：

1)為與I/O單元的端口相同的端口定義運行條件。

2)編寫腳本為此類網(wǎng)解釋零時延。

(iii)帶有丟失跳變點的庫

如果我們擁有不包含跳變點閾值或電壓電平值的時序模型，那么來自/到此類模型的界面的時延可能不正確。因為時序工具使用跳變點和電壓電平的默認(rèn)值，分析這些路徑。作為一種變通方法，用戶應(yīng)在向負(fù)責(zé)庫的人員進行咨詢后，再定義跳變點。

6.如果不通過時序工具進行擴展會怎樣：激烈。這可能會導(dǎo)致芯片故障，因為使用時序工具計算的時延不接近Spice值。如果可以為跳變點不同的界面進行Spice分析，應(yīng)當(dāng)是一種很好的操作方法。

如果對SOC中所使用的所有模型(硬模塊)使用同樣的跳變點，應(yīng)當(dāng)是一種很好的操作方法。

這完全可以消除因閾值不同所產(chǎn)生的問題。

7.Spice合作關(guān)系：

對多閾值路徑進行Spice分析，是增強信心并解決時序問題的好方法。

盡管在Spice世界，閾值實際并不存在。在時序模型中使用它們是為了簡化時序分析工具。

時序工具提供一個選項，復(fù)制出特定時序路徑的spice網(wǎng)列表。除了spice網(wǎng)列表外，還復(fù)制出包含輸入矢量的激勵文件。復(fù)制出的spice網(wǎng)列表可能不包含針對時序路徑中標(biāo)準(zhǔn)單元和/或硬模塊的spice網(wǎng)列表。

Spice模擬工具可讀取復(fù)制的spice網(wǎng)列表和標(biāo)準(zhǔn)單元/硬模塊的spice網(wǎng)列表，然后提供激勵文件來模擬重要路徑。

需要通過分析生成的波形，查看路徑是否滿足時序要求。測量SPICE中此類路徑的時延和過渡值時需要謹(jǐn)記：要采用與時序模型中所提及的跳變點相同的跳變點。

8.擴展類型：

大多數(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具使用線性或非線性擴展作為其運作方式

a)線性擴展：在該方法中，工具假定不同閾值的線性斜坡。

該方法使用相似三角形的概念擴展驅(qū)動程序到負(fù)載單元的時延。

b)非線性擴展：此時，工具使用電流源模型來定義坡道。這需要通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程來計算時延。

總之，本文以跳變點定義開始，然后闡釋如何固定用于特定技術(shù)庫的跳變點。然后本文論述了時序工具如何解釋跳變點，以及當(dāng)驅(qū)動程序與負(fù)載單元跳變點不同時可能會引發(fā)的問題。

附錄A：在SDF中考慮負(fù)互連時延的腳本

#!/usr/local/bin/perl

print"\n***************RUNNINGPERLSCRIPT.negaTIvedelinsdf_assarray.pl****\n\n";

if(!exists$ARGV[0]||!exists$ARGV[1]){print"USAGE::negativedelinsdf_assarray.pl\n\n";exit;

}

open(FILEA,$ARGV[0])||die("ERROR::SDFfile$ARGV[0]cannotbeopenedforreADIng\n");

open(file1,"$ARGV[1]")||die("ERROR::file$ARGV[1]cannotbeopenedforwriting\n");

while()

{$line=$_;

$line1=$line;

$line=~s/^\s+//g;

if($line=~"INTERCONNECT.*-[0-9]")########FINDINGNEGATIVEINTERCONNECT######

{

@array1=split(/\s+/,$line);

$count=@array1;

if($count==4){##ToaccontforthefactthatonlyoneINTERCONNECTtripletispresent

$array1[$count]=$array1[$count-1];

$count=$count+1;

}

for($i=0;$i=$count-3;$i++)

{printfile1"$array1[$i]";}

$value2=$array1[$count-1];

$value1=$array1[$count-2];

$instance_name=$array1[2];

@instance=split(/\//,$instance_name);

