SAIF anno

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SAIF--RTL BACK分析法

　　RTL backward SAIF文件是通过对RTL代码进行仿真得到的，当设计很大的时候，门级仿真时间就会很长，这时候就可以使用这种方法进行分析。使用这种方法进行分析功耗的速度比较快，但是进度不够门级仿真SAIF文件的高。

①RTL forward SAIF文件

RTL forward SAIF文件是记录RTL设计中综合不变物体的开关行为文件，可以简单地理解：RTL forward SAIF文件简要地记录了综合不变物的翻转率。RTL backward SAIF文件的产生需要RTL forward SAIF文件，因此我们首先需要产生RTL forward  SAIF文件。产生RTL  forward  SAIF文件的流程如

RTL  forward  SAIF文件是由power compiler （包含在design compiler中）产生的，根据流程，我们知道，主要设置一些变量，然后读入RTL设计（RTL.v设计），接着读出SAIF文件就可以了。相应的脚本如下所示：

　　　　set  power_preserve_rtl-hier_names  true

　　　　read_verilog   "sub.v top. v"

　　　　rtl2saif  -output  fwd_ rtl.saif

一个示例RTL  forward  SAIF文件里面的部分内容如下所示：

(SAIFILE

(SAIFVERSION "2 .0")

(DIRECTION "forward")

(DESIGN)

(DATE "Wed May 12 18:31:19 2004

(VENDOR "Synopsys，Inc")

(PROGRAM NAME "rtl2saif")

(VERSION“1 .0")

(DIVIDER/)

(INSTANCE top

(PORT

(address\15\ address\15\)

(address\14\ address\14\)

(address\13\ address\13\)

(address\12\ address\12\)

(address\11\ address\11\)

(address\10\ address\10\)

······

我们可以看到，文件里面包含设计中一系列综合不变的物体。在后续仿真中，仿真器只监视这些物体的开关行为。

②RTL backward SAIF文件的产生

下面是产生RTL backward SAIF文件的流程：

从上图中，我们知道，产生RTL backward SAIF文件，需要在仿真器输入testbench测试平台文件、RTL.v设计、RTL forward SAIF文件，然后使用VCS产生RTL forward SAIF文件时，需要在testbench调用PLI监测节点的翻转率。下面我们就来介绍一下这几个部分。

　　·首先是PLI。使用VCS产生SAIF文件，需要用到程序设计语言接口（programming language interface，PLI）。通过PLI监测节点的翻转，得到节点的翻转率。主要需要下面的系统任务：

　　　　$set_gate_level_monitoring   ( on|off|rtl_on);

　　　　$set_toggle_region   (obj);

　　　　$read_ rtl_ saif(rtl_saif_file_name,tb_pathname);

　　　　$read_ lib_ saif(lib_saif_file_name);

　　　　$toggle_start;

　　　　$toggle_stop;

　　　　$toggle_reset();

　　　　$toggle_report(file_name,type,unit);

　　· RTL.v就是设计源文件了，然后RTL forward SAIF文件在前面也讲过了，这里就从略。

　　· 最后是testbench。testbench中调用RTL设计、调用一下上述的PLI系统函数、调用RTL forward SAIF文件等。一个简单的示例testbench文件如下所示：

module  testbench;

top instl (a, b, c,s);//例化顶层设计

initial  begin

      $read_rtl_saif ("myrtl.saif")

      $set_toggle_region  (u1);

      $toggle_start;

      #120  a=0;

      #STEP  in_a=temp_in_a;

 ······

      $toggle_stop;

      $toggle_report("rtl.saif",1.0e-9,"top");

end

endmodule

上面的测试平台中，用了系统任务程序$read_rtl_saif ("myrtl. saif")，该命令读入综合不变物体文件——RTL forward SAIF。因此，仿真时，仿真器仅仅监视这些综合不变物体的开关行为。向量中$set_toggle_region (u1)命令选择要监视的模块。$toggle_start和$toggle_stop命令用于控制监视的起始和终止时间。$toggle_report("rtl. saif",1. 0e-9,"top")命令输出SAIF信息到指定的文件。

