TP5 : Dessin de cellules précaractérisées

Introduction

Le but de ce TP est le dessin sous GRAAL d'une cellule inverseuse, d'une porte Nand à 2 entrées et d'une porte And à 2 entrées. Les notions de cellules précaractérisées, de gabarit et de hiérarchie de cellules seront introduites.

Dans les TP précédents nous avons utilisé des cellules d'une bibliothèque. Cette bibliothèque peut être enrichie de nouvelles cellules grâce à l'éditeur GRAAL.

GRAAL est un éditeur de layout symbolique intégrant le vérificateur de règles de dessin DRUC.

Cette séance a pour objectif de dessiner des cellule en tenant compte des règles de dessin fournies​.

Il s'agit tout d'abord de la cellule inverseuse inv sous la forme d'une cellule précaractérisée de la bibliothèque sxlib en respectant les règles de dessin fournies, puis le nand2, et enfin le and2.

2 Environnement technologique

Certains outils utilisent un environnement technologique particulier. Il est désigné la variable d'environnement RDS_TECHNO_NAME qui doit être positionnée à opt/alliance/etc/cmos.rds :

> export RDS_TECHNO_NAME=/opt/alliance/etc/cmos.rds

2.1 GRAAL

L'éditeur de layout GRAAL manipule plusieurs types d'objets différents que l'on peut créer avec le menu CREATE :

• les instances (importation de cellules physiques),
• les boîtes d'aboutement qui définissent les limites de la cellule,
• les segments : DiffN, DiffP, Poly, Alu1, Alu2 ...
• le CAluX est utilisé pour désigner une portion possible pour les connecteurs,
• les VIAs ou contacts :ContDiffN, ContDiffP, ContPoly et Via Metal1/Metal2,
• les Big VIAs,
• les transistors : NMOS ou PMOS.

GRAAL utilise la variable d'environnement GRAAL_TECHNO_NAME. Elle doit être positionnée à /opt/alliance/etc/cmos.graal :

> export GRAAL_TECHNO_NAME=/opt/alliance/etc/cmos.graal

2.2 COUGAR

L'outil COUGAR est capable d'extraire la netlist d'un circuit aux formats .vst ou .al à partir d'une description au format .ap.

Pour extraire au niveau transistor, la commande à utiliser est :

> cougar -t file1 file2

COUGAR utilise les variables d'environnement MBK_IN_PH et MBK_OUT_LO suivant les formats d'entrée et de sortie. Par exemple pour générer une netlist au format .al à partir d'une description .ap il faut écrire :

> export MBK_IN_PH=ap
> export MBK_OUT_LO=al
> cougar -t file1 file2

2.3 YAGLE

L'outil YAGLE est capable d'extraire la description VHDL comportementale d'uncircuit au format .vhd à partir d'une netlist au format .al si celle-ci est au niveau transistor.

L'outil VASY permet de convertir une description VHDL comportementale du format .vhd au format .vbe. La commande à utiliser est :

> export MBK_IN_LO=al
> export YAGLE_BEH_FORMAT=vbe
> yagle -s file1 file2
> vasy -a -I vhd file1 file2

Avant tout vous devez utiliser la commande :

> source avt_env.sh

avec le fichier avt_env.sh​. Cette commande permet de mettre en place l'environnement nécessaire à l'utilisation de YAGLE.

Les documentations pour cet outil se trouvent en :/users/soft/AvtTools2003/doc .

2.4 PROOF

Lorsqu'on veut prouver l'équivalence de deux descriptions comportementales de type dataflow d'un même circuit à n entrées, on peut simuler par asimut des vecteurs pour les deux descriptions et les comparer. Cette solution devient vite coûteuse en temps CPU et il vaut mieux faire appel à un outil de preuve formelle qui effectue la comparaison mathématique des deux réseaux booléens. PROOF réalise cette opération entre les description file1.vbe et file2.vbe par la commande :

> proof file1 file2

3 Le gabarit sxlib

• Les cellules de la bibliothèque sxlib ont toutes une hauteur de 50 lambdas et une largeur multiple de 5 lambda.
• Les alimentations Vdd et Vss sont réalisées en Calu1 ; elles ont une largeur de 6 lambdas et sont placées horizontalement en haut et en bas de la cellule.
• Les transistors P sont placés près du rail Vdd tandis que les transistors N sont placés près du rail Vss.
• Le caisson N doit avoir une hauteur de 24 lambdas :
• Les segments spéciaux CAluX (CAlu1, Calu2, CAlu3...) forment l'interface de la cellule et jouent le rôle de connecteurs "étalés". Ils doivent obligatoirement être placés sur une grille de 5x5 lambdas et peuvent se trouver n'importe où à l'intérieur de la cellule.
• Les segments spéciaux TAlux (TAlu1, TAlu2, ...) servent à désigner les obstacles au routeur Lorsque vous voulez protéger des segments AluX, il faut les recouvrir ou les entourer de TAlux correspondant (même couche). Les TAluX sont placés sur une grille au pas de 5 lambdas.
• La largeur minimale de CAlu1 est de 2 lambdas, plus 1 lambda pour l'extension.
• Les caissons N et P doivent être polarisés. Il faut donc les relier respectivement à Vdd et à Vss.

Le schéma de la figure suivante présente un résumé de ces contraintes :

4 Schémas

Les schéma théoriques d'un inverseur et d'un Nand2 sont présentés dans les figures suivantes :

5 Travail à effectuer

5.1 Réalisation de l'inverseur et du nand2

Pour chacune des deux cellules à réaliser, réaliser les étapes suivantes :

• Décrire le comportement de la cellule dans un fichier au format .vbe.
• Dessiner sur papier un stick-diagram.
• Saisir sous graal le dessin de la cellule en respectant le gabarit SXLIB.
  • On utilisera les largeurs suivantes pour les transistors de la cellule inv : WN = 5, WP = 10.
  • On utilisera les largeurs suivantes pour les transistors de la cellule nand2 : WN = WP = 10.
• Valider les règles de dessin symbolique en lançant la commande DRUC sous graal.
• Utilisez la commande EQUI pour vérifier la connectivité des équipotentielles.
• Extraire la netlist de l'inverseur au format .al avec cougar.
• Utiliser les outils yagle et proof pour vérifier le comportement.
• Créer un Makefile pour automatiser les différentes étapes.

N'oubliez pas que les mans existent ...

5.3 Réalisation d'un And2

Pour cette cellule, réaliser les étapes suivantes :

• Décrire le comportement de la cellule dans un fichier au format .vbe.
• Dessiner sur papier un stick-diagram. Que constatez vous ?
• Saisir sous graal le dessin de la cellule en utilisant les 2 cellules précédemment créées.
• Valider les règles de dessin symbolique en lançant la commande DRUC sous graal.
• Utilisez la commande EQUI pour vérifier la connectivité des équipotentielles.
• Extraire la netlist de l'inverseur au format .al avec cougar.
• Utiliser les outils yagle et proof pour vérifier le comportement.
• Créer un Makefile pour automatiser les différentes étapes.

6 Compte rendu

Vous rédigerez un compte-rendu de deux pages maximum pour ce TP dans lequel vous expliquerez les choix effectués pour la création des cellules, ainsi que la démarche de validation.

Vous joindrez vos fichiers source sans oublier les fichiers Makefile.