本附录将介绍标准寄生参数提取格式（$SPEF$），它是$IEEEStd1481$标准的一部分。

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C.1 基础(Basics)

$SPEF$允许以$ASCII$交换格式描述设计的寄生信息（$R$，$L$和$C$）。用户可以读取和检查$SPEF$文件中的值，尽管用户永远不会手动创建此文件。它主要用于将寄生信息从一个工具传递到另一个工具。图C-1显示了$SPEF$可以由诸如布局布线工具或寄生参数提取工具之类的工具生成，然后交由时序分析工具用于电路仿真或执行串扰分析。

寄生参数可以在许多不同的层次上表示。$SPEF$支持分布式（distributed net）网络模型、（reduced net）简化网络模型和（lumped capacitance）集总电容模型。在分布式网络模型（$D\_NET$）中，网络走线的每段都有其自己的$R$和$C$。在简化网络模型（$R\_NET$）中，在网络的负载引脚上考虑一个简化的$R$和$C$，而在网络的驱动引脚上考虑一个$\pi$模型（$C-R-C$）。在集总电容模型中，仅为整个网络指定一个电容。图C-2显示了物理网络走线的一个示例，图C-3显示了分布式网络模型，图C-4显示了简化的网络模型，图C-5显示了集总电容模型。

互连寄生效应取决于工艺，$SPEF$支持最佳（best-case）、典型（typical）和最差（worst-case）三种情况。允许$R$、$L$和$C$值、端口压摆和负载使用此三种不同情况下的值。

通过提供一个包含网络名称和实例名称映射到索引的一个名称映射（name map），可以有效地减小$SPEF$文件的大小，更重要的是，所有较长名称仅出现在一个位置。

设计的$SPEF$文件可以拆分为多个文件，也可以分层。

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C.2 格式(Format)

$SPEF$文件的格式如下：

header_definition
[ name_map ]
[ power_definition ]
[ external_definition ]
[ define_definition ]
internal_definition

header_definition包含了基本信息，例如$SPEF$版本号、设计名称以及$R$，$L$和$C$的单位。name_map指定了网络名称和实例名称到索引的映射。power_definition声明了电源网络和地网络。external_definition定义了设计的端口。define_definition中指出了$SPEF$还在其它文件中进行描述了的那些实例。internal_definition包含的是文件的核心——设计的寄生参数。

图C-6显示了header_definition的示例：

• *SPEF name 指定了SPEF的版本号；
• *DESIGN name 指定了设计的名称；
• *DATE string 指定了创建文件时的时间戳；
• *VENDOR string 指定了用于创建$SPEF$的供应商工具；
• *PROGRAM string 指定了用于生成$SPEF$的程序；
• *VERSION string 指定了用于创建$SPEF$的程序的版本号；
• *DESIGN_FLOW string string string . . . 指定了在什么阶段创建$SPEF$文件。它描述了有关$SPEF$文件的信息，这些信息无法通过读取文件来获得。

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预定义的字符串值为：

• EXTERNAL_LOADS：外部载荷在$SPEF$文件中完全指定。
• EXTERNAL_SLEWS：外部压摆在$SPEF$文件中完全指定。
• FULL_CONNECTIVITY：$SPEF$中存在逻辑网表连接。
• MISSING_NETS：$SPEF$文件中可能缺少某些逻辑网络。
• NETLIST_TYPE_VERILOG：使用$VerilogHDL$类型命名约定。
• NETLIST_TYPE_VHDL87：使用$VHDL87$命名约定。
• NETLIST_TYPE_VHDL93：使用$VHDL93$网表命名约定。
• NETLIST_TYPE_EDIF：使用$EDIF$类型命名约定。
• ROUTING_CONFIDENCE：（正整数）所有网络的默认走线置信度，基本上是寄生精度的水平。
• ROUTING_CONFIDENCE_ENTRY：补充走线置信度值。
• NAME_SCOPE_LOCAL | FLAT：指定了$SPEF$文件中的路径是相对于文件还是相对于设计顶层。
• SLEW_THRESHOLDS：（low_input_threshold_percent，high_input_threshold_percent）指定了设计的默认输入转换阈值。
• PIN_CAP NONE | INPUT_OUTPUT | INPUT_ONLY：指定了作为总电容一部分的引脚电容类型，默认值为INPUT_OUTPUT。

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在header definition字段中:

• *DIVIDER / 指定了层次结构分隔符。可以使用的其它字符是. , :和/。
• *DELIMITER ：指定了实例与其引脚之间的分隔符。可以使用的其它可能字符是. , / , : 或者 |。
• *BUS_DELIMITER [ ] 指定了用于标识总线位的前缀和后缀。可以用于前缀和后缀的其他可能字符是{ , ( , < , :， .和} , ), >。
• *T_UNIT 正整数 NS | PS 指定了时间单位。
• *C_UNIT 正整数 PF | FF 指定了电容单位。
• *R_UNIT 正整数 OHM| KOHM 指定了电阻单位。
• *L_UNIT 正整数 HENRY | MH | UH 指定了电感单位。

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$SPEF$文件中的注释可以两种形式出现：

// Comment - until end of line.

