DDR仿真處理多級IO的慣性延遲問題

DDR驗(yàn)證是任何SoC中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的任務(wù)之一，因?yàn)樗婕拔挥贒UT內(nèi)部的控制器和位于DUT外部的外部DDR存儲(chǔ)器。 DDR系統(tǒng)由控制器，I/O，封裝，插座，電源，時(shí)鐘和外部存儲(chǔ)器組成，它們共同工作。在數(shù)字驗(yàn)證中，并非所有這些組件都進(jìn)入圖像，而主要是控制器，PHY，I/O和存儲(chǔ)器。驗(yàn)證變得更加復(fù)雜，因?yàn)樗薪M件的影響都無法在數(shù)字仿真中模仿，但門級仿真（GLS）為我們提供了良好的基礎(chǔ)設(shè)施來報(bào)告可能困擾控制器-PHY-I/O路徑的設(shè)計(jì)問題從時(shí)間的角度來看。

在GLS中驗(yàn)證DDR時(shí)會(huì)遇到許多與時(shí)序相關(guān)的問題，導(dǎo)致驗(yàn)證和STA（靜態(tài)時(shí)序分析）團(tuán)隊(duì)之間的大量迭代。擁有干凈的調(diào)試GLS環(huán)境可以讓您對RTL（寄存器傳輸級別）運(yùn)行的DDR協(xié)議的STA視角充滿信心，并且可以提供關(guān)注數(shù)字和時(shí)序方面的良好信心。由于RTL的時(shí)序可見性，本文整理了DDR的GLS（門級仿真）驗(yàn)證中通常報(bào)告的廣泛問題，并通過大量示例強(qiáng)調(diào)了在GLS環(huán)境中快速有效地關(guān)閉DDR的重要調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)。

RTL環(huán)境沒有任何時(shí)序感知，因此設(shè)計(jì)中沒有慣性/傳播延遲，但是當(dāng)我們移動(dòng)時(shí)進(jìn)入GLS設(shè)置后，這些進(jìn)入了畫面并且必須得到有效處理，以便模仿實(shí)際的硅行為，同時(shí)不會(huì)使事情過于悲觀。在邏輯單元的輸入處，持續(xù)時(shí)間小于慣性延遲的脈沖將不能在該邏輯單元的輸出處引起任何轉(zhuǎn)變，邏輯門表現(xiàn)出的這種現(xiàn)象稱為慣性延遲傳播。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GLS仿真工具通常將傳播延遲視為該邏輯門的慣性延遲。仿真工具采用的這種建模是對實(shí)際硅行為的相當(dāng)好的抽象，事實(shí)上，它很好地模擬了通過單級邏輯門的信號(hào)傳播。但是在IO等復(fù)雜門的情況下，這種行為是不可取的，其本質(zhì)上是多級的，并且一旦信號(hào)使其經(jīng)過第一級，就保證它將成功地傳播通過IO單元。由于仿真工具不了解邏輯單元的這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此即使對于多級IO，它也會(huì)抑制脈沖，如圖1所示。

圖1：默認(rèn)的GLS仿真行為是抑制所有小于門延遲的轉(zhuǎn)換

現(xiàn)在要解決這個(gè)問題，有兩種解決方案可能。

第一種解決方案是手動(dòng)更新SDF并將延遲更新為更小的值。這種方法適用于正確傳播信號(hào)，但這種方法不正確，因?yàn)樾碌难舆t不代表實(shí)際的延遲，可能會(huì)抑制其他潛在的功能問題。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的GLS模擬器確實(shí)有能力/開關(guān)可以允許/禁止通過細(xì)胞的一定寬度的脈沖。例如“拒絕＆amp;錯(cuò)誤設(shè)置“使用時(shí)將傳播寬度大于'錯(cuò)誤設(shè)置'的所有信號(hào)。雖然它會(huì)傳播信號(hào)的未知值，寬度介于'reject＆amp;錯(cuò)誤設(shè)置'它將完全消除寬度小于'拒絕設(shè)置'的信號(hào)。一個(gè)例子如下表所示。

