时钟树的端点(Stop pins、Exclude pins)及引脚例外(exclude pin、stop pin、non_st...

Horizon00 · 发表于 2017-5-6 14:45:45

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本帖最后由 Horizon00 于 2017-5-6 21:13 编辑

时钟路径的端点（Stop pins、Exclude pins）

众所周知，时钟树综合（CTS）是除了Floorplan阶段之外手工干预最多的部分，也是数字后端中非常令人头疼的一个部分，这里讲解一下CTS阶段ICC自动识别的一些引脚，包括Stop pin(Sync pin/Sink pin)、Exclude pin，此外还有就是软件对于ICG的CK pin会自动将其视为Implicit nonstop pin，软件会自动穿过它去追踪真正的Sink pin，因此减少了设计者的操作。其中前两种是真正的时钟树端点，而后者软件会自动穿过去去追踪真正的时钟树端点。

CTS的全称是Clock Tree Synthesis，其目的是尽可能的使同一个时钟信号到达各个终端节点的时间相同。

CTS的实现办法最常见的是通过在时钟信号的各个分支上插入buffer或者inverter来balance时钟信号的延迟。

时钟路径有两种类型的端点：

•Stop pins(停止引脚)

Stop pins是用于平衡延迟的时钟树的端点。在时钟树综合期间，ICC将使用Stop pins来计算和优化设计规则约束和时钟树时序（Skew和插入延迟）。

Stop pins也称为Sink pins。

•Exclude pins(排除引脚)

Exclude pins是从时钟树时序计算和优化中排除的时钟树端点。ICC仅在计算和优化设计规则约束中使用Exclude pins。

ICC跟踪来自时钟根节点（clock roots）的传输扇出，以确定隐式停止引脚（implicit stop pins，默认的Sink pins）和隐式排除引脚（implicit exclude pins）。

当ICC在时钟的传递扇出中找到一个引脚，该引脚定义为时序单元（锁存器或触发器）或宏单元的时钟引脚，它将该引脚添加到默认的时钟汇点集合中（除非该单元的扇出驱动的是生成时钟，即generated clock）。

Implicit nonstop pins（隐式不间断引脚）

如果时序单元的扇出驱动的是生成时钟（即该时序单元用于分频之用，用于产生生成时钟），则ICC将该时序单元的时钟引脚视为隐式不间断引脚（implicit nonstop pins），并穿过该时序单元以追踪定位真正的时钟树端点。另外，ICC认为集成时钟门控（integratedclock-gating, ICG）单元的时钟输入引脚是隐式不间断引脚，因此不用手动对其进行重复设置。

Implicit exclude pins(隐式排除引脚)

ICC将以下时钟端点定义为隐式排除引脚：

•另一个时钟扇出时钟树的源引脚（Source pins）

•时序单元的非时钟输入引脚

•多路选择器选择引脚

•三态使能引脚

•输出端口

•定义不正确的时钟引脚（例如，时钟引脚没有触发边沿信息或没有到输出引脚的时序弧）

•保持恒定的缓冲器或反相器的输入引脚（通过使用set_case_analysis）

•没有任何扇出或没有任何启用的时序弧的组合逻辑单元或集成时钟门控单元的输入引脚

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时钟树例外中的引脚例外(exclude pin、stop pin、non_stop pin、float pin)

下面接着讲解一下CTS阶段的一些时钟树例外的Pin（引脚例外）。

如果时钟树综合阶段Skew出现了问题，那么多半是这些引脚没有指定好，可以看一下下面的内容来debug自己的设计吧。

时钟树例外（clock tree exceptions）

ICC中可以用该命令指定时钟树例外：set_clock_tree_exceptions

这里主要讲解引脚例外（Pin exceptions），大致分为以下几种类型：

Pin结点的类型

Pin类型	别名	备注
exclude pin	ignore pin	不用平衡的节点
stop pin	sync pin/sink pin	需要平衡的节点
non_stop pin		信号会穿过这个节点
float pin		最终节点”藏“在后面

即：

1.不间断引脚（-non_stop_pins）

2.排除引脚（-exclude_pins）

3.浮动引脚（-float_pins）

4.停止引脚（-stop_pins）

此外还有一种：

5.-dont_touch_subtrees

时钟树异常的优先级

如果同一个引脚多次发出set_clock_tree_exceptions命令，

引脚保持最高优先级的异常。该工具按以下顺序优先考虑时钟树引脚异常：

1.不间断引脚

2.排除引脚

3.浮动引脚

4.停止引脚

其中5和上面四种是不冲突的，可以重复定义

下面将对1~5分别做以介绍：

1、Nonstop pins(不间断引脚)

不间断引脚是通常被认为时钟树端点的引脚，但ICC会穿过它们以跟踪查找真正的时钟树端点。驱动生成时钟的时序单元的时钟引脚是隐式不间断引脚。此外，ICC支持用户定义（或显式）不间断引脚。

要指定不间断引脚，可以使用命令：set_clock_tree_exceptions -non_stop_pins

2、Exclude pins(排除引脚)

