探讨一下SDC的各种语法构成和整体结构

引言

SDC是一个设计从RTL到netlist的桥梁，是FE/ME/BE都需要掌握的一项基本技能。通常情况来说，由前端工程师（designer）提供SDC文件是最合理的，因为只有designer才是最了解整个设计的结构的，所以最能够合情合理的提供出约束文件，但是，ME/BE又必须要能够看得懂，因为只有这样，在做综合和PR以及timing signoff的时候，在遇到问题时能够最快的定位timing问题的合理性。所以，接下来连续更新的文章，会从基础到深入，并结合实例的方式，跟大家一起探讨一下SDC的各种语法构成和整体结构，最终达成的目标就是每个人能够独立完整的提供合理的约束文件。

基础介绍

SDC全称是Synopsys Design Constraints Format，是由S公司最早提出的一种约束文件格式。主要用于指定design内部的Timing关系，约束Power消耗和Area大小。但是在这当中，最为关键的便是指定design的时序。其语法结构是基于TCL语法实现的。主要应用于综合、PR、以及STA过程当中，当然在其他方面也会有很大用途，比如CDC check。现在的SDC可以看做是一项标准的指令系统，基本上所有的EDA工具都可以兼容性识别。

tools行为简介

要想知道怎么约束一个design，我们首先需要清楚的知道，工具的行为是如何的。如图1所示，我们design通常情况下都是同步结构的设计，tools在做timing分析的时候，会将design中所有的path都抽象成这样前后两级DFF的结构。并将前一级的DFF作为source register，也称作launch register，将后一级的register作为destination register，也称作capture register。如果check setup，tools的默认行为是从launch DFF的当前触发沿到capture DFF的下一个触发沿之间的时间，如图中蓝色箭头所示。而check hold timing，tools的默认行为是从launch DFF的当前触发沿到capture DFF的当前触发沿之间的时间，如图中绿色箭头所示。

图1 design中的基本timing path

所以，要想让tools能够自动的check到design中的所有path的setup/hold。就需要保证design中所有的path都可以抽象成这种R2R的结构。而通常情况下，所有的design，在抽象之后，其timing path都可以抽象为图2中示例的四种结构，分别是R2R，R2O，I2R，I2O。那现在问题来了，图中的R2R的结构，是符合工具自动check timing的行为（当然，这里前提是clock定义好了）；但是另外的三种结构，是不符合工具自动check timing的行为的。所以这就需要我们自己去构造出符合工具行为的path。

图2 design结构抽象

如图3所示，对于另外的三种path，我们需要做的就是在整个design的输入端、输出端分别虚拟一级DFF，如图中红色虚线register所示。这样，无论哪种结构（I2R/R2R/R2O/I2O），在工具看来都有了完整的launch DFF和capture DFF，从而就能够自动的完成timing check。

图3 timing path构造

我们虚拟构造前后级register的过程，其实就是我们SDC中，设置input delay、output delay的过程。

SDC构成分析

通过上面的分析，我们可以知道，对于一个design，我们需要设置input/output delay约束以构造前后两级虚拟register。当然，要设置input/output delay，我们首先需要完成clock的定义；除此之外，我们整个design当中还有很多path，我们不想让工具完全按照自己的行为去做timing分析，因此还需要设置一些timing exceptions；最后工具能够完成这种自动timing check的过程，还需要我们提供一些DRC相关的约束。因此，总结之后，整个SDC结构可以划分为两大类，如图4所示，其中一类是timing constraints，实现对design的timing约束；另一类是DRC constrains，实现对tools DRC方面的约束。当然，此划分也是按照我自己的理解来做的，不同的方面来看，可以做出不同种类的划分。

图4 SDC构成

图中timing constrains是最为关键的一部分，最好是由FE（即designer）提供，DRC constraints可以ME/BE或者timing signoff的相关人员，结合经验来提供具体约束。图中must部分，是每个SDC文件中基本上必须要有的，另外not must部分，通常情况下也是肯定存在的，并且这一部分约束通常会放松tools对timing的check，因此一定要谨慎…