【附錄C SPEF】靜態(tài)時序分析圣經(jīng)翻譯計劃

?本附錄將介紹標準寄生參數(shù)提取格式（SPEF），它是 IEEE Std 1481 標準的一部分。?

C.1 基礎(chǔ)

SPEF 允許以 ASCII 交換格式描述設(shè)計的寄生信息（R，L 和 C）。用戶可以讀取和檢查 SPEF 文件中的值，盡管用戶永遠不會手動創(chuàng)建此文件。它主要用于將寄生信息從一個工具傳遞到另一個工具。圖 C-1 顯示了 SPEF 可以由諸如布局布線工具或寄生參數(shù)提取工具之類的工具生成，然后交由時序分析工具用于電路仿真或執(zhí)行串擾分析。

圖 C-1

寄生參數(shù)可以在許多不同的層次上表示。SPEF 支持分布式（distributed）網(wǎng)絡(luò)模型、（reduced）簡化網(wǎng)絡(luò)模型和（lumped）集總電容模型。在分布式網(wǎng)絡(luò)模型（D_NET）中，網(wǎng)絡(luò)走線的每段都有其自己的 R 和 C。在簡化網(wǎng)絡(luò)模型（R_NET）中，在網(wǎng)絡(luò)的負載引腳上考慮一個簡化的 R 和 C，而在網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動引腳上考慮一個π模型（C-R-C）。在集總電容模型中，僅為整個網(wǎng)絡(luò)指定一個電容。圖 C-2 顯示了物理網(wǎng)絡(luò)走線的一個示例，圖 C-3 顯示了分布式網(wǎng)絡(luò)模型，圖 C-4 顯示了簡化的網(wǎng)絡(luò)模型，圖 C-5 顯示了集總電容模型。

圖 C-2

圖 C-3

圖 C-4

圖 C-5

互連寄生效應(yīng)取決于工藝，SPEF 支持最佳（best-case）、典型（typical）和最差（worst-case）三種情況。允許 R、L 和 C 值、端口壓擺和負載使用此三種不同情況下的值。

通過提供一個包含網(wǎng)絡(luò)名稱和實例名稱映射到索引的一個名稱映射（name map），可以有效地減小 SPEF 文件的大小，更重要的是，所有較長名稱僅出現(xiàn)在一個位置。

設(shè)計的 SPEF 文件可以拆分為多個文件，也可以分層。

C.2 格式

SPEF 文件的格式如下：

header_definition 包含了基本信息，例如 SPEF 版本號、設(shè)計名稱以及 R，L 和 C 的單位。name_map 指定了網(wǎng)絡(luò)名稱和實例名稱到索引的映射。power_definition 聲明了電源網(wǎng)絡(luò)和地網(wǎng)絡(luò)。external_definition 定義了設(shè)計的端口。define_definition 中指出了 SPEF 還在其它文件中進行了描述的那些實例。internal_definition 包含的是文件的核心——設(shè)計的寄生參數(shù)。

圖 C-6 顯示了 header_definition 的示例：

圖 C-6

SPEF name 指定了 SPEF 的版本號；

DESIGN name 指定了設(shè)計的名稱；

DATE string 指定了創(chuàng)建文件時的時間戳；

VENDOR string 指定了用于創(chuàng)建 SPEF 的供應(yīng)商工具；

PROGRAM string 指定了用于生成 SPEF 的程序；

VERSION string 指定了用于創(chuàng)建 SPEF 的程序的版本號；

DESIGN_FLOW string string string . . . 指定了在什么階段創(chuàng)建 SPEF 文件。它描述了有關(guān) SPEF 文件的信息，這些信息無法通過讀取文件來獲得。

預(yù)定義的字符串值為：

EXTERNAL_LOADS：外部載荷在 SPEF 文件中完全指定。

EXTERNAL_SLEWS：外部壓擺在 SPEF 文件中完全指定。

FULL_CONNECTIVITY：SPEF 中存在邏輯網(wǎng)表連接。

MISSING_NETS：SPEF 文件中可能缺少某些邏輯網(wǎng)絡(luò)。

NETLIST_TYPE_VERILOG：使用 Verilog HDL 類型命名約定。

NETLIST_TYPE_VHDL87：使用 VHDL87 命名約定。

NETLIST_TYPE_VHDL93：使用 VHDL93 網(wǎng)表命名約定。

NETLIST_TYPE_EDIF：使用 EDIF 類型命名約定。

ROUTING_CONFIDENCE：（正整數(shù)）所有網(wǎng)絡(luò)的默認走線置信度，基本上是寄生精度的水平。

ROUTING_CONFIDENCE_ENTRY：補充走線置信度值。

NAME_SCOPE_LOCAL | FLAT：指定了 SPEF 文件中的路徑是相對于文件還是相對于設(shè)計頂層。

SLEW_THRESHOLDS：（low_input_threshold_percent，high_input_threshold_percent）指定了設(shè)計的默認輸入轉(zhuǎn)換閾值。

