JP2006012008A - タイミングモデル、及びそれを用いたlsi設計方法 - Google Patents

タイミングモデル、及びそれを用いたlsi設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 理想クロック条件と伝搬クロック条件との2種類のモードを有するタイミングモデルを用いて、効率良く、機能ブロックを含んだLSIの設計を行う方法を提供する。
【解決手段】 複数のフリップフロップを含む機能ブロックを用いたLSI設計方法であって、第1モードと第2モードで使用可能なタイミングモデルを準備するステップと、機能ブロックを1又は複数含む機能要素の機能設計を行うステップと、機能設計で定められた機能要素に対し、機能ブロックのタイミングモデルを第1モードで用いて論理合成するステップと、論理合成された機能要素に対し、タイミングモデルを第1モードで用いて第1タイミング解析を行うステップと、論理合成と第1タイミング解析の結果に基づきレイアウトを行うステップと、レイアウト後にタイミングモデルを第2モードで用いて第2タイミング解析を行うステップと、を含むことを特徴とするLSI設計方法。
【選択図】 図5

Description

本発明は、機能ブロックのタイミングモデル、及びそれを用いたLSI設計方法に関する。
近年、システムLSIなどでコアとなる機能ブロックをIP(Intellectual Property)化し、再利用することで設計期間の短縮、生産性の向上を図る手法が一般化している。
IPを利用するLSIの設計方法、特にレイアウト設計方法が、例えば、特許文献1に記載されている。
ところで、IPを利用したLSI設計においては、IP内部のタイミング情報が盛り込まれたタイミングモデルを用いて論理合成やタイミング検証などが行われる。このタイミング情報は、IP内部の入力セットアップ時間、入力ホールド時間及び出力遅延時間からなり、各々の時間には既にIP内部のクロック遅延時間が含まれて定義されている。また、論理合成、プリレイアウトタイミング検証、ポストレイアウトタイミング検証、いずれのステップにおいても同一のタイミングモデルが使用される。
特許第3420195号公報(第6−8頁、第1−3図)
通常のLSI設計においては、クロックの遅延時間をゼロと想定する、いわゆる理想クロック条件の元で論理合成が行われる。しかしながら、IPを用いて上位階層の設計を行う場合、上述したように、IPのタイミングモデルは既に内部のクロック遅延時間を含んだ伝搬クロック条件として定義されている。この上位階層の理想クロック条件とIP内部の伝搬クロック条件との違いがタイミング制約に大きく影響するため、所望の性能を満足するLSIを設計することが困難になる。従って、論理合成においては、IP内部のクロック遅延時間を無視した理想クロック条件に設定された別のタイミングモデルを使用する必要がある。プリレイアウトタイミング検証においても同様である。
一方、物理的なレイアウトが完了した後に行われるタイミング解析、いわゆるポストレイアウトタイミング検証においては、クロック遅延時間が含まれた伝搬クロック条件のタイミングモデルが必要となる。
現状においては、理想クロック条件と伝搬クロック条件を同時に満たすタイミングモデルは存在せず、設計ステップに応じて二種類のタイミングモデルを準備する必要があり、設計環境が煩雑になりやすく、また、設計効率の低下を招く恐れがある。
なお、特許文献1に係るLSIの設計方法においては、このような問題に関する記載はなされていない。
本発明に係るLSI設計方法は、複数のフリップフロップを含んだ機能ブロックを用いてLSIを設計する方法であって、第1モードと第2モードで使用可能なタイミングモデルを準備するステップと、機能ブロックを1又は複数含む機能要素の機能設計を行うステップと、機能設計で定められた機能要素に対し、機能ブロックのタイミングモデルを第1モードで用いて論理合成するステップと、論理合成された機能要素に対し、タイミングモデルを第1モードで用いて第1タイミング解析を行うステップと、論理合成と第1タイミング解析の結果に基づきレイアウトを行うステップと、レイアウト後にタイミングモデルを第2モードで用いて第2タイミング解析を行うステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、タイミングモデルを2つのモードで使用することができるので、例えば、第1モードをクロック遅延時間を含まない理想クロック条件とし、第2モードをクロック遅延時間を含む伝搬クロック条件とすれば、一つのタイミングモデルを理想クロック条件と伝搬クロック条件とで使い分けることができる。これにより、論理合成及びプリレイアウトタイミング検証と、ポストレイアウトタイミング検証とで二種類のタイミングモデルを準備する必要がなくなり、設計環境及び設計効率が向上する。
