芯片設(shè)計(jì)之門級仿真

經(jīng)過邏輯綜合過程后，Verilog代碼被轉(zhuǎn)化成門級網(wǎng)單，轉(zhuǎn)化后的門級網(wǎng)單需要被驗(yàn)證與Verilog代碼功能是否一致，需要進(jìn)行門級仿真。

Verilog代碼的仿真可以被稱為功能仿真，可以驗(yàn)證Verilog代碼功能與設(shè)計(jì)需求是否一致。

驗(yàn)證Verilog代碼過程中需要編寫測試平臺文件tb.vhd，該平臺文件仍可以在門級仿真中使用。門級仿真所用的仿真器（仿真工具，如

Modelsim）與功能仿真相同，門級仿真還需要邏輯綜合保存的文件：門級網(wǎng)表文件和時序反標(biāo)文件（時序相關(guān)信息），門級網(wǎng)表文件所用的底層電路（如：與門）的特性信息在庫文件中，庫文件由芯片制造公司提供，各個芯片制造公司的庫文件因其元器件性能的差異而不同。

綜上，門級仿真基于測試平臺文件、門級網(wǎng)表文件、時序反標(biāo)文件、庫文件，可以進(jìn)行更精確的仿真。設(shè)計(jì)人員除了可以通過門級仿真驗(yàn)證門級網(wǎng)單與Verilog代碼功能是否一致，還可以檢查門級電路的時序是否正確。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計(jì)與方法》

門級仿真的過程與功能仿真過程相類似，不同之處在于需要將庫文件重新編譯，庫文件編譯結(jié)束后，依次編譯門級網(wǎng)單、測試平臺、時序反標(biāo)文件，并編寫時序反標(biāo)的命令文件。

如果仿真工具采用Modelsim，時序反標(biāo)文件可以內(nèi)嵌在Modelsim工具中，不需編譯。如果采用NC仿真工具，還需要進(jìn)行Elborate（個人理解Elborate步驟是進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)定）。

最后進(jìn)行仿真并檢查結(jié)果。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計(jì)與方法》

編譯庫文件時，需將底層門級電路單獨(dú)建立庫，而不能將庫文件混入到芯片設(shè)計(jì)代碼中。這是因?yàn)閹煳募杏袛?shù)百個元器件，混入芯片設(shè)計(jì)代碼中，難以定位由設(shè)計(jì)人員自主設(shè)計(jì)的部分。

因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案最終確定前需要反復(fù)修改，所以編譯過程會反復(fù)進(jìn)行，庫文件也需要重新編譯，需要及時清理過去編譯的內(nèi)容。

因?yàn)殚T級網(wǎng)單的仿真步長（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：連續(xù)系統(tǒng)仿真中設(shè)置的最小時間間隔）和庫文件的仿真步長不一定相同，需要設(shè)置統(tǒng)一的仿真步長。底層單元庫（庫文件）仿真步長通常設(shè)置在ps（皮秒，1s=10-12s）量級，設(shè)計(jì)人員編寫的芯片代碼仿真步長通常設(shè)置在ns（納秒，1ns=10-9s）量級。

進(jìn)行門級仿真前，時序反標(biāo)信息需要標(biāo)注到門級網(wǎng)單中。標(biāo)注方式采用Verilog代碼中$sdfannotate系統(tǒng)任務(wù)，$sdfannotate系統(tǒng)任務(wù)可以向仿真工具輸入門級網(wǎng)單的時序信息。

下圖是門級仿真的結(jié)果。偏上的圖片中，延時顯示的是1ns，長于門元器件的延時，意味著時序反標(biāo)可能不正確。當(dāng)時序反標(biāo)不正確時，庫文件會采用默認(rèn)延時，即該庫文件的默認(rèn)延時是1ns。時序反標(biāo)不正確的原因可能是反標(biāo)文件名錯誤、反標(biāo)流程錯誤等。

偏下的圖片是反標(biāo)正確的結(jié)果，延時在0.1ns左右。正常情況下，下圖所映射的電路輸出應(yīng)該從3直接變?yōu)?，但實(shí)際輸出由3變?yōu)?，再變?yōu)?，再變?yōu)?，所對應(yīng)的波形會顯示出毛刺。如果該輸出只作為狀態(tài)信號（只在信號穩(wěn)定時作為輸入）或輸出指示（如指示發(fā)光二極管發(fā)光），沒有什么影響，其他情況需要考慮毛刺的影響。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計(jì)與方法》

審核編輯 ：李倩