　　一起都准备就绪了，下面就可以使用VCS运行仿真：

　　　　vcs  -R   rtl. v  testbench. v

注意，这里我们进行的是RTL设计文件的仿真，仿真完成后，就可以得到rtl.saif 文件，这个文件就是RTL backward SAIF文件。

功耗的分析

　　对RTL代码仿真后，所得到的RTL Backward SAIF文件包含了设计中综合不变物体的开关行为信息。进行功耗分析时，分析工具通过其内部仿真器把综合不变物体的翻转率传播下去，从而得到其他所有节点的翻转率，进行门级电路的功耗分析。得到了RTL backward SAIF文件之后，我们根据前面的功耗分析的流程(从输入输出关系看)，就可以分析功耗了：

这里的开关活动文件就是RTL backward SAIF文件了。然后在power compiler中利用RTL backward SAIF文件进行功耗分析的流程如下所示：

一个相应的示例脚本如下所示：

　　　　set  target_library  my. db

　　　　set  link_library  "*  $target_library"

　　　　read_verilog   mynetlist.v

　　　　current_design top

　　　　link

　　　　read_ saif  -input  rtl.saif  -inst  testbench/top

　　　　report_power

　　利用RTL backward SAIF文件分析功耗的过程就是上面这个样子了。上面的流程和脚本适用于前版图(pre-layout)的设计，没有用到寄生参数文件。连线的RC参数使用工艺库里的线负载模型。如果是后版图(post-layout)的设计，要尽量使用寄生参数文件，提高功耗分析的精确度。

　　从上面我们就知道，利用RTL backward SAIF文件分析功耗的流程就是：

power compiler 产生 RTL forward SAIF文件 ——》VCS仿真产生RTL  backward SAIF文件 ——》power compiler 进行分析功耗。

(4)SAIF--GATE分析法

　　前面介绍了RTL backward SAIF文件分析功耗的方法和流程，下面介绍一下Gate backward SAIF文件分析功耗的方法和流程，这个与RTL backward SAIF文件的很类似。

①library  forward  SAIF 文件（简称为 库SAIF文件）

　　库SAIF文件是包含SDPD（电路状态路径）信息的SAIF文件。Gate backward SAIF文件的生成需要库SAIF文件，该文件可以通过power compiler生成，流程如下所示：

　　　　　　　　

对应该流程的一个示例脚本如下所示：

　　　　read_db  mylib.db

　　　　lib2saif  -output  mylib. saif  -lib_pathname   mylib.db

示例库SAIF文件的部分内容如下所示：

(SAIFILE

(SAIFVERSION "2.0" "lib")

(DIRECTION "forward")

(DESIGN)

(DATE "Mon May 10 15:40:19 2004"

(VENDOR "Synopsys，Inc")

(PROGRAM NAME "lib2saif")

(DIVIDER / )

(LIBRARY "ssc_core_typ"

(MODULE "and2al"

(PORT

(Y

(COND A RISE FALL (IOPATH B)

COND B RISE FALL(IOPATH A)

COND DEFAULT)

)

······

库SAIF文件中包含了SDPD信息。有了库SAIF文件，仿真时，仿真器会根据库中的SDPD信息，监视节点的开关行为。

②Gate Backward SAIF文件的生成

下面是产生gate backward SAIF文件的流程：

　　　　　　　　　　　　　　　　

从上图中我们可以看到，产生gate backward SAIF需要testbench测试平台、门级网表、标准延时格式（standard delay format）文件SDF、库SAIF文件。其中SDF文件反标了门级网表中的RC延时参数等，可以更为准确地得到线网的延时。

testbench的示例内容如下所示：

module testbench;

top instl (a, b, c，s);

initial

$sdf_annotate("my.sdf",dut)

initial begin

$read_lib_saif ("mylib.saif");

$set_toggle_region (u1);

$toggle_start;

#120  a=0;

