原创 DC概论五之high fanout

dc在综合高扇出的网络的时候，约束优先级是：
1.功能正确
2.DRC（max_transition ,max_fanout,max_capacitance )
3.Setup time  （max_delay)
4.Hold time (min_delay)
5. Other...
为了符合drc要求，dc通常花费很多时间来编译和修正这些DRC violators。

路径上的cell延迟由input_transition 和output_load(包括扇出pin上的load）决定，这个由查抄表可以得到。

而net延迟是由net上的R，C决定的。在没有布局布线之前，我们不知道实际的R，C是多少，dc根据互联线模型（set_wire_load_model)来计算出R，C。然后根据得到的R，C计算出net上的延迟：

   Net_delay=R*C*OC
其中系数OC是根据操作环境（set_opearting_conditions)中设置的rc树模型得到。
一般的工艺库的操作环境有三种，WORST，TYPICAL，BEST,分别是最差，典型，最坏。

在ic中出现high fanout的情况基本有三种：
1.时钟clock
2.复位reset
3.一般信号
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

dc中对于高扇出net的处理，基本就是加buffer（前提，如果没有对这条net设置一些约束，比如set_ideal_network,set_dont_touch，后面会讲到），以此来减少cell输出端的负载，从而减少transition time 和delay time，以及max_capacitance。而事实上我们是不希望dc这么处理的，我们希望的是可以在后端版图的时候让后端工具自己加buffer，因为我们不知道真实的high fanout net上的RC，所以不知道应该加怎么样的buffer，dc只是根据互联线模型来计算RC，接着加入buffer，不是真实的，只有布线以后我们才可以得到几乎真实的rc。

所以在dc综合过程中我们要阻止dc最high fanout net进行insert buffer处理。因此这些没被处理的高扇出net就会引起一些drc或者timing错误，在dc中，dc用价值函数（cost function）来判断这些约束对设计的影响。价值函数=DRC violator和+ timing violator 和。一般的，dc会根据所有drc和timing错误，通过使价值函数趋近等于0来修正这些违规。为了达到效果，dc会每次修正一个路径，然后重新计算价值函数，如果价值函数变小，说明设计被改进了。

在介绍如何处理 high fanout net之前，先介绍3个命令。
Set_ideal_net
（已经被set_ideal_network -no_propagate代替） 忽略port，pin，net上的时序优化(timing
optimization)，以及drc修正(drc fixxing)。network具有传输型。
Set_dont_touch
（已经被set_dont_touch_network
-no_propagate代替）忽略，port，cell，design，pin上的优化(timing
optimization)，但是不会忽略DRC。network具有传输型

  这样我们在综合的时候就要对high fanout net做一定的约束，让dc不对这些net做优化以及加入buffer。下面分三种情况来说明。
1.Clock，对于clock，当我们用create_clock,or creat_generated_clock创建clock的时候，这些clock已经有了ideal_network的属性。Dc已经不会在clock tree上加入buffer，同时也不会计算drc violation，但是delay timing 仍然会被计算。不计算drc不是说没有负载。
2.Reset，对于复位高扇出信号，因为没有那些属性，所以要手动设置,set_ideal_network
3.一般信号。同样需要手动set_ideal_network

下面看例子：

下面看一个高扇出实例，有时钟，有复位还有一般信号
module test(clk,clk_G, d_in ,s_r1, s_r2, rst_N1, rst_N2,dout);
 parameter size =1100;
 input d_in, rst_N1,rst_N2, s_r1, s_r2,clk_G,clk;


 output dout;
 reg dout;

 reg [size-1:1] tmp;
 wire G_clk, rst_N, s_r;
 integer i;

 assign G_clk = clk & clk_G;
 assign rst_N = rst_N1 & rst_N2;
 assign s_r = s_r1 & s_r2;

 always@(posedge G_clk or negedge rst_N) begin
     if(!rst_N) begin
         dout <= 0;
         tmp  <= 0;
     end
     else begin
         dout <= tmp[size-1] | s_r;
         for(i=size-1 ; i>1; i=i-1)
             tmp <= tmp[i-1] | s_r;
         tmp[1] <= d_in | s_r;
     end
 end
 
endmodule
综合脚本：
set lib $env(DC_LIB)
set target_library "slow.db fast.db"
set link_library "* $target_library"
set search_path ". ../src ../scripts $lib"
set hdlin_while_loop_iterations 5000
analyze -format verilog test.v
elaborate test
uniquify
link
check_design
create_clock -period 100 [get_ports clk]
set_operating_conditions -max slow -min fast
set_wire_load_mode top
set_min_library slow.db -min_version  fast.db
set input_exp_clk [remove_from_collection [all_inputs] [get_ports clk]]
set_input_delay 60 -clock [get_clocks clk] $input_exp_clk
set_output_delay 30 -clock [get_clocks clk] [all_outputs ]
compile



