verilog中的specify时序检测

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specify block用来描述从源点(source:input/inout
port)到终点(destination:output/inout port)的路径延时(path
delay),由specify开始,到endspecify结束,并且只能在模块内部声明,具有精确性(accuracy)和模块性(modularity)的特点。specify
block可以用来执行以下三个任务:
一、描述横穿整个模块的各种路径及其延时。(module path delay)
二、脉冲过滤限制。(pulse filtering limit)
三、时序检查。(timing check)
specify
block有一个专用的关键字specparam用来进行参数声明,用法和parameter一样,不同点是两者的作用域不同:specparam只能在specify
block内部声明及使用,而parameter只能在specify block外部声明及使用。
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第一个任务:模块路径延时(module path delay)
一条模块路径可以是一条简单的路径(simple path),或者是一条边缘敏感的路径(edge sensitive
path),或者是一条状态依赖的路径(state dependent path)。
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一、simple path,可以由以下两种格式中的任意一种来声明:
1)、并行连接(patallel connection):source =>
destination
2)、全连接(full
connection):
例:
而(a, b *> q, qn) = 1; 等价于:
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二、edge sensitive
path,是那些源点(source)使用边沿触发的路径,并使用边缘标示符指明触发条件(posedge/negedge),如果没有指明的话,那么就是任何变化都会触发终点(destination)的变化。
例1:(posedge clk => (out +: in)) = (1,2);
在clk的上升沿,从clk到out的模块路径,其上升延时是1,下降延时是2,从in到out的数据路径是同向传输,即out =
in。
例2:(negedge clk => (out -: in)) = (1,2);
在clk的下降沿,从clk到out的模块路径,其上升延时是1,下降延时是2,从in到out的数据路径是反向传输,即out =
~in。
例3:(clk => (out : in)) = (1,2);
clk的任何变化,从clk到out的模块路径,其上升延时是1,下降延时是2,从in到out的数据路径的传输是不可预知的,同向或者反向或者不变。
Note:模块路径的极性(module path polarity):未知极性(unknown
polarity,无),正极性(positive polarity,+),负极性(negative
polarity,-)。
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三、state dependent
path,是那些源点(source)以来指定条件状态的路径,使用if语句(不带else)。在条件=1 or X or
Z的情况下,认为条件成立。如果有一条路经,存在多个条件同时成立的情况,那么使用延时最小值的那条限制。
例1: specify
例2: specify
需要注意的是,所有输入状态都应该说明,否则没有说明的路径使用分布延时(distributed
delay),如果也没有声明分布延时(distributed delay)的话,那么使用零延时(zero
delay)。如果路径延时和分布延时同时声明的话,则选择最大的延时作为路径延时。另外,也可以使用ifnone语句,在其它所有条件都不满足的情况下,说明一个缺省的状态依赖路径延时。
例3: specify
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第二个任务,脉冲过滤限制(pulse filtering limit)
由于每条传播路径都具有一定的电容性和电阻性,电荷无法在一瞬间积累或消散,所以信号变化的物理特性是具有惯性的。为了更准确地描述这种能力,使用惯性延时(inertial
delay),它可以抑制持续信号比传播延时短的输入信号的变化。
例1:1ns宽度的窄脉宽通过一个传输延时为2ns的BUFFER
两个脉宽限制值:e-limit(error limit)和r-limit(rejection limit),并且要求e-limit
>= r-limit,否则报错。当pulse width >=
e-limit时,输出相应的逻辑值;当e-limit > pulse width
>= r-limit时,输出X值;当r-limit > pulse
width时,输出不发生变化。默认情况下,e-limit = r-limit = module transition
delay,也可以使用以下3种控制方式中的任意一种改变路径脉冲限制值:
1、使用verilog提供的PATHPULSE$参数,有些仿真器还要求同时使能相应的选项:比如VCS,添加+pathpulse选项。
例:
2、使用仿真器专用的编译指导。比如VCS,+pulse_r/20(取20%)和+pulse_e/80(取80%),需要注意的是,这个选项要求放在读入RTL网表文件之后,否则设置无效。
3、使用SDF文件反标,并且SDF文件中的延时信息具有最高的优先级。SDF文件格式将在后面介绍。
脉冲过滤限制的默认格式存在两个缺点:
可以通过修改默认格式,加以改善,具体如下:
on-event vs
on-detect:
negative width pulse detection:
需要注意的是,showcancelled
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第三个任务,时序检查(timing
check)
描述设计要求的时序性能,所有的时序检查有一个参考事件(reference event)和一个数据事件(data
event),它们通过一个布尔表达式相联接,还包括一个可选的notifier寄存器选项,这个寄存器用来打印错误信息或者传播X状态。
这里把时序检查分成两组来说明:
第一组,检查时序窗口的稳定性,包括:setup、hold、recovery和removal。
setup:$setup (data_event, reference_event, limit,
notifier);
