UPFを用いたPG設計

UPFを用いたPG設計

Unified Power Formatによる記述とDesign Compiler、IC Compiler上で使用する際のメモ
シフタを実装例に取る　高速ライブラリ：CS203SN
無理矢理多電力ドメインにするため、以下のように意味のないwrapperを設ける

shift_unit.v

   …
   input               sleepCon;
   output [`BitBus] shift_out;
   
   m_shift_unit m_shift_unit( .shift_out(shift_out), .shift_a(shift_a), .shift_b(shift_b), .aluop(aluop) );
   …

shift_unit.upf

Low Power ~ Methodという本にある記述をそのまま書いてもなぜかエラー吐きまくった

create_power_domain PD_TOP -include_scope
create_power_domain PD_SHI -elements {m_shift_unit}

create_supply_net VDD -domain PD_TOP
create_supply_net VDD -domain PD_SHI -reuse

create_supply_net VSS -domain PD_TOP
create_supply_net VSSV -domain PD_TOP
create_supply_net VSSV -domain PD_SHI -reuse

set_domain_supply_net PD_TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS
set_domain_supply_net PD_SHI -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSSV

create_supply_port VSS -domain PD_TOP -direction in
create_supply_port VDD -domain PD_TOP -direction in

connect_supply_net VDD -ports {VDD}
connect_supply_net VSS -ports {VSS}

create_power_switch SHI_SW -domain PD_TOP \
         -output_supply_port {SW_OUT VSSV} \
         -input_supply_port {SW_IN VSS} \
         -control_port {SW_CTRL sleepCon} \
         -on_state {PW_ON SW_IN {SW_CTRL == 1}}

set_isolation SHI_ISO -domain PD_SHI \
         -isolation_power_net VDD -isolation_ground_net VSS \
         -clamp_value 0 \
         -applies_to outputs
set_isolation_control SHI_ISO -domain PD_SHI \
         -isolation_signal sleepCon \
         -isolation_sense low \
         -location parent

add_port_state VDD \
         -state {VDD_NORM 0.90000}
add_port_state SHI_SW/SW_OUT \
        -state {VSSV_NORM 0.00000}
add_port_state SHI_SW/SW_OUT \
        -state {VSSV_OFF off}
add_port_state VSS \
        -state {VSS_NORM 0.00000}

create_pst TOP_PST -supplies [list SHI_SW/SW_OUT VDD VSS]
add_pst_state SHI_ON -pst TOP_PST -state {VSSV_NORM VDD_NORM VSS_NORM}
add_pst_state SHI_OFF -pst TOP_PST -state {VSSV_OFF VDD_NORM VSS_NORM}

以下簡単な説明

電力ドメインの作成

PD_TOP　通常の電力ドメイン、-include_scopeですべての要素が含まれる
PD_SHI　PG対象の電力ドメイン、m_shift_unitの階層を指定

create_power_domain PD_TOP -include_scope
create_power_domain PD_SHI -elements {m_shift_unit}

供給ネットの作成と設定

VDD,GND,VGNDを作る
2つ以上のドメインに跨る場合は -reuse
各ドメインの電源、グラウンドの供給ネットを指定

create_supply_net VDD -domain PD_TOP
create_supply_net VDD -domain PD_SHI -reuse

create_supply_net VSS -domain PD_TOP
create_supply_net VSSV -domain PD_TOP
create_supply_net VSSV -domain PD_SHI -reuse

set_domain_supply_net PD_TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS
set_domain_supply_net PD_SHI -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSSV

供給ポートの作成と接続

TOPのドメインに供給ポートを作成し、前で作成したネットと接続

create_supply_port VSS -domain PD_TOP -direction in
create_supply_port VDD -domain PD_TOP -direction in

connect_supply_net VDD -ports {VDD}
connect_supply_net VSS -ports {VSS}

Power Switchの設定

パワースイッチがどの電力ドメインか、inputとoutputのネット（順番注意）を指定
制御信号を指定し、power-on時の条件を書く

create_power_switch SHI_SW -domain PD_TOP \
         -output_supply_port {SW_OUT VSSV} \
         -input_supply_port {SW_IN VSS} \
         -control_port {SW_CTRL sleepCon} \
         -on_state {PW_ON SW_IN {SW_CTRL == 1}}

Isolation Cellの設定

set_isolationで固定する値（0か1）、inputかoutputのどっちで固定するか指定.
set_isolation_controlで制御信号など　
この場合、m_shift_unitの出力に対してPD_SHIの親階層であるPD_TOPでISOセルを挿入する. sleepCon信号がlowの時、値を0に固定するようになっている
上記の条件のISOセルをライブラリから勝手に見つけてくれる（自分で指定も可能）

set_isolation SHI_ISO -domain PD_SHI \
         -isolation_power_net VDD -isolation_ground_net VSS \
         -clamp_value 0 \
         -applies_to outputs
set_isolation_control SHI_ISO -domain PD_SHI \
         -isolation_signal sleepCon \
         -isolation_sense low \
         -location parent