/* This comment can
extend across multiple
lines */

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下面是名称映射形式，同时图C-7展示了一个名称映射的示例：

*NAME_MAP
*positive_integer name
*positive_integer name
. . .

名称映射将指定名称到唯一整数值（它们的索引）的映射。名称映射有助于通过索引来对名称进行引用从而减小文件的大小，名称可以是网络名称或实例名称。考虑图C-7中的名称映射，以后可以使用它们的索引在$SPEF$文件中引用这些名称，例如：

*364:D // D pin of instance
	// mcdll_write_data/write19/d_out_2x_reg_19
*11172:Y // Y pin of instance
		 // Tie_VSSQ_assign_buf_318_N_1
*5426:116 // Internal node of net
	// mcdll_read_data/read21/capture_pos_0[21]
*5426:10278 // Internal node of net *5426
*12 // The net int_d_out[57]

因此，名称映射会通过使用其唯一的整数表示来避免重复长名称及其路径。

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power definition部分定义了电源和接地网络：

*POWER_NETS net_name net_name . . .
*GROUND_NETS net_name net_name . . .

以下是一些示例：

*POWER_NETS VDDQ
*GROUND_NETS VSSQ

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external_definition包含了设计的逻辑和物理端口的定义。图C-8显示了逻辑端口的示例，逻辑端口可以以下形式描述：

*PORTS
port_name direction { conn_attribute }
port_name direction { conn_attribute }
. . .

其中port_name可以是形式为*positive_integer的端口索引。方向为$I$表示输入，$O$表示输出，$B$表示双向。连接属性（conn_attribute）是可选的，可以是以下属性：

• *C number number：端口的坐标。
• *L par_value：端口的电容负载。
• *S par_value par_value：定义端口上的波形。
• *D cell_type：定义端口的驱动单元。

可以使用以下命令定义$SPEF$文件中的物理端口：

*PHYSICAL_PORTS
pport_name direction { conn_attribute }
pport_name direction { conn_attribute }
. . .

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define definition部分定义了当前$SPEF$文件中引用的实例，但其寄生参数在其它$SPEF$文件中进行了描述：

*DEFINE instance_name { instance_name } entity_name
*PDEFINE physical_instance entity_name

当实例是物理分区（而不是逻辑层次结构）时，将使用*PDEFINE。以下有些例子：

*DEFINE core/u1ddrphy core/u2ddrphy “ddrphy”

这意味着将存在另一个带有*DESIGN值ddrphy的$SPEF$文件，该文件将包含设计ddrphy的寄生参数，其可能具有物理和逻辑层次结构。跨越层次边界的任何网络都必须描述为分布式网络（$D\_NET$）。

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internal definition部分包含了$SPEF$文件的核心，即设计中网络的寄生参数。基本上有两种形式：分布式网络$D\_NET$和简化网络$R\_NET$。图C-9中为一个分布式网络定义的示例：

第一行中的*5426是网络的索引号（网络名称请参见名称映射），0.899466是网络上的总电容值。电容值是网络上所有电容的总和，其中包括假定为接地的交叉耦合电容，还包括负载电容。它可能包含也可能不包含引脚电容，具体取决于*DESIGN_FLOW定义中的PIN_CAP设置。

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connectivity section描述了网络的驱动和负载引脚：

*CONN
*I *14212:D I *C 21.7150 79.2300
*I *14214:Q O *C 21.4950 76.6000 *D DFFQX1

*I表示内部引脚（ *P表示端口），*14212：D表示实例*14212的D引脚，*14212是一个索引号（有关实际名称需参见名称映射）。I表示网络上的负载（输入引脚），O表示网络上的驱动（输出引脚）。*C和*D如先前在connection attributes中所定义的那样，*C定义了引脚的坐标，*D定义了引脚的驱动单元。

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capacitance section描述了分布式网络的电容，电容单位在之前已用*C_UNIT指定。

*CAP
//version 1
1 *5426:10278 *5290:8775 0.217446
2 *5426:10278 *16:3754 0.0105401
3 *5426:10278 *5266:9481 0.0278254
4 *5426:10278 *5116:9922 0.113918
//version 2
5 *5426:10278 0.529736