当reference_event time - limit < data_event time
< reference_event time时,就会报告setup time
violations。
hold:
当reference_event time < data_event time
< reference_event time + limit时,就会报告hold time
violations。
setup/hold:$setuphold (reference_event, data_event, setup_limit,
hold_limit, notifier);
数据事件常常是数据信号,而参考事件常常是时钟信号,如下图:
recovery:$recovery
(reference_event, data_event, limit, notifier);
当data_event time - limit < reference_event time
< data_event time时,就会报告recovery time
violations。
removal: $removal (reference_event, data_event, limit,
notifier);
当data_event time < reference_event time
< data_event time + limit时,就会报告removal time
violations。
recovery/removal:$recrem (reference_event, data_event,
recovery_limit, removal_limit, notifier);
数据事件常常是时钟信号,而参考事件常常是控制信号,比如清除信号或者置位信号,如下图:
$setuphold和$recrem可以接受负值,同时需要激活仿真器的负值时序检查选项(比如VCS:+neg_tchk),同时还有一个限制:
否则仿真器会把负值当成0处理。
第二组,检查时钟和控制信号在指定事件之间的时间间隔,包括:skew、width、period和nochange。
skew:$skew (reference_event, data_event, limit,
notifier);
当data_event time - reference_event > limit,则会报告skew
time violations。
$skew是基于事件(event-based)的,如果监测到一个reference_event,那么就开始评估脉宽,只要监测到一个data_event,就会生成相应的报告,直到监测到下一个reference_event,才重新开始新的监测。如果在监测到一个data_event之前,又监测到一个reference_event,那么就放弃本次评估,重新开始新的评估。
width:$width (controlled_reference_event, limit, threshold,
notifier);
这里data_event是隐含的,它等于reference_event的相反边缘,当width <
limit时,就会报告width time violations。
period:$period (controlled_reference_event, limit,
notifier);
这里data_event是隐含的,它等于reference_event的相同边缘,当period <
limit时,就会报告period time violations。
nochange:$nochange (reference_event, data_event, start_edge_offset,
end_edge_offset, notifier);
当leading reference event time - start_edge_offset <
data_event < trailing reference event time +
end_edge_offset时,就会报告nochange time violations。例如:
当在clk高电平期间,data发生任何变化,就会报告nochange time violations。
有时候,路径上的时序检查是在一定条件成立的前提下进行的,这就需要引入条件操作符:&&&。需要注意的是,当存在两个及以上的条件时,要求这些条件首先在specify块外部经过适当的组合逻辑产生一个新的控制信号,然后再引入到specify块内部使用。
例如:
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SDF文件简述:
SDF文件包含指定路径延时(specify path delay),参数值(specparam
values),时序检查约束(timing check constraints),互连线延时(interconnect
delay),以及一些和仿真不相关的说明信息。反标SDF文件的过程,也算是更新specify
block相对应信息的过程,如果SDF文件没有包含某些信息,则参考specify block中的相应信息。
SDF时序信息在CELL内部描述,可以包含一个或多个DELAY、TIMINGCHECK和LABEL。DELAY部分包含指定路径的传播延时(specify
path delay)和互连线延时(interconnect
delay);TIMINGCHECK部分包含时序检查约束信息(timing check
constraint);LABEL部分包含新的参数值(specparam)。
DELAY部分:
例1:SDF文件:(IOPATH
verilog specify path:(in => out) = (2, 3);
例2:SDF文件:(COND
verilog specify path:if (en) (in => out) = (1,
2);
例3:互连线延时:(INTERCONNECT
SDF文件:(INTERCONNECT
例4:
SDF文件: (SETUP (posedge data) (posedge clk) (3::4));
verilog timing checks: $setup (posedge data, posedge clk,
1);
例5: SDF文件: (SETUP (posedge data) (COND rb==1'b1 (posedge clk))
(3::4));
verilog timing checks: $setup (posedge data, posedge clk
&&& rb,
1);
LABEL部分:
例6:
SDF文件:(LABEL
verilog文件:specparam dh = 60, dl=40;
SDF文件反标是一个有序的过程,这就意味着对于同一对source/load,后续的信息可能修改(INCREMENT)或者覆盖(ABSOLUTE)前面已经声明过的信息,这在反标($sdf_annotate)多个SDF文件时,就很可能发生的。
例7:覆盖前面的延时信息
(DELAY