时序分析基本概念介绍——花一样的“模式”

在Coarse Placement和Legalization之间，其实还有很重要的一个步骤， 就是对Scan Chain（扫描链）的处理。英文名Scan Reorder，直译为扫描链重组。

那讲Scan Reorder之前，有必要对Scan Chain的基本知识做一定普及。Scan chain其实是可测试性设计（DFT）中的内容。DFT，Design for test，其实是探测错误序列的一种设计方法学，由于芯片内部是一个黑盒子，在外部难以控制。测试人员通过DFT技术，可以从外部控制和观测电路内部触发器的信号值。DFT通常需要单独的一个部门来完成，很复杂，有专门的书籍可以参考。基本概念可以参考：

【时序分析基本概念介绍——花一样的“模式”】

而在后端PR中，我们更关注的是DFT中的Scan Chain，有了它，我们的芯片就更加具有测试性。Scan Chain将芯片中的所应用的普通寄存器替换成带有扫描功能的扫描寄存器，首尾相连成串，从而可以实现附加的测试功能。那扫描寄存器特殊在什么地方呢？我们从它的结构图来看一下：

从上图中可以看出，它比普通存储器多了SI，SE，SO这3个端口。

1. 其中SI，SO也就是scan_in与scan_out端，定义了一条scan chain的input和output端。通常情况下，每一个input会驱动一条scan chain，一个ouput也是用来观察一条scan chain的。

2. SE是scan enable信号，它控制着scan cell的工作模式。从图中可以看出，SE，SI，D端通过一个Mux实现工作模式的切换。当SE输入为0时，scan cell工作在普通模式下，相当于是普通的flop；当SE输入为1时，scan cell就进入scan模式，相当于一个移位寄存器。

scan cell通常定义在lib库中直接导入，可以通过get_cells_of_scan_chain来做一些检查。

用图片说明可能会更加形象，对整个逻辑电路来说，未插入scan chain时，电路图如下：

插入scan chain以后，软件会自动地用scan flip flop(SFF)替换掉普通的flip flop，并且连接SFF到scan chain上，这样就实现了移位扫描的功能，如下图所示：

而后端对于扫描链的定义，通常使用DEF文件来定义，我们一般称它为scan def，配合下图，我们写出scan DEF语句来说明：

SCANCHAINS 1 ;   scan chain数量

- chain0         scan chain名字    + START PIN scan_in   scan chain起点    + FLOATING    代表着单独的寄存器单元，上图中out_reg_0，_1,_2,_3都是floating单元         out_reg_0 ( IN SI ) ( OUT Q )          out_reg_1 ( IN SI ) ( OUT Q )

out_reg_2 ( IN SI ) ( OUT Q )        out_reg_3 ( IN SI ) ( OUT Q )

+ ORDERED     需要放在一起的单元，上图中out_reg_4与u_buf就是ORDERED单元，用方框圈出        out_reg_4 ( IN SI ) ( OUT Q )        u_buf ( IN A ) ( OUT Y )    + STOP PIN scan_out ;    scan chain终点END SCANCHAINS

概念都了解完以后，那我们后端到底需要对scan chain做些什么呢？

其实，在做完coarse placement后，Scan Cell大部分是按照连接的顺序随机的乱放的。这样其实会极大地占用绕线资源。因此，在后续步骤开始之前，我们希望对扫描链的连线进行处理，在不影响逻辑功能的前提下，重新进行连接，从而减少走线长度。那这个重组的过程，我们就称之为扫描链重组（Scan Reorder） 。整个过程，可以用下面两张图来形象地说明：

Scan Reorder之前：可以看到，每个scan cell的连接得乱七八糟，专业术语叫做detour

Scan Reorder之后：仔细看，走线少了很多，也规整了不少吧！那这就是我们希望得到的结果~~（当然前提是不能影响逻辑功能）

如果用前文DEF的例子解释：

经过Scan Reorder之后，变成如下的电路连接：

可以看到，被方框圈住的out_reg_4和u_buf就类似一个整体一样，位置重新进行了排列。

那对应的Scan DEF信息变化就是：

左边的DEF格式前文已经说明，那右边reorder之后的大家能看懂嘛？

右边就多了一个#符号，这里可以理解为标志位，与着下面的#ORDERED segment 1相关联，就是为了说明它在FLOATING信息里的排列位置。

最后，我们可以使用report_scan_chains来报出scan chain的组成，使用check_scan_chain来检查其合理性

Checking Scan Chain scan_segment_88  

STOP: u__noram/u_etm/u_fifo/ts_0_lockLD_865264

....                                                                            

thru: u_noram/uersistent_cell_0_buf_intsi54506_i/Z

STATUS:  VALIDATED, Sequential Length = 524, Instance Count = 524, Partition = partition_1