排除引脚是从时钟树时序计算和优化中排除的时钟树端点。ICC仅在计算和优化设计规则约束时使用排除引脚。除了ICC推断的排除引脚（隐式排除引脚）外，ICC还支持用户定义（或显式）排除引脚。例如，您可以定义一个排除引脚来排除从某些组合逻辑引出的时钟树的所有分支（如下图所示），或者排除隐式停止引脚。

在时钟树综合（CTS）期间，ICC通过在排除引脚（隐式和显式排除引脚）之前插入guide buffer来从时钟树中隔离这些引脚。对于排除引脚，ICC不会执行Skew或插入延迟优化，而是执行设计规则修复。

要指定排除引脚，可以使用命令：set_clock_tree_exceptions -exclude_pins

3、Float pins（浮动引脚）

Float Pins是具有特殊插入延迟要求的时钟引脚。工具在计算到该Float Pins的插入延时（Insertion delay）时，将把Float Pin延迟（正或负）添加到计算Insertion delay中去。要指定Float Pins及其时序特性，可以使用以下命令：

set_clock_tree_exceptions

选项：set_clock_tree_exceptions选项：

• -float_pins [get_pins pin_list]

• -float_pin_max_delay_fall max_delay_fall_value

• -float_pin_max_delay_rise max_delay_rise_value

• -float_pin_min_delay_fall min_delay_fall_value

• -float_pin_min_delay_rise min_delay_rise_value

• -float_pin_logic_level logic_level_value

注意：

如果使用-float_pins选项，则必须至少指定一个浮动引脚延迟选项否则将发生错误。

Float pin实例：

# Specifying anegative float pin

icc_shell>set_clock_tree_exceptions -float_pins U1/CLK \

-float_pin_max_delay_rise -0.5 -float_pin_max_delay_fall -0.5

# Specifying apositive float pin

icc_shell>set_clock_tree_exceptions -float_pins U4/CLK \

-float_pin_max_delay_rise 0.5 -float_pin_max_delay_fall 0.5

浮动引脚延迟值可以是正或负，取决于您的时序要求。要增加引脚的路径延迟，请指定负引脚延迟。要减小引脚的路径延迟，请指定一个正的浮点引脚延迟。

上述的命令将会生成如下类似结构的时钟树：

硬宏单元的内部延迟在单元的时序模型中表示。该工具使用时序模型来确定硬宏单元的外部时钟引脚，并将这些引脚用作时钟汇点。在时钟树综合期间，ICC会对这些Macro外部时钟引脚平衡Skew并最小化插入延迟。因此对于硬宏单元不需要额外的指定。

如果您没有硬宏单元的时序模型，或者您想要修改硬宏单元的时序特征，请使用浮动引脚来指定硬宏单元内部时钟树的时序特征。您可以通过指定从浮动引脚看到宏单元内部的时钟汇点的最小和最大插入延迟到来定义时序特征。

4、Stop pins（停止引脚）

Stop pins是用于平衡时钟树延迟的时钟树端点。在时钟树综合期间，ICC在计算和优化设计规则约束和时钟树时序（偏移和插入延迟）时使用Stoppins。

默认时钟汇点是隐式停止引脚。此外，ICC支持用户定义（或显式）停止引脚。例如，您可以定义一个停止引脚来结束在组合单元输入上的分支，或者使用隐式排除引脚作为时钟汇点。

ICC为所有停止引脚（隐式和显式）分配零相位延迟，并在延迟平衡期间使用此延迟。

要指定停止引脚，可以使用命令：set_clock_tree_exceptions -stop_pins

5、Dont_touch_subtrees（不触碰子树）

在某些情况下，希望保留现有时钟树的一部分，需要这样设置。例如，当两个时钟网络共享多路选择器后面的某些时钟逻辑的一部分时。保留的时钟树的部分称为不触碰子树。要指定不触碰子树，可以使用set_clock_tree_exceptions -dont_touch_subtrees命令指定不触碰子树的根引脚。

虽然该工具在时钟树综合期间没有对不接触子树进行任何修改，但它会传播时钟树属性和非默认布线规则（NDR）到不要触碰的子树。为了防止时钟属性和非默认布线规则的传播，请将cts_traverse_dont_touch_subtrees变量设置为false。

ICC在平衡时钟延迟和计算时钟偏移时，会考虑到不碰触子树中的时钟汇点。

要删除某个引脚上的dont_touch_subtrees属性，可以使用命令：

remove_clock_tree_exceptions -dont_touch_subtrees

Horizon00 · 发表于 2017-5-8 08:58:06

先自顶一下，感觉用-dont_touch_subtrees来做DFT的时钟树挺方便的

随芯所欲 · 发表于 2017-5-23 09:44:17

回复 2# Horizon00

谢谢分享，请问，做DFT时，如何处理function和dft的时钟树呢，CTS的流程是什么呢？

Horizon00 · 发表于 2017-5-24 11:24:27

回复 3# 随芯所欲

DFT和Function的时钟树大部分都是重合的，可以先在Function mode下做CTS，然后在长时钟树的Pin上面设置dont_touch_subtree，这样这些时钟树就不会被后续的操作给touch了。然后激活DFT的scenario，在DFT mode下去opt时钟树。最后可以看一下整体的Skew，看是否符合要求。