表1：Pulse_e/Pulse_r行為

基于時(shí)序小組完成的平衡的時(shí)鐘選擇

在RTL設(shè)置中，由給定源驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘到達(dá)同一節(jié)點(diǎn)的所有節(jié)點(diǎn)瞬間但是當(dāng)我們轉(zhuǎn)向GLS設(shè)置時(shí)，時(shí)鐘偏移進(jìn)入圖像并因此可能產(chǎn)生定時(shí)問題，其中從相同源導(dǎo)出的兩個(gè)時(shí)鐘路徑可能具有偏斜，使得DDR數(shù)據(jù)/時(shí)鐘路徑不能平衡所有可能的組合。輸入時(shí)鐘是DDR設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)，因?yàn)樗衅渌盘?hào)都是根據(jù)輸入時(shí)鐘周期和占空比得出的。可能存在多個(gè)時(shí)鐘源可用作控制器輸入時(shí)鐘的情況。通常，來自任何一個(gè)時(shí)鐘源的路徑是平衡的，建議用于DDR輸入時(shí)鐘。 DDR_CLK，DDR_DQS等信號(hào)有嚴(yán)格的要求傳播到外部DDR存儲(chǔ)器的占空比，高時(shí)間，低時(shí)間等，這些都需要滿足DDR的正確操作。寫入側(cè)的大多數(shù)與占空比要求相關(guān)的故障可能是由于DDR控制器輸入上的時(shí)鐘占空比不正確。必須正確地確保我們使用滿足時(shí)序的正確時(shí)鐘源，以避免不必要的調(diào)試。下面提到了相同的例子，其中存儲(chǔ)器輸入端的DQS占空比數(shù)據(jù)已經(jīng)被選為DDR控制器時(shí)鐘的2個(gè)不同時(shí)鐘源捕獲。

DDR_CLK頻率：400MHz（~2.5ns）

表2：不同層次結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘占空比在系統(tǒng)中

在焊盤上用于轉(zhuǎn)儲(chǔ)SDF的負(fù)載

I/O在定時(shí)感知GLS DDR驗(yàn)證方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。滿足焊盤輸入的時(shí)序，并且從焊盤的自由文件中提供的信息中轉(zhuǎn)儲(chǔ)I/O延遲。有時(shí)，從控制器到焊盤輸入的路徑被正確地滿足并平衡，但仍然可以看到故障。這可能是由于I/O引入的錯(cuò)誤延遲，這些延遲位于主機(jī)控制器和外部DDR存儲(chǔ)器之間的路徑中。延遲實(shí)際上取決于施加到襯墊的負(fù)載。因此，在生成SDF時(shí)，需要注意必須應(yīng)用將在船上使用的正確和實(shí)際負(fù)載。如果不這樣做，將導(dǎo)致在SDF中產(chǎn)生非常悲觀的定時(shí)電弧，當(dāng)在GLS仿真中反標(biāo)注時(shí)會(huì)產(chǎn)生虛假故障。這些問題很難調(diào)試，需要付出很多努力。

表3：悲觀負(fù)載v/s實(shí)際負(fù)載

輸出緩沖器使能（OBE）時(shí)序要求

大多數(shù)DDR控制器設(shè)計(jì)都是為了驅(qū)動(dòng)OBE（輸出緩沖器使能） DQ（數(shù)據(jù)）和DQS（Strobe）焊盤本身可以用于寫入/讀取相同的焊盤。由于各種原因，OBE時(shí)序通常在路徑計(jì)時(shí)時(shí)被忽略，但在DDR的情況下這樣做會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)果。例如，在DDR協(xié)議的讀/寫期間，在READ/WRITE命令之后和DQS的第一個(gè)上升沿之前的DQS上的LOW狀態(tài)被稱為讀/寫前同步碼;同樣在最后一個(gè)數(shù)據(jù)輸入之后DQS上的LOW狀態(tài)元素稱為讀/寫后同步碼。前導(dǎo)碼部分為接收設(shè)備提供定時(shí)窗口，以便在選通信號(hào)上存在已知/有效電平時(shí)啟用其數(shù)據(jù)捕獲電路，從而避免對捕獲電路的錯(cuò)誤觸發(fā)。 UIT。在前同步碼之后，選通脈沖將在數(shù)據(jù)突發(fā)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)以與時(shí)鐘信號(hào)相同的頻率切換。在寫入期間對于該最小前導(dǎo)碼寬度存在一定的時(shí)序要求，例如DDR2為0.35Ck，DDR3為0.9Ck，應(yīng)該滿足。類似地，對寫后同步時(shí)序有要求。對于DDR2，這是0.4Ck-0.6Ck，對于DDR3，最小為0.3CK。如果DDR GLS遇到最常見的問題，則違反這些參數(shù)。

圖2：DDR前導(dǎo)碼和后同步碼

DDR焊盤的壓擺率設(shè)置：

焊盤的特點(diǎn)是不同的壓擺率決定了每單位時(shí)間輸出電壓的變化率。這些設(shè)置對RTL仿真沒有任何影響，因?yàn)闆]有延遲，但在GLS仿真中，延遲進(jìn)入畫面，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置以避免任何不必要的調(diào)試變得至關(guān)重要。系統(tǒng)中不同焊盤的時(shí)序通常以最大轉(zhuǎn)換速率滿足，但可以根據(jù)各種參數(shù)而不同。一個(gè)這樣的例子是，對于像DDR這樣的協(xié)議的最大壓擺率，可以看到反射和干擾的問題。對于此參數(shù)的不同設(shè)置，打擊墊延遲變化太大。這些是根據(jù)最終將在驗(yàn)證板和測試儀上使用的負(fù)載和電阻值決定的。我們必須確保使用正確的打擊墊設(shè)置運(yùn)行我們的模擬，以便在預(yù)期結(jié)果和觀察結(jié)果之間沒有間隙。