PIN_CAP NONE | INPUT_OUTPUT | INPUT_ONLY：指定了作為總電容一部分的引腳電容類型，默認值為 INPUT_OUTPUT。

DIVIDER / 指定了層次結(jié)構(gòu)分隔符?？梢允褂玫钠渌址?quot; . " , " : "和" / "。

DELIMITER ：指定了實例與其引腳之間的分隔符?？梢允褂玫钠渌赡茏址?quot; . " , " / " , " : " 或者 "|"。

BUS_DELIMITER [ ] 指定了用于標識總線位的前綴和后綴?？梢杂糜谇熬Y和后綴的其他可能字符是" { " , " ( " , " < " , " : "，" ."和" } " , " ) ", " > "。

T_UNIT 正整數(shù) NS | PS 指定了時間單位。

C_UNIT 正整數(shù) PF | FF 指定了電容單位。

R_UNIT 正整數(shù) OHM| KOHM 指定了電阻單位。

L_UNIT 正整數(shù) HENRY | MH | UH 指定了電感單位。

SPEF 文件中的注釋可以兩種形式出現(xiàn)：

圖 C-7 顯示了一個名稱映射的示例。它的形式為：

圖 C-7

名稱映射將指定名稱到唯一整數(shù)值（它們的索引）的映射。名稱映射有助于通過索引來對名稱進行引用從而減小文件的大小，名稱可以是網(wǎng)絡(luò)名稱或?qū)嵗Q?？紤]圖 C-7 中的名稱映射，以后可以使用它們的索引在 SPEF 文件中引用這些名稱，例如：

因此，名稱映射會通過使用其唯一的整數(shù)表示來避免重復(fù)長名稱及其路徑。

power definition 部分定義了電源和接地網(wǎng)絡(luò)：

以下是一些例子：

external_definition 包含了設(shè)計的邏輯和物理端口的定義。圖 C-8 顯示了邏輯端口的示例，邏輯端口可以以下形式描述：

圖 C-8

其中 port_name 可以是形式為*正整數(shù)的端口索引。方向為 I 表示輸入，O 表示輸出，B 表示雙向。連接屬性（conn_attribute）是可選的，可以是以下屬性：

*C number number：端口的坐標。

*L par_value：端口的電容負載。

*S par_value par_value：定義端口上的波形。

*D cell_type：定義端口的驅(qū)動單元。

可以使用以下命令定義 SPEF 文件中的物理端口：

define definition 部分定義了當前 SPEF 文件中引用的實例，但其寄生參數(shù)在其它 SPEF 文件中進行了描述：

當實例是物理分區(qū)（而不是邏輯層次結(jié)構(gòu)）時，將使用*PDEFINE。以下有些例子：

這意味著將存在另一個帶有*DESIGN 值 ddrphy 的 SPEF 文件，該文件將包含設(shè)計 ddrphy 的寄生參數(shù)，其可能具有物理和邏輯層次結(jié)構(gòu)?？缭綄哟芜吔绲娜魏尉W(wǎng)絡(luò)都必須描述為分布式網(wǎng)絡(luò)（D_NET）。

internal definition 部分包含了 SPEF 文件的核心，即設(shè)計中網(wǎng)絡(luò)的寄生參數(shù)?；旧嫌袃煞N形式：分布式網(wǎng)絡(luò) D_NET 和簡化網(wǎng)絡(luò) R_NET。圖 C-9 中為一個分布式網(wǎng)絡(luò)定義的示例：

圖 C-9

第一行中的*5426 是網(wǎng)絡(luò)的索引號（網(wǎng)絡(luò)名稱請參見名稱映射），0.899466 是網(wǎng)絡(luò)上的總電容值。電容值是網(wǎng)絡(luò)上所有電容的總和，其中包括假定為接地的交叉耦合電容，還包括負載電容。它可能包含也可能不包含引腳電容，具體取決于 DESIGN_FLOW 定義中的 PIN_CAP 設(shè)置。

connectivity section 描述了網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動和負載引腳：