(1)第1実施形態
〔IP構成〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る機能ブロック(IP)100の概略構成図である。IP100は、外部接点として、データ入力端子(IN)101と、クロック入力端子(CLK)102と、データ出力端子(OUT)103とを備えている。内部には、クロックを基準として動作するフリップフロップ(F/F)104及び105と、クロックを必要としない組み合わせ回路106〜108とを備えている。クロック遅延の差異(クロックスキュー:CLOCK SKEW)を調整するため、IN101とF/F104の間にはバッファ109が、IN101とF/F105の間にはバッファ110が配置されている。
〔タイミングモデル〕
IP100のタイミングモデルには、CLK102から入力されるクロックを基準とするINセットアップ時間T201と、INホールド時間T202と、OUT遅延時間T203とからなるタイミング情報が盛り込まれる。以下、T201、T202及びT203の具体的な算出式を示す。
INセットアップ時間(T201)=F/F104セットアップ時間(T204)+組み合わせ回路106遅延時間(T205)−F/F104クロック遅延時間(T206)
・・・(1)
INホールド時間(T202)=F/F104ホールド時間(T207)−組み合わせ回路106遅延時間(T205)+F/F104クロック遅延時間(T206)
・・・(2)
OUT遅延時間(T203)=F/F105遅延時間(T208)+組み合わせ回路108遅延時間(T209)+F/F105クロック遅延時間(T210)
・・・(3)
ここで、図1及び式(1)を見ると、IP100のINセットアップ時間(T201)は、IPのデータ入力初段に相当するF/F104と、IN101とF/F104の間に位置する組み合わせ回路106と、に係る時間のみで決定されることがわかる。IP100のINホールド時間(T202)も同様に、F/F104と、組み合わせ回路106とに係る時間のみで決定される。また、IP100のOUT遅延時間(T203)は、IPのデータ出力前段に相当するF/F105と、F/F105とOUT103の間に位置する組み合わせ回路108と、に係る時間のみで決定されることがわかる。図1に示すIP例に限らず、一般にIPのタイミングモデルにおいては、そのタイミング情報の算出に必要とされるのは入力初段及び出力前段のF/F回路とそれに隣接する組み合わせ回路のみで、内部の回路構成はタイミング情報には関与しない。
従来のタイミングモデルの場合、INセットアップ時間(T201)、INホールド時間(T202)、OUT遅延時間(T203)の各々おいて、それぞれを構成する時間要素、例えば、式(1)に示すINセットアップ時間(T201)であれば、F/F104ホールド時間(T207)、組み合わせ回路106遅延時間(T205)、F/F104クロック遅延時間(T206)などは独立の要素として定義されておらず、従って、要素毎の切り分けはできない。
本発明のタイミングモデルに係る特徴は、式(1)〜(3)中において、F/Fのクロック遅延時間T206及びT210を独立要素として定義することにある。これにより、クロック遅延情報をオプション化し、タイミング情報に自由に付加又は除去することができるようにするものである。
第1実施形態では、上述したクロック遅延情報として、タイミング情報算出に係る全フリップフロップの平均遅延時間を用いる。すなわち、F/F104クロック遅延時間(T206)とF/F105クロック遅延時間(T210)の平均遅延時間をIP内部クロック遅延時間(T307)として独立定義する。これにより、理想クロック条件と伝搬クロック条件でタイミングモデルの共通化を図ることができる。具体的には、クロック遅延情報を使用しない理想クロック条件下のタイミングモデルを式(4)〜(6)として、これを第1モードと定義する。また、クロック遅延情報を使用する伝搬クロック条件下のタイミングモデルを式(7)〜(9)として、これを第2モードと定義する。タイミングモデル自体は共通であるが、クロック遅延時間を含むか否かでモードが異なるものである。理想クロック条件と伝搬クロック条件とのモード切り替えは、ツール上でクロック遅延時間を独立定義のオプション設定とすれば簡便に行えるようになる。
* 理想クロック条件(第1モード)
理想クロックINセットアップ時間(T301)=F/F104セットアップ時間(T204)+組み合わせ回路106遅延時間(T205)
・・・(4)
理想クロックINホールド時間(T302)=F/F104ホールド時間(T207)−組み合わせ回路106遅延時間(T205)
・・・(5)
理想クロックOUT遅延時間(T303)=F/F105遅延時間(T208)+組み合わせ回路108遅延時間(T209)