#STEP  in_ a=temp_in_a;

······

$toggle_stop;

$toggle-report("gate.saif",1.0e-9,"top")

end

endmodule//testbench

testbench测试平台主要是调用门级网表、SDF文件、库SAIF文件。testbench中，用$sdf_annotate("my. sdf", dut)命令作SDF标记，以保证时序的正确性，从而得到正确的翻转数目。$ read_lib_saif ("mylib. saif")命令读取库SAIF文件中的SDPD信息。仿真器只监视在SAIF文件里列出的SDPD开关行为。$ set_toggle_region (u1)命令选择要监视的模块。$ toggle_start和$toggle_stop命令控制开始和结束时间。$ toggle_report("gate. saif",1. 0e-9, "top")命令把SAIF输出到指定的文件。

　　　　万事俱备，只欠仿真，接下来就是使用VCS进行仿真了：

　　　　　　vcs   -R   top.v   testbench. v

注意，这里的仿真是对门级网表的仿真，也就是说这里的top.v是门级网表。产生的示例gate forward SAIF文件的部分内容如下所示：

(SAIFILE

(SAIFVERSION "2 .0")

(DIRECTION  "backward")

(DESIGN)

(DATE  "Mon May 17 02:33:48 2006")

(VENDOR "Synopsys，Inc")

(PROGRAM_NAME  "VCS-Scirocco-MX Power Compiler")

(VERSION "1 .0")

(DIVIDER / )

(TIMESCALE  1  ns)

(DURATION  10000.00)

(INSTANCE tb

(INSTANCE top

(NET

(z\3\

(T0 6488) (T1 3493) (TX 18)

(TC 26) (IG 0)

)

······

(z\32\

(T0 6488) (T1 3493) (TX 18)

(TC 26)(IG 0)

)

······

)

(INSTANCE U3

(PORT

(Y

(TO 4989) (T1 5005) (TX 6)

(COND((D1 * !DO)|(! D1*D0)) (RISE)

(IOPATH S (TC 22 )(IG 0)

)

COND((D1*!DO)}(!D1，DO))

( IOPATH  S  (TC  21)(IG 0) (FALL)

)

COND DEFAULT (TC 0)(IG 0)

)

······

Gate Backward SAIF文件是通过对门级网表进行仿真所得到的。如果设计很大，仿真需要的时间很长。好处是精确度很高。VCS所产生的Gate Backward SAIF文件中包含了一些或所有连线的开关行为和单元的开关行为。这些开关行为分别以上升和下降表示，与状态和路径有关。用这个信息可以进行精确的功耗分析。

③功耗分析

　　有了门级网表、gate backward SAIF文件和SDF文件，就可以在power  compiler中进行功耗分析了，分析功耗的流程图如下所示:

　　　　　　　　　　　　

对应的一个示例脚本文件如下所示：

　　　　set   target_library  mylib.db

　　　　set  link_library " * $target_library"

　　　　read_verilog  mynetlist.v

　　　　current_design  top

　　　　link

　　　　read_read_parasitics  top.spef

　　　　read_ saif -input  mygate. saif  -inst  tb/top

　　　　report_power

上面的流程和脚本适用于后版图(post-layout)的设计，spef文件在做完版图后产生。使用寄生参数文件，提高了功耗分析的精确度。如果是前版图( pre-layout)的设计，没有寄生参数文件，连线的RC参数使用工艺库里的线负载模型。

最后总结一下，这里分析功耗流程为：

　　power compiler 产生库SAIF文件——》VCS产生gate backward SAIF文件——》power compiler进行功耗分析。

　　(5)VCD转SAIF分析法

前介绍了使用SAIF文件分析功耗的方法，这个方法都是通过VCS仿真得到相应的SAIF文件，然后进行功耗分析。下面我们介绍使用VCD文件转换成SAIF文件的方法，然后进行功耗分析。

①VCD文件的产生

首先，我们在进行仿真的时候，需要通过在testbench中加入相关的系统函数，产生相应的VCD文件（和SDF文件），流程示意图如下所示：

　　　　　　　　　　