*I 表示內(nèi)部引腳（ * P 表示端口），*14212：D 表示實例*14212 的 D 引腳，14212 是一個索引號（有關(guān)實際名稱需參見名稱映射）。“ I”表示網(wǎng)絡(luò)上的負載（輸入引腳），“ O”表示網(wǎng)絡(luò)上的驅(qū)動（輸出引腳）。*C 和 *D 如先前在 connection attributes 中所定義的那樣，*C 定義了引腳的坐標，*D 定義了引腳的驅(qū)動單元。

capacitance section 描述了分布式網(wǎng)絡(luò)的電容，電容單位在之前已用* C_UNIT 指定。

第一個數(shù)字是電容標識符。電容規(guī)范有兩種形式：第一種到第四種一種形式，第五種是另一種形式。第一種形式（第一至第四種）指定兩個網(wǎng)絡(luò)之間的交叉耦合電容，而第二種形式（id 為 5）指定接地電容。因此，在電容 id1 中，網(wǎng)絡(luò)*5426 和*5290 之間的交叉耦合電容為 0.217446；在電容 id5 中，接地電容為 0.529736。請注意，第一個節(jié)點名稱必須是所描述的 D_NET 的網(wǎng)絡(luò)名稱。網(wǎng)絡(luò)索引后面的正整數(shù)（*5426：10278 中的 10278）指定內(nèi)部節(jié)點或連接點。因此，電容 id4 表示在內(nèi)部節(jié)點 10278 的網(wǎng)絡(luò)*5426 和內(nèi)部節(jié)點 9922 的網(wǎng)絡(luò)*5116 之間存在耦合電容，該耦合電容的值為 0.113918。

resistance section 描述了分布式網(wǎng)絡(luò)的電阻，電阻單位在之前已用* R_UNIT 指定。

第一個字段是電阻標識符。因此，該網(wǎng)絡(luò)具有三個電阻部分。第一個在內(nèi)部節(jié)點*5426：10278 與*14212 上的 D 引腳之間，電阻值為 0.34。使用圖 C-10 中所示的 RC 網(wǎng)絡(luò)可以更好地理解電容和電阻部分。

圖 C-10

圖 C-11 顯示了分布式網(wǎng)絡(luò)的另一個示例。該網(wǎng)絡(luò)具有一個驅(qū)動和兩個負載，網(wǎng)絡(luò)上的總電容為 2.69358。圖 C-12 顯示了與分布式網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的 RC 網(wǎng)絡(luò)。

圖 C-11

圖 C-12

通常，內(nèi)部定義（internal definition）可以包含以下規(guī)范：

D_NET：邏輯網(wǎng)絡(luò)的分布式 RC 網(wǎng)絡(luò)形式。

R_NET：邏輯網(wǎng)絡(luò)的簡化 RC 網(wǎng)絡(luò)形式。

D_PNET：物理網(wǎng)絡(luò)的分布式形式。

R_PNET：物理網(wǎng)絡(luò)的簡化形式。

語法如下：

inductance section 用于指定電感，其格式類似于電阻部分。* V 用于指定網(wǎng)絡(luò)寄生參數(shù)的準確性。這些可以單獨使用網(wǎng)絡(luò)指定，也可以使用帶有 ROUTING_CONFIDENCE 值的* DESIGN_FLOW 語句進行全局指定，例如：

它指定了寄生參數(shù)是在最終單元布局和最終布線之后提取得到的，并且使用了 3d 提取。走線置信度的其它可能值為：

10：統(tǒng)計線負載模型

20：物理線負載模型

30：具有位置但沒有單元布局的物理分區(qū)

40：使用基于斯坦納樹（steiner tree）的走線估計的單元位置

50：使用全局走線估計的單元位置

60：使用斯坦納走線進行的最終單元布局

70：使用全局走線進行的最終單元布局

80：最終單元布局，最終走線，2d 提取

90：最終單元布局，最終走線，2.5d 提取

100：最終單元布局，最終走線，3d 提取

reduced net 是從分布式網(wǎng)絡(luò)形式簡化而來的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上每個驅(qū)動都有一個驅(qū)動精簡部分（driver reduction section）。驅(qū)動精簡部分的形式為：

*C2_R1_C1 表示在網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動引腳上使用π模型的寄生參數(shù)。* RC 結(jié)構(gòu)中的 rc_value 是指 Elmore 延遲（R * C）。圖 C-13 顯示了簡化后的網(wǎng)絡(luò)的 SPEF 示例，圖 C-14 以圖形方式顯示了 RC 網(wǎng)絡(luò)。

圖 C-13

圖 C-14

可使用*D_NET 或*R_NET 結(jié)構(gòu)描述集總電容模型（lumped capacitance model），該結(jié)構(gòu)僅具有總電容而沒有其它信息。以下是集總電容聲明的示例：

SPEF 文件中的值可以采用三元數(shù)組的形式來表示工藝變化，例如：

• 0.243 ：0.269 ：0.300

最佳情況下值為 0.243，典型情況下值為 0.269，最差情況下值為 0.300。

C.3 完整語法

本節(jié)描述了 SPEF 文件的完整語法。

可以在字符前面加上反斜杠（）來對其進行轉(zhuǎn)義。注釋有兩種形式：// 開始注釋直到行尾，而 / * . . . * / 是多行注釋。

在以下語法中，粗體字符如（，[是語法的一部分。所有結(jié)構(gòu)均按字母順序排列，起始符號為 SPEF_file：

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