・・・(6)
* 伝搬クロック条件(第2モード)
伝搬クロックINセットアップ時間(T304)=理想クロックINセットアップ時間(T301)−IP内部クロック遅延時間(T307)
・・・(7)
伝搬クロックINホールド時間(T305)=理想クロックINホールド時間(T302)+IP内部クロック遅延時間(T307)
・・・(8)
伝搬クロックOUT遅延時間(T306)=理想クロックOUT遅延時間(T303)+IP内部クロック遅延時間(T307)
・・・(9)
図2は、第1実施形態に係るタイミングモデルの概略図である。IP内部クロック遅延時間(T307)を独立パラメータとして設定している。
〔設計方法〕
IPとそのタイミングモデルを用いたLSI設計の概要を、図5を参照して説明する。
まず、IPを含む機能要素、たとえばCPUやRAMなどの機能設計(RTL設計)を行う(S1)。
次に、RTL設計された機能要素に対し、理想クロック条件に設定された第1モードのタイミングモデル(式(4)〜(6))と、別途規定されるタイミング制約とを用いて論理合成を行う(S2)。これにより、部品情報や配線接続情報などを含んだレイアウト前ネットリストが生成される(S3)。
また、論理合成された機能要素に対し、同理想クロック条件に設定された第1モードのタイミングモデル(式(4)〜(6))を用いてプリレイアウトタイミング解析を行う(S4)。この時のタイミング解析は、テストパターンを使用しない静的なタイミング検証(スタティックタイミング検証)である。また、レイアウト前であるため、仮配線遅延情報を用いて検証が行われる。
次に、レイアウト前ネットリストと、タイミング解析の結果と、論理合成時と同様のタイミング制約と、によりレイアウトを行う(S5)。レイアウトでは、まず、与えられたタイミング制約によりIP及びその他の構成部品(セル)を配置する。ここでの配置対象は、クロックを必要とするIPやセル(F/Fなど)のことである。次に、機能要素のクロック入力から機能要素内部のクロック供給対象であるIPやセルにクロックツリー合成(CTS:Clock Tree Synthesis)を行い、スキュー調整する。次に、クロックを必要としないセル(組み合わせ回路)の配置を行い、最後にタイミングの最適化(Timing Optimize)を実施する。
レイアウトが完了すると、そのアウトプットとしてレイアウト後ネットリストが生成される(S6)。
最後に、ポストレイアウトタイミング解析(S7)を実施する。プリレイアウトタイミング解析同様、スタティックなタイミング検証である。ただし、ここでは伝搬クロック(式(7)〜(9))に設定された第2モードのタイミングモデルを使用する。また、レイアウトが完了しているため、解析に必要な配線遅延情報は実配線遅延情報を使用する。この配線遅延情報はSDF(Standard Delay Format)と呼ばれる標準フォーマットで得られる。ポストレイアウトタイミング解析がパスして設計が終了する。
〔作用効果〕
第1実施形態に係るLSI設計法によれば、タイミングモデル内のクロック遅延時間(T307)を独立要素として定義し、ツール上のオプション設定で理想クロック条件の第1モードと伝搬クロック条件の第2モードの切り替えを簡便にできるようにすることで、論理合成及びプリレイアウトタイミング検証と、ポストレイアウトタイミング検証とで二種類のタイミングモデルを準備する必要がなくなる。その結果、設計環境及び設計効率が向上する。
(2)第2実施形態
〔IP構成〕
第2実施形態のIP構成は、第1実施形態と同じである。
〔タイミングモデル〕
第2実施形態では、IP内部のクロック遅延情報として、タイミング情報算出に係る全フリップフロップの最小遅延時間と最大遅延時間を用い、IP外部に対して一番厳しいタイミング制約となるクロック遅延条件を設定するものである。本実施例では、タイミング情報算出に係る全フリップフロップはF/F104とF/F105の2つしか存在しないので、この内どちらか一方のクロック遅延時間が最小クロック遅延時間、もう一方が最大クロック遅延時間に相当することになる。最小遅延、最大遅延は、物理的なレイアウトやクロックパスに存在するバッファの数などによって決まる。今、最小クロック遅延時間を(T404)、最大クロック遅延時間を(T405)として独立定義する。これにより、理想クロック条件と伝搬クロック条件でタイミングモデルの共通化を図ることができる。具体的には、クロック遅延情報を使用する伝搬クロック条件下のタイミングモデルを式(10)〜(12)として、これを第2モードと定義する。理想クロック条件と伝搬クロック条件とのモード切り替えは、ツール上でクロック遅延時間を独立定義のオプション設定とすれば簡便に行えるようになる。
* 理想クロック条件(第1モード)
第1実施例の式(4)〜(6)に同じである。
* 伝搬クロック条件(第2モード)