第一个数字是电容标识符。电容规范有两种形式： 第一种到第四种一种形式，第五种是另一种形式。第一种形式（第一至第四种）指定两个网络之间的交叉耦合电容，而第二种形式（$id$为$5$）指定接地电容。因此，在电容$id1$中，网络*5426和*5290之间的交叉耦合电容为0.217446；在电容$id5$中，接地电容为0.529736。请注意，第一个节点名称必须是所描述的$D\_NET$的网络名称。网络索引后面的正整数（*5426：10278中的10278）指定内部节点或连接点。因此，电容$id4$表示在内部节点10278的网络*5426和内部节点9922的网络*5116之间存在耦合电容，该耦合电容的值为0.113918。

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resistance section描述了分布式网络的电阻，电阻单位在之前已用*R_UNIT指定。

*RES
1 *5426:10278 *14212:D 0.340000
2 *5426:10278 *5426:10142 0.916273
3 *5426:10142 *14214:Q 0.340000

第一个字段是电阻标识符。因此，该网络具有三个电阻部分。第一个在内部节点*5426：10278与*14212上的$D$引脚之间，电阻值为0.34。使用图C-10中所示的$RC$网络可以更好地理解电容和电阻部分。

图C-11显示了分布式网络的另一个示例。该网络具有一个驱动和两个负载，网络上的总电容为$2.69358$。图C-12显示了与分布式网络相对应的RC网络。

通常，内部定义（internal definition）可以包含以下规范：

• D_NET：逻辑网络的分布式$RC$网络形式。
• R_NET：逻辑网络的简化$RC$网络形式。
• D_PNET：物理网络的分布式形式。
• R_PNET：物理网络的简化形式。

语法如下：

*D_NET net_index total_cap [*V routing_confidence ]
	[ conn_section ]
	[ cap_section ]
	[ res_section ]
	[ inductance_section ]
*END

*R_NET net_index total_cap [ *V routing_confidence ]
	[ driver_reduction ]
*END

*D_PNET pnet_index total_cap [*V routing_confidence ]
	[ pconn_section ]
	[ pcap_section ]
	[ pres_section ]
	[ pinduc_section ]
*END

*R_PNET pnet_index total_cap [*V routing_confidence ]
	[ pdriver_reduction ]
*END

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inductance section用于指定电感，其格式类似于电阻部分。 *V用于指定网络寄生参数的准确性。这些可以单独使用网络指定，也可以使用带有ROUTING_CONFIDENCE值的*DESIGN_FLOW语句进行全局指定，例如：

*DESIGN_FLOW “ROUTING_CONFIDENCE 100”

它指定了寄生参数是在最终单元布局和最终布线之后提取得到的，并且使用了$3d$提取。走线置信度的其它可能值为：

• $10$：统计线负载模型；
• $20$：物理线负载模型；
• $30$：具有位置但没有单元布局的物理分区；
• $40$：使用基于斯坦纳树（steiner tree）的走线估计的单元位置；
• $50$：使用全局走线估计的单元位置；
• $60$：使用斯坦纳走线进行的最终单元布局；
• $70$：使用全局走线进行的最终单元布局；
• $80$：最终单元布局，最终走线，$2d$提取；
• $90$：最终单元布局，最终走线，$2.5d$提取；
• $100$：最终单元布局，最终走线，$3d$提取；

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reduced net是从分布式网络形式简化而来的网络。网络上每个驱动都有一个驱动精简部分（driver reduction section）。驱动精简部分的形式为：

*DRIVER pin_name
*CELL cell_type
// Driver reduction: one such section for each driver
// of net:
*C2_R1_C1 cap_value res_value cap_value
*LOADS // One following set for each load on net:
*RC pin_name rc_value
*RC pin_name rc_value
. . .

*C2_R1_C1表示在网络的驱动引脚上使用$\pi$模型的寄生参数。 *RC结构中的rc_value是指$Elmore$延迟$（R\ast C）$。 图C-13显示了简化后的网络的$SPEF$示例，图C-14以图形方式显示了$RC$网络。

可使用*D_NET或*R_NET结构描述集总电容模型（lumped capacitance model），该结构仅具有总电容而没有其它信息。以下是集总电容声明的示例：

*D_NET *1 80.2096
*CONN
*I *2:Y O *L 0 *D CLKMX2X2
*P *1 O *L 0
*END

*R_NET *17 58.5204
*END

SPEF文件中的值可以采用三元数组的形式来表示工艺变化，例如：

0.243 ： 0.269 ： 0.300

最佳情况下值为0.243，典型情况下值为0.269，最差情况下值为0.300。

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C.3 完整语法

本节描述了$SPEF$文件的完整语法。

可以在字符前面加上反斜杠\来对其进行转义。注释有两种形式：//开始注释直到行尾，而/ * . . . * /是多行注释。

在以下语法中，粗体字符如(，[是语法的一部分。所有结构均按字母顺序排列，起始符号为SPEF_file：

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知乎翻译圣经

静态时序分析圣经翻译计划——附录C：SPEF