Power State Tableの作成

pstとは設計を実行する場合に取りうる状態の組み合わせを定義. 合成や最適化に使われる
まず存在するポートの取りうる状態をすべて書く（VDD、VSS、PSのoutput）. PGなのでPSのoutputはON/OFFの2状態
pstを作成し、取りうる状態の組み合わせを全部追加していく

add_port_state VDD \
         -state {VDD_NORM 0.90000}
add_port_state SHI_SW/SW_OUT \
        -state {VSSV_NORM 0.00000}
add_port_state SHI_SW/SW_OUT \
        -state {VSSV_OFF off}
add_port_state VSS \
        -state {VSS_NORM 0.00000}

create_pst TOP_PST -supplies [list SHI_SW/SW_OUT VDD VSS]
add_pst_state SHI_ON -pst TOP_PST -state {VSSV_NORM VDD_NORM VSS_NORM}
add_pst_state SHI_OFF -pst TOP_PST -state {VSSV_OFF VDD_NORM VSS_NORM}

dcにはupfのview modeがある（誰も使わないでしょうけど）

論理合成

compile前に以下のコマンドを加える

load_upf shift_unit.upf
set_voltage 0  -min 0  -object_list VSS
set_voltage 0  -min 0  -object_list VSSV
set_voltage 0.9  -min 0.9  -object_list VDD

UPFの場合、complieというコマンドは使えない. かわりにcompile_ultraを. オプションがcompileと違ったりするので自分の環境に応じてmanで確認

compile_ultra -オプション

最後に電力評価ツールやICC用のupfファイルを吐き出す

save_upf SHIFT_UNIT.upf

配置配線

前準備

ICCでUPF使う場合、論理ライブラリ（*.db）に電源ピンの情報を追加する必要がある. milkywayを逆利用
dc_shellかicc_shellのどっちかで次を実行. core、 nscanあたり. isoはできなかった（特別セルだから？後で問題になる）

add_pg_pin_to_db cs203sn_uc_core_*.db -mw_library_name CS203SN -output pgpin_cs203sn_uc_core_*.db
add_pg_pin_to_db cs203sn_uc_nscan_*.db -mw_library_name CS203SN -output pgpin_cs203sn_uc_nscan_*.db

Place & Route

以下普通のフローと違うところだけ述べる
read_sdcの前にupfを読み込む

load_upf SHIFT_UNIT.upf

電源グラウンドの接続は簡単だが、ISOセルは論理セルにピンを付けれなかったので指定する
配置配線後とかもderive_pg_connection -reconnectだけやればいい

derive_pg_connection -create_nets
derive_pg_connection -reconnect
derive_pg_connection -power_net {VDD} -power_pin {VDD} -cells {*ISO} 
derive_pg_connection -ground_net {VSS} -ground_pin {VSS} -cells {*ISO}

電力の位置を決める. 今回PD_TOPとPD_SHIしかないのでPD_SHIのみ指定すればよく、この範囲の中にPD_SHIのセルが、この外にISOセルが配置される
-guard_band_x(y)は電力ドメインの周りにblockageみたいなものを作れる

create_voltage_area -power_domain PD_SHI -coordinate {10.5 8.1 55 58.5} -guard_band_x 0 -guard_band_y 0 -is_fixed

使用するスイッチセルを指定. 何個でも可能
配置するとき一番最初のものが選ばれるが、のちのち最適化の際この中のセルでリサイズされる

map_power_switch SHI_SW -domain PD_TOP -lib_cells {SC27RFPSTAPXH1 SC27RFPSTAPXA1 SC27RFPSTAPXB1 SC27RFPSTAPXC1 SC27RFPSTAPXD1 SC27RFPSTAPXF1}

スイッチを入れる. create_power_switch_arrayやcreate_power_switch_ringを使う
arrayの場合、以下のように入れられる. 詳しくはman(ry

 create_power_switch_array -lib_cell {SHI_SW} \
                -x_increment 40 -y_increment 1.8 \
                -start_row 0 \
                -start_column 0 \
                -bounding_box {3.5 8.1 6.9 58.5} \
                -prefix "RINGL" \
                -snap_to_row_and_tile \
                -orientation FS \
                -respect hard_blockage

スイッチのポートとSLEEPCONを結びつける
connect_power_switchのほうは-modeでdaisy-chainかhigh-fanoutか指定できるが、PSセルによっては使えない

connect_power_switch -mode hfn -source {SLEEPCON} -port_name {MTE} -voltage_area PD_TOP -verbose
または
connect_pin -from {SLEEPCON} -to {RING*/MTE}

配置後にPSセルの最適化
map_power_switchで指定したセルの抵抗を指定してから、基準となるIR Dropを決めておく