伝搬クロックINセットアップ時間(T401)=理想クロックINセットアップ時間(T301)−IP内部最小クロック遅延時間(T404)
・・・(10)
伝搬クロックINホールド時間(T402)=理想クロックINホールド時間(T302)+IP内部最大クロック遅延時間(T405)
・・・(11)
伝搬クロックOUT遅延時間(T403)=理想クロックOUT遅延時間(T303)+IP内部最大クロック遅延時間(T405)
・・・(12)
ここで、外部回路に対して一番厳しいタイミング制約となるのは、伝搬クロックINセットアップ時間(T401)、伝搬クロックINホールド時間(T402)、伝搬クロックOUT遅延時間(T403)のそれぞれが最大値を示すときである。式(10)によれば、伝搬クロックINセットアップ時間(T401)の算出にあたり、クロック遅延時間は(−)で定義されている。従って、クロック遅延時間を最小にすれば一番厳しい条件となる。つまり、ここではIP内部最小クロック遅延時間(T404)を定義することになる。一方、式(11)及び式(12)によれば、伝搬クロックINホールド時間(T402)と伝搬クロックOUT遅延時間(T403)の算出にあたり、クロック遅延時間は(+)で定義されている。従って、クロック遅延時間を最大にすれば一番厳しい条件となる。つまり、ここでは共にIP内部最大クロック遅延時間(T405)を定義することになる。
図3は、第2実施形態に係るタイミングモデルの概略図である。IP内部最小クロック遅延時間(T404)及びIP内部最大クロック遅延時間(T405)を独立パラメータとして設定している。
〔設計方法〕
第1実施例と同じ手法である。
論理合成(S1)とプリレイアウトタイミング解析(S4)では、理想クロック条件に設定された第1モードのタイミングモデル(式(4)〜(6))が用いられる。一方、ポストレイアウトタイミング解析(S7)では、伝搬クロック(式(10)〜(12))に設定された第2モードのタイミングモデルが用いられる。
〔作用効果〕
第2実施形態に係るLSI設計法によれば、タイミングモデル内の最小クロック遅延時(T404)間及び最大クロック遅延時間(T405)を独立要素として定義し、ツール上のオプション設定で理想クロック条件の第1モードと伝搬クロック条件の第2モードの切り替えを簡便にできるようにすることで、論理合成及びプリレイアウトタイミング検証と、ポストレイアウトタイミング検証とで二種類のタイミングモデルを準備する必要がなくなる。その結果、設計環境及び設計効率が向上する。
さらに、最小クロック遅延時間及び最大クロック遅延時間を用いることで、IP外部の回路に対し一番厳しいタイミング制約条件を課すことになり、実際のクロック遅延と差し替えた場合でもタイミング違反が発生することはない。
(3)第3実施形態
〔IP構成〕
第3実施形態のIP構成は、第1実施形態と同じである。
〔タイミングモデル〕
第3実施形態では、IP内部のクロック遅延情報として、タイミング情報算出に係るフリップフロップの個々の遅延時間を用いる。すなわち、F/F104クロック遅延時間(T206)とF/F105クロック遅延時間(T210)とをそのまま個別情報として独立定義する。これにより、理想クロック条件と伝搬クロック条件でタイミングモデルの共通化を図ることができる。具体的には、クロック遅延情報を使用する伝搬クロック条件下のタイミングモデルを式(13)〜(15)として、これを第2モードと定義する。理想クロック条件と伝搬クロック条件とのモード切り替えは、ツール上でクロック遅延時間を独立定義のオプション設定とすれば簡便に行えるようになる。
* 理想クロック条件(第1モード)
第1実施例の式(4)〜(6)に同じである。
* 伝搬クロック条件(第2モード)
伝搬クロックINセットアップ時間(T501)=理想クロックINセットアップ時間(T301)−F/F104クロック遅延時間(T206)
・・・(13)
伝搬クロックINホールド時間(T502)=理想クロックINホールド時間(T302)+F/F104クロック遅延時間(T206)
・・・(14)
伝搬クロックOUT遅延時間(T503)=理想クロックOUT遅延時間(T303)+F/F105クロック遅延時間(T210)
・・・(15)
図4は、第3実施形態に係るタイミングモデルの概略図である。F/F104クロック遅延時間(T206)及びF/F105クロック遅延時間(T210)を独立パラメータとして設定している。
〔設計方法〕
第1実施例と同じ手法である。
論理合成(S1)とプリレイアウトタイミング解析(S4)では、理想クロック条件に設定された第1モードのタイミングモデル(式(4)〜(6))が用いられる。一方、ポストレイアウトタイミング解析(S7)では、伝搬クロック(式(13)〜(15))に設定された第2モードのタイミングモデルが用いられる。
