時(shí)序分析基本概念介紹——花一樣的“模式”

在Coarse Placement和Legalization之間，其實(shí)還有很重要的一個(gè)步驟， 就是對Scan Chain（掃描鏈）的處理。英文名Scan Reorder，直譯為掃描鏈重組。

那講Scan Reorder之前，有必要對Scan Chain的基本知識做一定普及。Scan chain其實(shí)是可測試性設(shè)計(jì)（DFT）中的內(nèi)容。DFT，Design for test，其實(shí)是探測錯(cuò)誤序列的一種設(shè)計(jì)方法學(xué)，由于芯片內(nèi)部是一個(gè)黑盒子，在外部難以控制。測試人員通過DFT技術(shù)，可以從外部控制和觀測電路內(nèi)部觸發(fā)器的信號值。DFT通常需要單獨(dú)的一個(gè)部門來完成，很復(fù)雜，有專門的書籍可以參考?；靖拍羁梢詤⒖迹?/p>

【時(shí)序分析基本概念介紹——花一樣的“模式”】

而在后端PR中，我們更關(guān)注的是DFT中的Scan Chain，有了它，我們的芯片就更加具有測試性。Scan Chain將芯片中的所應(yīng)用的普通寄存器替換成帶有掃描功能的掃描寄存器，首尾相連成串，從而可以實(shí)現(xiàn)附加的測試功能。那掃描寄存器特殊在什么地方呢？我們從它的結(jié)構(gòu)圖來看一下：

從上圖中可以看出，它比普通存儲器多了SI，SE，SO這3個(gè)端口。

1. 其中SI，SO也就是scan_in與scan_out端，定義了一條scan chain的input和output端。通常情況下，每一個(gè)input會(huì)驅(qū)動(dòng)一條scan chain，一個(gè)ouput也是用來觀察一條scan chain的。

2. SE是scan enable信號，它控制著scan cell的工作模式。從圖中可以看出，SE，SI，D端通過一個(gè)Mux實(shí)現(xiàn)工作模式的切換。當(dāng)SE輸入為0時(shí)，scan cell工作在普通模式下，相當(dāng)于是普通的flop；當(dāng)SE輸入為1時(shí)，scan cell就進(jìn)入scan模式，相當(dāng)于一個(gè)移位寄存器。

scan cell通常定義在lib庫中直接導(dǎo)入，可以通過get_cells_of_scan_chain來做一些檢查。

用圖片說明可能會(huì)更加形象，對整個(gè)邏輯電路來說，未插入scan chain時(shí)，電路圖如下：

插入scan chain以后，軟件會(huì)自動(dòng)地用scan flip flop(SFF)替換掉普通的flip flop，并且連接SFF到scan chain上，這樣就實(shí)現(xiàn)了移位掃描的功能，如下圖所示：

而后端對于掃描鏈的定義，通常使用DEF文件來定義，我們一般稱它為scan def，配合下圖，我們寫出scan DEF語句來說明：

SCANCHAINS 1 ; scan chain數(shù)量

- chain0 scan chain名字+ START PIN scan_in scan chain起點(diǎn)+ FLOATING 代表著單獨(dú)的寄存器單元，上圖中out_reg_0，_1,_2,_3都是floating單元out_reg_0 ( IN SI ) ( OUT Q ) out_reg_1 ( IN SI ) ( OUT Q )

out_reg_2 ( IN SI ) ( OUT Q )out_reg_3 ( IN SI ) ( OUT Q )

+ ORDERED 需要放在一起的單元，上圖中out_reg_4與u_buf就是ORDERED單元，用方框圈出out_reg_4 ( IN SI ) ( OUT Q )u_buf ( IN A ) ( OUT Y )+ STOP PIN scan_out ; scan chain終點(diǎn)END SCANCHAINS

概念都了解完以后，那我們后端到底需要對scan chain做些什么呢？

其實(shí)，在做完coarse placement后，Scan Cell大部分是按照連接的順序隨機(jī)的亂放的。這樣其實(shí)會(huì)極大地占用繞線資源。因此，在后續(xù)步驟開始之前，我們希望對掃描鏈的連線進(jìn)行處理，在不影響邏輯功能的前提下，重新進(jìn)行連接，從而減少走線長度。那這個(gè)重組的過程，我們就稱之為掃描鏈重組（Scan Reorder）。整個(gè)過程，可以用下面兩張圖來形象地說明：

Scan Reorder之前：可以看到，每個(gè)scan cell的連接得亂七八糟，專業(yè)術(shù)語叫做detour

Scan Reorder之后：仔細(xì)看，走線少了很多，也規(guī)整了不少吧！那這就是我們希望得到的結(jié)果~~（當(dāng)然前提是不能影響邏輯功能）

如果用前文DEF的例子解釋：

經(jīng)過Scan Reorder之后，變成如下的電路連接：

可以看到，被方框圈住的out_reg_4和u_buf就類似一個(gè)整體一樣，位置重新進(jìn)行了排列。

那對應(yīng)的Scan DEF信息變化就是：

左邊的DEF格式前文已經(jīng)說明，那右邊reorder之后的大家能看懂嘛？

右邊就多了一個(gè)#符號，這里可以理解為標(biāo)志位，與著下面的#ORDERED segment 1相關(guān)聯(lián)，就是為了說明它在FLOATING信息里的排列位置。

最后，我們可以使用report_scan_chains來報(bào)出scan chain的組成，使用check_scan_chain來檢查其合理性

Checking Scan Chain scan_segment_88

STOP: u__noram/u_etm/u_fifo/ts_0_lockLD_865264

....

thru: u_noram/uersistent_cell_0_buf_intsi54506_i/Z

STATUS: VALIDATED, Sequential Length = 524, Instance Count = 524, Partition = partition_1