电路图：

下面是生成的网表的关键几个地方。
AND2X4 U1106 ( .A(clk_G), .B(clk), .Y(G_clk) );
AND2X2 U1340 ( .A(s_r2), .B(s_r1), .Y(n2) );
AND2X2 U2441 ( .A(rst_N2), .B(rst_N1), .Y(n3) );

在没有分析时序前，根据我们已经有的知识，基本上可以知道这几个net上可能存在的问题。
1.较大的延迟，因为每个net上都有1100个负载。
2.drc错误，max_transition,max_capacitance,max_fanout
3.较大的输出转换时间output_transition，尤其是U1340的output_transition作为下一级的input_transition，经过下一级的cell时候会造成更大的延迟。

时序分析

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->clock

可以看到clock tree上没有插入buffer，但是 cell的延迟却很大

2.reset

Dc自动插入了buffer。

3一般信号

Dc同样自动插入了buffer。

 

下面我们修改一下脚本，如下；

set lib $env(DC_LIB)

set target_library "slow.db fast.db"

set link_library "* $target_library"

set search_path ". ../src ../scripts $lib"

set hdlin_while_loop_iterations 5000

analyze -format verilog test.v

elaborate test

uniquify

link

check_design

create_clock -period 100 [get_ports clk]

set input_exp_clk [remove_from_collection [all_inputs] [get_ports clk]]

set_input_delay 60 -clock [get_clocks clk] $input_exp_clk

set_output_delay 30 -clock [get_clocks clk] [all_outputs ]

set_ideal_network   -no_propagate    [get_nets s_r]

set_ideal_network   -no_propagate    [get_nets rst_N]

compile

重新分析timing

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->clock

基本和原来一样，cell上仍然有很大延迟。

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->reset

原来插入的buffer现在没有了。不过令我不明白的是cell上竟然没有大延迟。等知道的朋友解答。

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->一般信号

同样dc也没有插入延迟，和希望的一样。不过也没有出现大延迟，不是很明白

 

问题：

虽然设置了set_ideal_net（network），set_dont_touch(network)但是clock上仍然有大延迟。

为了解决这个问题，我们还要继续设置高扇出的选项。

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->high_fanout_net_threshold，这个变量是用来指出，如果net的扇出个数超过指定值，那么他就是高扇出，同时drc检查，还有延迟计算都是这个数值计算，但是时间上net上的扇出是没有变的。

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->high_fanout_net_pin_capacitance，结合high_fanout_net_threshold使用的，当net的扇出超过threshold，那么net上的负载等于这2个数值的乘积。

进一步：修改脚本：

set lib $env(DC_LIB)

set target_library "slow.db fast.db"

set link_library "* $target_library"

set search_path ". ../src ../scripts $lib"

set hdlin_while_loop_iterations 5000

analyze -format verilog test.v

elaborate test

uniquify

link

check_design

create_clock -period 100 [get_ports clk]

set input_exp_clk [remove_from_collection [all_inputs] [get_ports clk]]

set_input_delay 60 -clock [get_clocks clk] $input_exp_clk

set_output_delay 30 -clock [get_clocks clk] [all_outputs ]

set_ideal_network   -no_propagate    [get_nets s_r]

set_ideal_network   -no_propagate    [get_nets rst_N]

set high_fanout_net_threshold 60

set high_fanout_net_pin_capacitance 0.01

compile

时序分析：

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->clock

可以发现cell的延迟已经很合理。

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->reset

Cell上的延迟和原来一样

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->一般信号

发现和原来一样。

 

Apr之后

导出网标，修改约束文件成初始状态，继续分析时序：

可以看出apr工具自动加入了buffer，同时优化了net上的fanout

总结：

为了让dc在综合高扇出的net时候不插入buffer tree和buffer chain，需要使用set_idea_network使这些搞扇出net避免时序优化（timing optimization），时序更新（timing update），drc修正（drc fixxing）。但是这样设置之后，net上的高负载并没有消除，我们需要额外的参数进行设置. high_fanout_net_threshold  high_fanout_net_pin_capacitance .以减少dc综合时间，以及减少timing violators report