【DC简介--Part1】

DC简介-Part1

1 overview
- 1.1 DC操作步骤
- 1.2 Steps
- - 1.2.1 Develop HDL files
  - 1.2.2 Specify libraries
  - 1.2.3 Read design
  - 1.2.4 Define design environment
  - 1.2.5 Set design constraints
  - 1.2.6 Select compile strategy
  - 1.2.7 Synthesize and optimize the design
  - 1.2.8 Analyze and resolve design problems
  - 1.2.9 Save the design database
2 具体前期准备工作
- 2.1 Specify librarys
- - 2.1.1 什么是库？
  - 2.1.12 进行库(libraries)指定
- 2.2 Read design
- - 2.2.1 什么是转换(translation)
  - 2.2.2 读入文件进行转换
  - 2.2.3 转换后的gtech网表

1 overview

Designer Compiler(DC)就是对应着芯片设计流程中的synthesis(综合)。即：综合就是把行为级的RTL代码在工艺、面积和时序等约束下转换成相对应的门级网表；即对应着将RTL代码编译成实际电路的过程。
综合主要包括三个阶段：转换(translation)、优化(optimization)与映射(mapping)。
在这里插入图片描述

转换阶段：综合工具即将高层语言描述的电路–>门级的逻辑实现；对于DC来说，就是使用gtech.db库中的门级单元来组成HDL语言描述的电路，从而构成初始的未优化的电路。
优化阶段：综合工具对已有的初始电路进行分析，去掉电路中的冗余单元，同时会根据工程师提供的约束条件对初始电路进行优化，使得电路在满足逻辑功能的前提下，尽可能得往工程师约束的条件靠近（比如说面积最小等）；
映射阶段：综合工具将优化之后的电路映射到由制造商提供的工艺库上，这里的工艺库就是target_library，最后生成网表文件用于后端设计；

1.1 DC操作步骤

下面是给出DC进行逻辑综合时的基本步骤；
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1.2 Steps

1.2.1 Develop HDL files

1.Develop HDL files：即src/ 的module文件；

1.2.2 Specify libraries

Specify libraries：指定库文件，包括搜索路径-search_path、链接库-link library、目标库-target library、符号库-symbol library、综合库-synthetic library.

serach_path: 综合工具只会从该指定的路径去寻找各种库文件。
link library & target library: Link library 和 target library 统称为 technology library（即工艺库，习惯称之为综合库），technology library 由半导体制造商提供，包含相关 cell 的信息及设计约束标准，其中：
Target library: 在门级优化及映射的时候提供生成网表的 cell,即DC用于创建实际电路的库。
Link library: 提供设计网表中的 cell，可以跟target_library使用同一个库，但是 DC 不用 link library中的 cell 来综合设计。包含target_library，在此基础上再加上IO库文件，IP库文件等
注意：在 link_library 的设置中必须包含" * “,” * “表示 DC 在引用实例化模块或者单元电路时首先搜索已经调进DC memory的模块和单元电路，如果在link library 中不包含” * "，DC 就不会使用 DC memory 中已有的模块，因此，会出现无法匹配的模块或单元电路的警告信息(unresolved design reference)。
当 DC 读入设计时，它自动读入由 link library 变量指定的库。当连接设计时，DC 先搜寻其内存中已经有的库，然后在搜寻由 link library 指定的库。
Symbol library: 提供 Design Vision GUI 中设计实现的图形符号，如果使用脚本模式而不使用 GUI,可不指定 Symbol library.
Synthetic library: 虽然直译为综合库，但是常称为IP库，为Designware library。特殊的IP库需要授权（例如多级流水线乘法器），标准IP库由DC软件商提供，无需指定。
这里只指定搜索路径（search_path）、链接库（link library）、目标库（target library）即可。

1.2.3 Read design

读入设计就是将编写好的HDL代码载入内存。

1.2.4 Define design environment

定义设计环境，定义对象包括工艺参数（温度、电压等）、I/O特性（负载、驱动、扇出）；

1.2.5 Set design constraints

设置设计约束，包括设计规则约束（DRC，design rule constraints）和优化约束（optimization constraints），DRC由工艺库决定，在设计编译过程中必须要满足，用于使电路能按照功能要求正常工作。优化约束由工程师指定，为DC要达到的时序和面积优化目标。DC在不违反设计规则约束的前提下，尽可能满足优化约束。

1.2.6 Select compile strategy

选择编译策略。对于层次化设计，DC由top_down和bottom_up两种编译策略。
在top_down策略中，顶层模块和子模块一起编译，所有的环境和约束针对顶层设计，虽然此种策略自动考虑到相关的内部设计，但是此种策略中所有模块需要同时占用内存，硬件资源损耗打，不适合大型设计。
在bottom_up策略中，子模块单独约束，当子模块成功编译后，会被设置为dont_touch属性，不允许之后的编译过程修改，子模块编译完成后再向上编译父模块，直至顶层模块编译完成。由于该策略不需要所有模块同时占用内存，因此适用于大规模设计。