$count2=@instance;

$pin_name=$instance[$count2-1];#######GETTINGLOADINSTANCEPINNAME###############

$instance_name=~s/\/[^(.*\/)][A-Z0-9a-z_\[0-9\]+]*$//g;#######GETTINGLOADINSTANCENAME###############

if($value1=~"::")

{$value1=~s/[()]//g;

@correct_value1=split(/::/,$value1);

$load_correct_value1_0{$instance_name}=$correct_value1[0];

$load_correct_value1_1{$instance_name}=$correct_value1[1];

if($correct_value1[0]=-0.0)#####NEGATIVECHANGEDTOZERODELAY######

{$correct_value1[0]="0.000";}

if($correct_value1[1]=-0.0)

{$correct_value1[1]="0.000";}

printfile1"($correct_value1[0]::$correct_value1[1])";

}

elsif($value1=~":[^:]")

{$value1=~s/[()]//g;

@correct_value1=split(/:/,$value1);

$load_correct_value1_0{$instance_name}=$correct_value1[0];

$load_correct_value1_1{$instance_name}=$correct_value1[1];

$load_correct_value1_2{$instance_name}=$correct_value1[2];

if($correct_value1[0]=-0.0)#####NEGATIVECHANGEDTOZERODELAY######

{$correct_value1[0]="0.000";}

if($correct_value1[1]=-0.0)

{$correct_value1[1]="0.000";}

if($correct_value1[2]=-0.0)

{$correct_value1[2]="0.000";}

printfile1"($correct_value1[0]:$correct_value1[1]:$correct_value1[2])";

}

else{printfile1"$value1";}

if($value2=~"::")

{$value2=~s/[()]//g;

@correct_value2=split(/::/,$value2);

$load_correct_value2_0{$instance_name}=$correct_value2[0];########NEGATIVECHANGEDTOZERODELAY#####

$load_correct_value2_1{$instance_name}=$correct_value2[1];

if($correct_value2[0]=-0.0)

{$correct_value2[0]="0.000";}

if($correct_value2[1]=-0.0)

{$correct_value2[1]="0.000";}

if($correct_value1[0]==$correct_value2[0]$correct_value1[1]==$correct_value2[1]){#PrintthesevaluesonlyiftheyarediffernetfromthealreadyprintedvaluesfortheINTERCONNECT

printfile1")\n";

}else{

printfile1"($correct_value2[0]::$correct_value2[1]))\n";

}

}

elsif($value2=~":[^:]")

{$value2=~s/[()]//g;

@correct_value2=split(/:/,$value2);

$load_correct_value2_0{$instance_name}=$correct_value2[0];########NEGATIVECHANGEDTOZERODELAY#####

$load_correct_value2_1{$instance_name}=$correct_value2[1];

$load_correct_value2_2{$instance_name}=$correct_value2[2];

if($correct_value2[0]=-0.0)

{$correct_value2[0]="0.000";}

if($correct_value2[1]=-0.0)

{$correct_value2[1]="0.000";}

if($correct_value2[2]=-0.0)

{$correct_value2[2]="0.000";}

if($correct_value1[0]==$correct_value2[0]$correct_value1[1]==$correct_value2[1]$correct_value1[2]==$correct_value2[2]){#PrintthesevaluesonlyiftheyarediffernetfromthealreadyprintedvaluesfortheINTERCONNECT

printfile1")\n";

}else{

printfile1"($correct_value2[0]:$correct_value2[1]:$correct_value2[2]))\n";

}

}

$load_instance{$instance_name}=$instance_name;##SAVEALLLOADINSTACESFORNEGDELAYINTHEASSOCIATIVEARRAY##

$load_pin{$instance_name.$pin_name}=$pin_name;##SAVEALLLOADPINSFORNEGDELAYINTHEASSOCIATIVEARRAY##

}

elsif($line=~"CELL"){

printfile1"$line";

$find=0;

}

elsif($line=~"INSTANCE")##CHECKINGCORRESPONDINGINSTANCESANDFINDFLAG=1IFFOUND######

{

printfile1"$line1";