相应的一个示例testbench如下所示：

module testbench;

······

initial

$sdf_annotate("my.sdf"，dut)

initial begin

$dumpfile("vcd.dump");

$dumpvars;

······

endmodule

然后使用下面命令进行仿真：

　　　　vcs  -R dut.v  testbench.v  +delay_mode_path

完成仿真之后，就可以得到VCD文件了。

②VCD文件转换成SAIF文件

仿真时产生的VCD文件也包含了设计中节点和连线的开关行为。在Power Compiler中，可以使用程序vcd2saif可以把VCD文件转化为SAIF文件，如下图所示：

　　　　　　　　

vcd2saif是在UNIX命令行使用的一个程序。vcd2saif程序也可以把VPD文件(二进制格式的VCD文件)转化为SAIF格式的文件。如果设计很大，仿真的时间长，vcd2saif程序可以用管道传递的方式把VCD转化为SAIF文件。这时vcd文件不存放在文件里，vcd通过先入先出(First-In  First-()nt，简称FIFO把数据传给vcd2saif程序，然后产生SAIF文件。转换的SAIF文件里没有SDPD的信息。如下图所示：

　　　　　　　　

有了SAIF文件之后，我们就可以像前面那样使用SAIF文件进行功耗分析了，至于是版图前的功耗分析还是版图后的功耗分析，取决于功耗分析时有没有与版图中有关的信息，比如是SPEF文件。因此流程为：

　　　　VCS产生VCD文件——》power compiler 将VCD文件转换为SAIF文件——》power compiler 进行分析功耗

最后，我们来说一下这里使用vcd2saif程序的好处，主要有下面三点：

　　1.  VCD产生的速度快;

　　2.  VCD是IEEE的标准并且适用于进行后仿真;

　　3.  转换的过程快。

=============================================================================================

我们已经介绍四种为设计产生开关行为的方法，分别是直接设置翻转率、RTL backward SAIF文件、gate back SAIF文件和VCD转SAIF文件；这些方法可以混合使用，其优先次序如下所示：

　　　　　　　　　　　　

用read_ saif命令标记的开关行为优先级最高;用set_switching_activity命令设置的开关行为优先级次之;优先级最低的是用默认的变量power_default_toggle_rate指定的翻转率。

开关行为可以被清除，使用“reset_switching_activity”命令可以清除所有被标记的翻转率和通过传输得到的翻转率。用report_saif可以显示读入saif文件后设计中的开关行为信息。一个完整的SAIF文件，"user annotated”应该是100%。如果SAIF不完整，那么默认的翻转率将附加到输入端和黑盒子的输出端。翻转率通过零延迟仿真传输下去，这样就可以计算出设计的功耗。

　　使用report_saif命令的一个例子如下：

　　　　　　　　　　　　　　

与开关行为有关的命令有:

merge_saif #合并SAIF文件

read_sai f #读backward SAIF文件

report_saif #报告开关行为的信息

rtl2saif #产生RTL forward SAIF文件

write_ saif #写出一个backward SAIF文件

lib2saif #产生library forward SAIF文件

propagate_switching_activity #传输功耗清除

reset_switching_activity #清除开关行为和/或翻转率

set_switching_activity #在指定的物体上设置开关行为

　　(6)功耗分析报告

我们是通过分析功耗报告（report_power命令产生）来查看设计功耗的，一个功耗报告的示例部分内容如下所示：

　　　　Cell  Internal  Power=883.0439 mW(66%)

　　　　Net  Switching Power=453.0173 mW(34%)

　　　　Total  Dynamic  Power=1 .3361 W(100%)

　　　　Cell Leakage Power = 391.5133 nW

其中第一项为内部短路功耗，第二项为开关功耗，合起来为动态功耗；最后一项为静态功耗，也就是泄漏功耗。如果要报告设计中每个模块和单元的功耗，在report_power命令后加选项 -hier，例如:  report_power  -hier，产生的报告如下所示：