1.2.7 Synthesize and optimize the design

执行综合和优化，可以利用一些选项指导编译和优化过程。

1.2.8 Analyze and resolve design problems

分析及解决设计中存在的问题。DC在编译过程中会产生一系列报告，如时序、面积、约束、功耗等报告，工程师需要通过这些报告进行分析和解决设计中存在的问题。

1.2.9 Save the design database

保存设计数据。DC不会自动保存综合后的设计数据，因此需要手动保存网表、报告等数据文件。

2 具体前期准备工作

2.1 Specify librarys

DC会将我们的设计转换（translation）为一个中间格式——gtech网表;将gtech网表理解为FPGA中RTL Analysis之后得到的RTL级网表，它不与任何具体的FPGA相关，例如RTL级网表可能包含加法器，但是FPGA上只有LUT，并没有加法器。得到gtech网表之后，我们需要根据给定的约束，去选择真实的合适的器件，那么这个时候可以类比于将RTL级网表映射到某一块具体的FPGA上，类似于FPGA开发中的synthesis。
DC运行库中需要的几种库文件：

目标库（target_library）
链接库（link_library）
符号库（symbol_library）
综合库（synthetic_library）

2.1.1 什么是库？

目标库：是gtech网表要最终映射（mapping）到的库，库文件有两种格式，有以.lib结尾和.db结尾，.lib是可以阅读的。
下图是具体的一个目标库文件-target_libray: 包含了各个单元cell的行为、引脚、面积、时序信息等，DC会根据用户给定的约束（例如时钟频率和面积等）去选择合适的单元，去掉冗余的单元，最后将优化之后的电路映射（mapping）到目标库（target_library）上。

可以把这个目标库（target_library）理解为一个非常大switch语句，它的变量是各种时序要求等，映射（mapping）就是DC根据时序要求等去选择合适的cell，即选择合适的case

链接库（link_library）是设置模块或单元电路的引用，指定购买的付费IP、存储器、IO等，例如我们购买了Synopsys的某个IP，则需要在这个地方指定。
符号库（symbol_library）定义单元电路Schematic库，在design_vision图形化模式下查看综合图标需要设置，后缀是.sdb
IP库（synthetic_library）也称模型库，DC综合时用来将HDL代码转化为相对应的元件时所参考的模型库，比如RTL中的符号“+”，可以通过查找模型库将生成某一类加法器。默认的synthetic library一般有：dw_foundation.sldb. 在design compiler的安装目录下可以找到。

2.1.12 进行库(libraries)指定

set_app_var target_library ../lib/smic18_ss.db //指定目标库  ff和ss代表不同的工艺角

set_app_var link_library ../lib/smic18_ss.db //指定链接库

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2.2 Read design

specify libraries之后就是read_file，在前文，我们不断提到gtech网表，gtech网表是根据我们的设计转换而来，那我们首先介绍一下什么是转换以及怎么转换？

2.2.1 什么是转换(translation)

首先需要将设计HDL代码导入DC中，DC会使用内部的单元（cell）来替换我们的设计文件，也就是使用gtech.db库中的单元cell来组成一个中间的网表getch网表
经过转换（translation）RTL or gate or behavior ——> gtech
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具体转换的过程：
在这里插入图片描述

转换的过程中：DC会进行结构级和逻辑级的优化；比如通过公用表达式，进行结构级优化；通过展平，把组合逻辑路径减少两级，变为乘积之和的电路进行逻辑优化；
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2.2.2 读入文件进行转换

将设计载入DC中，具体是读入设计文件命令：


read_verilog ../rtl/clock.v  
read_verilog ../rtl/register.v
read_verilog ../rtl/cells-lib/dffr.v
read_verilog ../rtl/cells-lib/mux.v

逐条读入时默认指定最后一个为top模块，但建议在任何情况下都要单独指定top模块。

2.2.3 转换后的gtech网表

即将生成的gtech网表保存在unmapped文件夹之下/
在下方得到新的design_gtech_netlist.v来进行对比；

read_verilog ../rtl/cells-lib/dffr_RTL.v  

current_design dffr_RTL

write_file  -f verilog -hier -o ../unmapped/design_gtech_netlist.v

在这里插入图片描述

如果直接在elaborate或者read_file后导出gtech网表，生成的gtech网表会有很多cell不能map到gtech. 比如时序逻辑生成 SEQGEN来表示 \ 如果要生成完全可以map的gtech网表，需要综合compile，这要在设置完约束之后。

在compile前，gtech网表中不仅仅只有与非门、异或门这种门电路符号，还有时序器件符号SEQGEN，如果设计中使用加、减、乘和比较等运算，gtech 会将其提取出来并用以带有OP标识的符号表示，这方便后续进行高级别电路优化；另外，设计中避免不了使用选择逻辑，如不特别声明，DC在这一阶段对选择逻辑用SELECT_OP表示，且在后续的映射阶段并不一定将SELECT_OP映射成多路选择器，而是采用与非门电路来实现其功能，如果想要映射成多路选择器，那么需要在RTL中声明synopsys infer_mux。

未完待续…
[ref]
1.https://blog.csdn.net/qq_23958451/article/details/108189446
2.https://zhuanlan.zhihu.com/p/605629775