@array2=split(/\s+/,$line);

$instance_name2=$array2[1];##GETTINGTHELOADINSTANCENAMEFOUNDHERE##########

$instance_name2=~s/[()]//g;

$instance_definition{$instance_name2}="$instance_name2";

if(exists$load_instance{$instance_name2})####COMPAREINSTANCENAMEWITHTHATSAVEDINASSOARRAY#####

{

if($load_instance{$instance_name2}eq"$instance_name2")

{$find=1;}

}

}

elsif($line=~"IOPATH"$find==1)##AFTERINSTANCESAREFOUNDCHECKINGFORCORRSPONDINGPINS######

{

@array4=split(/\s+/,$line);

if($array4[0]=~"COND"){##TakecareofCONDstatements

$pin_name2=$array4[3];

}else{

$pin_name2=$array4[1];

}

if($line=~"IOPATH"exists$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}){

if($load_pin{$instance_name2.$pin_name2}eq"$pin_name2")

{

@array3=split(/\s+/,$line);

$count3=@array3;

@value_IOPATH="";#Thisistoinitializethearraytoblank

if($array3[0]=~"COND"){

for($j=5;$j=$count3;$j++){

$value_IOPATH[$j-5]=$array3[$j];

$value_IOPATH_width=@value_IOPATH;

if($count3==6){####IncasethereisonlyonetripletforCOND.*IOPATH

$value_IOPATH[1]=$value_IOPATH[0];

}

#$value1_IOPATH=$array3[5];

#$value2_IOPATH=$array3[6];

}

$constant_fields=4;

}elsif($array3[0]=~"IOPATH"){

for($k=3;$k=$count3;$k++){

$value_IOPATH[$k-3]=$array3[$k];

$value_IOPATH_width=@value_IOPATH;

if($count3==4){####IncasethereisonlyonetripletforIOPATH

$value_IOPATH[1]=$value_IOPATH[0];

}

#$value1_IOPATH=$array3[3];

#$value2_IOPATH=$array3[4];

}

$constant_fields=2;

}

for($i=0;$i=$constant_fields;$i++)

{printfile1"$array3[$i]";}

if($value_IOPATH[0]=~"::")####CORRECTORACCOMODATINGTHENEGDELAYVALUESHERE#########

{$value_IOPATH[0]=~s/[()]//g;

@correct_value1_IOPATH=split(/::/,$value_IOPATH[0]);

if(exists$load_correct_value1_0{$instance_name2}){

if($load_correct_value1_0{$instance_name2}0.0){#SothatonlynegativedelayvaluetripletischangedintheIOPATHsyntax

if(abs($load_correct_value1_0{$instance_name2})$correct_value1_IOPATH[0]){###theabsolutevaluetonegativedelayislargerthanthetimingofloadarc.######

$correct_value1_IOPATH[0]=$correct_value1_IOPATH[0]+$load_correct_value1_0{$instance_name2};

}else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}

}

}

if(exists$load_correct_value1_1{$instance_name2})

{if($load_correct_value1_1{$instance_name2}0.0){

if(abs($load_correct_value1_1{$instance_name2})$correct_value1_IOPATH[1]){

$correct_value1_IOPATH[1]=$correct_value1_IOPATH[1]+$load_correct_value1_1{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}}}

printfile1"($correct_value1_IOPATH[0]::$correct_value1_IOPATH[1])";

}

elsif($value_IOPATH[0]=~":[^:]")####CORRECTORACCOMODATINGTHENEGDELAYVALUESHERE#########

{$value_IOPATH[0]=~s/[()]//g;

@correct_value1_IOPATH=split(/:/,$value_IOPATH[0]);

if(exists$load_correct_value1_0{$instance_name2}){

if($load_correct_value1_0{$instance_name2}0.0){#SothatonlynegativedelayvaluetripletischangedintheIOPATHsyntax

if(abs($load_correct_value1_0{$instance_name2})$correct_value1_IOPATH[0]){

$correct_value1_IOPATH[0]=$correct_value1_IOPATH[0]+$load_correct_value1_0{$instance_name2};