〔作用効果〕
第3実施形態に係るLSI設計法によれば、タイミングモデル内のフリップフロップの個々の遅延時間(T206及び210)を独立要素として定義し、ツール上のオプション設定で理想クロック条件の第1モードと伝搬クロック条件の第2モード切り替えを簡便にできるようにすることで、論理合成及びプリレイアウトタイミング検証と、ポストレイアウトタイミング検証とで二種類のタイミングモデルを準備する必要がなくなる。その結果、設計環境及び設計効率が向上する。
さらに、フリップフロップ個々の遅延時間を用いることで、現実に即したタイミング制約となるため、実際のクロック遅延と差し替えた場合でもタイミング違反が発生することはない。また、過剰なタイミング制約により、LSI全体の設計が困難になるのを避けることができる。
第1、第2及び第3実施形態に係る機能ブロック(IP)の概略構成図。 第1実施形態のタイミングモデル概略図。 第2実施形態のタイミングモデル概略図。 第3実施形態のタイミングモデル概略図。 LSI設計方法を説明するフローチャート。
100 機能ブロック(IP)
101 データ入力端子(IN)
102 クロック入力端子(CLK)
103 データ出力端子(OUT)
104、105 フリップフロップ(F/F)
106〜108 組み合わせ回路
109、110 バッファ

Claims (9)

  1. 複数のフリップフロップを含む機能ブロックを用いたLSI設計方法であって、
    第1モードと第2モードで使用可能なタイミングモデルを準備するステップと、
    前記機能ブロックを1又は複数含む機能要素の機能設計を行うステップと、
    前記機能設計で定められた前記機能要素に対し、前記機能ブロックの前記タイミングモデルを前記第1モードで用いて論理合成するステップと、
    前記論理合成された前記機能要素に対し、前記タイミングモデルを前記第1モードで用いて第1タイミング解析を行うステップと、
    前記論理合成と前記第1タイミング解析の結果に基づきレイアウトを行うステップと、
    前記レイアウト後に前記タイミングモデルを前記第2モードで用いて第2タイミング解析を行うステップと、
    を含むことを特徴とするLSI設計方法。
  2. 前記タイミングモデルは、独立に定義されるクロック遅延時間を含み、前記第1モードは、前記クロック遅延時間を使用しないモードであり、前記第2モードは、前記クロック遅延時間を使用するモードであることを特徴とする、請求項1に記載のLSI設計方法。
  3. 前記クロック遅延時間情報は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係る全フリップフロップの平均遅延時間で定義されることを特徴とする、請求項2に記載のLSI設計方法。
  4. 前記クロック遅延時間情報は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係る全フリップフロップの最小遅延時間と最大遅延時間とで定義されることを特徴とする、請求項2に記載のLSI設計方法。
  5. 前記クロック遅延時間情報は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係るフリップフロップ個々の遅延時間で定義されることを特徴とする、請求項2に記載のLSI設計方法。
  6. 機能ブロックに対するタイミングモデルを用いてLSI設計するためのプログラムであって、
    前記機能ブロック内部の入力セットアップ時間を設定する第1設定手段と、
    前記機能ブロック内部の入力ホールド時間を設定する第2設定手段と、
    前記機能ブロック内部の出力遅延時間を設定する第3設定手段と、
    前記第1、第2、第3設定手段とは独立に前記機能ブロック内部のクロック遅延時間を設定する第4設定手段と、
    してコンピュータを機能させるためのLSI設計用プログラム。
  7. 前記クロック遅延時間は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係る全フリップフロップの平均遅延時間で定義されることを特徴とする、請求項6に記載のLSI設計用プログラム。
  8. 前記クロック遅延時間は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係る全フリップフロップの最小遅延時間と最大遅延時間とで定義されることを特徴とする、請求項6に記載のLSI設計用プログラム。
  9. 前記クロック遅延時間は、前記機能ブロックのタイミング情報算出に係るフリップフロップ個々の遅延時間で定義されることを特徴とする、請求項6に記載のLSI設計用プログラム。
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