下表包含推薦的SRE設(shè)置的數(shù)據(jù)，用于不同的接口之一SoC的。

表4：SoC不同接口的推薦壓擺率設(shè)置

字符I/O中的問題：

這方面只是在GLS中而不是在RTL中可見的，如果從開始確?？梢源_保我們可以最小化迭代調(diào)試和反饋驗(yàn)證和STA。為了給出背景，每個(gè)單元都有上升弧和下降弧所提到的延遲。任何單元的延遲都直接來自自由文件，其中包含PVT延遲的信息。電池的這些上升和下降時(shí)間可以彼此不同。但是像DDR這樣的協(xié)議對占空比，高時(shí)間，低時(shí)間等有嚴(yán)格的要求，這些都需要滿足協(xié)議的正確操作。在設(shè)計(jì)中，通常使用對稱緩沖器和單元，其具有幾乎相同的上升和下降時(shí)間，使得諸如CLK，DQS等的關(guān)鍵信號(hào)的路徑是平衡的。但有可能I/O的上升和下降時(shí)間之間存在巨大差異，因?yàn)楸碚鲉栴}會(huì)導(dǎo)致占空比失真，從而導(dǎo)致內(nèi)存端的違規(guī)。

圖3：上升 - 下降延遲弧的差異導(dǎo)致違反占空比要求

SDF延遲舍入是高速GLS驗(yàn)證的殺手

測試平臺(tái)具有定義事件粒度的時(shí)間表模擬設(shè)計(jì)。在時(shí)間刻度語句中，第一個(gè)值是時(shí)間單位，第二個(gè)值是模擬的精度。對于高速電路，應(yīng)該非常仔細(xì)地定義時(shí)標(biāo)精度。通常，時(shí)間刻度在測試平臺(tái)中定義為1ns/10ps，這意味著所有延遲將四舍五入到最接近的10ps。但是在DDR這樣的高速協(xié)議中，時(shí)序非常關(guān)鍵，邊距可以非常?。ㄒ云っ霝閱挝唬＠?，如果數(shù)據(jù)路徑中有10個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)的延遲為26ps，如果時(shí)間刻度為1ns/10ps，則所有這些延遲將四舍五入為30ps，因此將在GLS中引入40ps的不準(zhǔn)確度。這將導(dǎo)致GLS中的錯(cuò)誤時(shí)序違規(guī)。必須更新模擬環(huán)境以具有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間尺度以迎合這些問題。

應(yīng)解決內(nèi)存錯(cuò)誤

通常，不同供應(yīng)商提供的模型可用于模擬。這些模型可以是Verilog模型或Denali模型。這些模型由Micron，Spansion，Macronix等內(nèi)存供應(yīng)商提供。出于模擬目的，Denali模型應(yīng)該是首選，因?yàn)檫@些模型對所有時(shí)序參數(shù)和協(xié)議進(jìn)行了非常嚴(yán)格的檢查，并且還包括CK/DQS/DQ之間的抖動(dòng)和偏斜因此非常接近將在板上使用的實(shí)際存儲(chǔ)器。如果在存儲(chǔ)器接口違反任何時(shí)序規(guī)范，則模型會(huì)標(biāo)記錯(cuò)誤。在RTL仿真中，沒有延遲，如果正確配置了時(shí)序參數(shù)，則通常不會(huì)遇到這些錯(cuò)誤。但是在圖像延遲的GLS模擬中，可能會(huì)發(fā)生一些參數(shù)被違反并且會(huì)拋出錯(cuò)誤。應(yīng)仔細(xì)審查這些錯(cuò)誤，并且必須予以解決。通常在寫入周期期間遇到問題，此時(shí)信號(hào)由控制器發(fā)出并到達(dá)存儲(chǔ)器。在讀取周期期間，信號(hào)由模型本身生成并到達(dá)控制器。為Denali存儲(chǔ)器提供了許多開關(guān)，它們控制各種參數(shù)，例如允許的差分偏移，將存儲(chǔ)器初始化為某個(gè)值，禁止從存儲(chǔ)器發(fā)送錯(cuò)誤消息。應(yīng)該注意不要傳遞這樣的開關(guān)，這可能會(huì)掩蓋任何錯(cuò)誤。