}else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}

}

}

if(exists$load_correct_value1_1{$instance_name2}){

if($load_correct_value1_1{$instance_name2}0.0){#SothatonlynegativedelayvaluetripletischangedintheIOPATHsyntax

if(abs($load_correct_value1_1{$instance_name2})$correct_value1_IOPATH[1]){

$correct_value1_IOPATH[1]=$correct_value1_IOPATH[1]+$load_correct_value1_1{$instance_name2};

}else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}

}

}

if(exists$load_correct_value1_2{$instance_name2}){

if($load_correct_value1_2{$instance_name2}0.0){#SothatonlynegativedelayvaluetripletischangedintheIOPATHsyntax

if(abs($load_correct_value1_2{$instance_name2})$correct_value1_IOPATH[2]){

$correct_value1_IOPATH[2]=$correct_value1_IOPATH[2]+$load_correct_value1_2{$instance_name2};

}else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}

}

}

printfile1"($correct_value1_IOPATH[0]:$correct_value1_IOPATH[1]:$correct_value1_IOPATH[2])";

}

else{printfile1"$value_IOPATH[0]";}#Thisistoprintemptybracketsincaseriseandfalltripletsareempty

if($value_IOPATH[1]=~"::")

{$value_IOPATH[1]=~s/[()]//g;

@correct_value2_IOPATH=split(/::/,$value_IOPATH[1]);

if(exists$load_correct_value2_0{$instance_name2}){

if($load_correct_value2_0{$instance_name2}0.0)

{if(abs($load_correct_value2_0{$instance_name2})$correct_value2_IOPATH[0]){

$correct_value2_IOPATH[0]=$correct_value2_IOPATH[0]+$load_correct_value2_0{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}}}

if(exists$load_correct_value2_1{$instance_name2}){

if($load_correct_value2_1{$instance_name2}0.0)

{if(abs($load_correct_value2_1{$instance_name2})$correct_value2_IOPATH[1]){

$correct_value2_IOPATH[1]=$correct_value2_IOPATH[1]+$load_correct_value2_1{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}}}

if($correct_value1_IOPATH[0]==$correct_value2_IOPATH[0]$correct_value1_IOPATH[1]==$correct_value2_IOPATH[1]){#PrintthesevaluesonlyiftheyarediffernetfromthealreadyprintedvaluesfortheIOPATH

}else{

printfile1"($correct_value2_IOPATH[0]::$correct_value2_IOPATH[1])";

}

}

elsif($value_IOPATH[1]=~":[^:]")

{$value_IOPATH[1]=~s/[()]//g;

@correct_value2_IOPATH=split(/:/,$value_IOPATH[1]);

if(exists$load_correct_value2_0{$instance_name2}){

if($load_correct_value2_0{$instance_name2}0.0){

if(abs($load_correct_value2_0{$instance_name2})$correct_value2_IOPATH[0]){

$correct_value2_IOPATH[0]=$correct_value2_IOPATH[0]+$load_correct_value2_0{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}}}

if(exists$load_correct_value2_1{$instance_name2}){

if($load_correct_value2_1{$instance_name2}0.0){

if(abs($load_correct_value2_1{$instance_name2})$correct_value2_IOPATH[1]){

$correct_value2_IOPATH[1]=$correct_value2_IOPATH[1]+$load_correct_value2_1{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$instance_name2.$pin_name2}of$instance_name2issmallerthantheINTERCONNECTdelay\n";}}}

if(exists$load_correct_value2_2{$instance_name2}){

if($load_correct_value2_2{$instance_name2}0.0){

if(abs($load_correct_value2_2{$instance_name2})$correct_value2_IOPATH[2]){

$correct_value2_IOPATH[2]=$correct_value2_IOPATH[2]+$load_correct_value2_2{$instance_name2};}

else{print"IOPATHdelayfor$load_pin{$insta