Συστήματα CAD Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Σχολή Θετικών Επιστημών Ροή Πληροφορικής Δαδαλιάρης Αντώνιος: dadaliaris@cs.uth.gr

Timing Analysis (1) Ανάλυση Χρονισμού: Συνολική καθυστέρηση Επιμέρους καθυστερήσεις Δυνατότητες βελτιστοποίησης Διόρθωση χρονισμού Κατηγορίες: Static Timing Analysis Statistical Timing Analysis Dynamic Timing Analysis

Timing Analysis (2) Static Timing Analysis: Η πιο διαδεδομένη μέθοδος υπολογισμού του απαιτούμενου χρόνου για την ορθή λειτουργία ενός κυκλώματος. Δεν απαιτείται προσομοίωση της λειτουργίας του κυκλώματος. Χρήση απλουστευτικών μοντέλων που περιγράφουν την καθυστέρηση κάθε χρησιμοποιούμενης πύλης. Πεσιμιστική μοντελοποίηση χρονισμού σχεδίασης. Ο τελικός χρονισμός απέχει από τον χρονισμό που επιδεικνύει η σχεδίαση κατά την λειτουργία της.

Timing Analysis (3) Dynamic Timing Analysis: Έλεγχος του χρονισμού της σχεδίασης βάσει μιας ομάδας test vectors που καθορίζει τις τιμές στις εισόδους της. Min – Max Analysis Εκτενής κάλυψη των ακραίων περιπτώσεων λειτουργίας. Δεν ελέγχονται όλα τα στοιχεία του κυκλώματος. Πολύ αργή μέθοδος.

Timing Analysis (4) Statistical Timing Analysis: Υποκατηγορία της στατικής ανάλυσης χρονισμού. Αντικατάσταση του ντετερμινιστικού χρονισμού των πυλών και των διασυνδέσεων ενός κυκλώματος με πιθανοτικές κατανομές. Αντί τελικού αποτελέσματος, παραγωγή μιας τελικής κατανομής πιθανών χρονισμών εξόδου. Στο επίκεντρο της επιστημονικής έρευνας τα τελευταία χρόνια. Δεν υπάρχουν CAD tools που βασίζονται αποκλειστικά πάνω σε αυτή τη μέθοδο.

Timing Analysis (5) Critical Path: Το μονοπάτι εντός του κυκλώματος το οποίο παρουσιάζει την μεγαλύτερη καθυστέρηση, Arrival Time: Ο χρόνος που απαιτείται για να φτάσει ένα σήμα σε ένα συγκεκριμένο σημείο (κόμβο) του κυκλώματος. Required Time: H “τελευταία“ χρονική στιγμή κατά την οποία μπορεί να φτάσει ένα σήμα σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο του κυκλώματος, χωρίς να αλλοιώσει τον προκαθορισμένο, από τον κύκλο ρολογιού, χρονισμό του κυκλώματος. Slack: Μια μετρική που ισούται με την διαφορά μεταξύ του απαιτούμενου χρόνου (required time) και του χρόνου άφιξης (arrival time). Θετικό slack: υπάρχει περιθώριο περεταίρω βελτιστοποίησης. Αρνητικό slack:επιβάλλεται να γίνουν τροποποιήσεις, σε αντίθετη περίπτωση η καθυστέρηση στον κόμβο που παρατηρούμε ενδέχεται να προκαλέσει λογικά σφάλματα ή/και άυξηση της συνολικής καθυστέρησης του κυκλώματος.

Timing Analysis (6) Critical Path: “The Longest Path From Outputs of Registers to Inputs of Registers“

Timing Analysis (7) Clock Jitter: Ακόμη και σε έναν απλό τετραγωνικό παλμό ρολογιού, η θετική ακμή του ρολογιού δεν “συμβαίνει“ περιοδικά. Clock Skew: Ο διαμοιρασμός του ρολογιού στα ακολουθιακά στοιχεία του κυκλώματος παρουσιάζει καθυστερήσεις (ακόμα και αν τα στοιχεία αυτά βρίσκονται στο ίδιο σχεδιαστικό επίπεδο).

Timing Analysis (8) Hold Time: Setup Time: Το ελάχιστο απαιτούμενο χρονικό διάστημα κατά το οποίο ένα σήμα πρέπει να είναι σταθερό μετά την θετική μετάβαση ενός ρολογιού. Setup Time: Το ελάχιστο απαιτούμενο χρονικό διάστημα κατά το οποίο ένα σήμα πρέπει να είναι σταθερό πριν από την θετική μετάβαση ενός ρολογιού.

Timing Analysis (9) Static Timing Analysis: Τα βασικά βήματα εκτέλεσης της στατικής ανάλυσης χρονισμού είναι τα ακόλουθα: Αναγνώριση και ορισμός όλων των διαφορετικών μονοπατιών χρονισμού που πρέπει να ελεγχθούν. Τεσσάρων ειδών μονοπάτια: Input Pin to Register Input Pin to Output Pin Register to Register Register to Output Pin Υπολογισμός καθυστέρησης του κάθε μονοπατιού. Έλεγχος για το κατά πόσο οι υπολογιζόμενες καθυστερήσεις βρίσκονται εντός των χρονικών περιορισμών που έχουν τεθεί. Το μονοπάτι της σχεδίασης με τον χειρότερο χρονισμό θα χρησιμοποιηθεί για την setup time analysis και το μονοπάτι με τον καλυτερο χρονισμό θα χρησιμοποιηθεί για την hold time analysis. Όλα τα μονοπάτια της σχεδίασης θα ελεγχθουν ως προς τους κανόνες που διέπουν την εκάστοτε σχεδίαση.

Timing Analysis (9) Static Timing Analysis Example: Υπολογίζεται ο χρόνος άφιξης (Arrival Time – AT) του κάθε σήματος, προσθέτοντας τις επιμέρους καθυστερήσεις των κελιών εντός κάθε μονοπατιού. Ελέγχεται η σχέση που διέπει τον χρόνο άφιξης συναρτήσει του απαιτούμενου χρόνου (Required Time – RT). 6 timing paths (1 violation) 2 1 AT = 2 RT 3 1 3 2 AT = 5 3 1

Timing Analysis (10) Cell Delay: Timing Library Setup Time: Trequired > Tarrival Input Pin to Register Tarrival = TPI(delay) + Tpath Trequire = Tcycle +Tclk1– TDFF1(setup) Tslack = Trequire - Tarrival Input Pin to Output Pin Trequire = Tcycle – TPO(output delay) Register to Register Tarrival = Tclk1 + TDFF1(clk->Q) + Tpath Trequire = Tclk2 - TDFF2(setup) Register to Output Pin Trequire = Tcycle+Tclk1 - TPO(output delay)

Timing Analysis (11) Hold Time: Trequired <= Tarrival Input Pin to Register Tarrival = TPI(delay) + Tpath Trequire = Tclk - TDFF(hold) Tslack = Tarrival - Trequire Input Pin to Output Pin Trequire = - TPO(output delay) Register to Register Tarrival = Tclk1 + TDFF1(clk->Q) + Tpath Trequire = Tclk2 - TDFF2(hold) Register to Output Pin Tarrival = Tclk + TDFF(clk->Q) + Tpath

Timing Analysis (12) Η ανάλυση χρονισμού ενός κυκλώματος πραγματοποιείται για να ελέγξουμε αν το τελικό κύκλωμα λειτουργεί εντός των χρονικών ορίων που έχουμε θέσει. Κατηγορίες: Static Timing Analysis Dynamic Timing Analysis Statistical Timing Analysis CAD Tools: PrimeTime (Synopsys) NanoTime (Synopsys)