Formality：时序变换（二）（不可读寄存器移除）

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一、引言

        时序变换在Design Compiler的首次综合和增量综合中都可能发生，它们包括：时钟门控(Clock Gating)、寄存器合并(Register Merging)、寄存器复制(Register Replication)、常量寄存器移除(Constant Register Removal)、不可读寄存器移除(Unread register removal)、流水线重定时(Pipeline Retiming)、自适应重定时(Adaptive Retiming)、相位反转(Phase Inversion)、多比特寄存器组(Multibit Banking)。

        合适的时序变换越多，就能获得更好的结果质量(QoR)，但时序变换会无法避免地造成等价性检查的困难，因为这改变了逻辑锥的结构。虽然使用SVF文件能够解决大部分的问题（关于SVF文件的介绍，参考Design Compiler：set_svf命令以及svf文件简介一文），但对这些时序变换的了解有助于在不使用SVF文件时进行设置和在SVF文件失效时进行调试。

        本文将详细阐述时序变换中的不可读寄存器的移除，将简单介绍不可读寄存器的概念，有关不可读概念的详细介绍，参考下面的这篇博客。

Formality：不可读(unread)的概念https://chenzhang.blog.csdn.net/article/details/145242304https://chenzhang.blog.csdn.net/article/details/145242304

二、不可读寄存器移除

图1 不可读寄存器的综合

        如图1所示，当Design Compiler识别到不可读寄存器后，它会将其从设计中移除；Formality将自动识别不可读寄存器（无需使用SVF文件和用户设置），一般情况下参考设计中会存在未匹配的不可读寄存器，即使不可读寄存器匹配成功了，默认情况下也不会进行验证（可通过verification_verify_unread_compare_points变量改变）。

三、示例

例1 不可读寄存器

// 参考设计
module unread(input a, b, clk, output z);
reg a_r1, a_r2;

assign z = a_r1;
always@(posedge clk) begin
    a_r1 <= a;
    a_r2 <= a & b; // 没有负载
end
 
endmodule
 
// 实现设计
module unread ( a, b, clk, z );
  input a, b, clk;
  output z;


  DFFQXL a_r1_reg ( .D(a), .CK(clk), .Q(z) );
endmodule

        例1的匹配结果如下所示，可以看出参考设计中存在一个未匹配的不可读点。

*********************************** Matching Results ***********************************
 2 Compare points matched by name
 0 Compare points matched by signature analysis
 0 Compare points matched by topology
 2 Matched primary inputs, black-box outputs
 0(0) Unmatched reference(implementation) compare points
 0(0) Unmatched reference(implementation) primary inputs, black-box outputs
 1(0) Unmatched reference(implementation) unread points
****************************************************************************************

        使用report_unmatched_points -status unread可以显示该点的详细信息，可以看出不匹配的点就是被Design Compiler移除的不可读寄存器，如下所示。

**************************************************
Report         : unmatched_points
                 -status unread 

Reference      : r:/WORK/unread
Implementation : i:/WORK/unread
Version        : O-2018.06-SP1
Date           : Thu Jan 23 22:32:31 2025
**************************************************

1 Unmatched point (1 reference, 0 implementation):

  Ref  DFF        r:/WORK/unread/a_r2_reg

        例1的验证结果如下所示，可以看到即使参考设计中出现了未匹配的寄存器，但由于其被识别为不可读寄存器，因此验证成功。

********************************* Verification Results *********************************
Verification SUCCEEDED
----------------------
 Reference design: r:/WORK/unread
 Implementation design: i:/WORK/unread
 2 Passing compare points
----------------------------------------------------------------------------------------
Matched Compare Points     BBPin    Loop   BBNet     Cut    Port     DFF     LAT   TOTAL
----------------------------------------------------------------------------------------
Passing (equivalent)           0       0       0       0       1       1       0       2
Failing (not equivalent)       0       0       0       0       0       0       0       0
****************************************************************************************

        假设使用RTL描述同时作为参考设计和实现设计，不可读寄存器能够匹配成功，如下所示。

*********************************** Matching Results ***********************************
 2 Compare points matched by name
 0 Compare points matched by signature analysis
 0 Compare points matched by topology
 2 Matched primary inputs, black-box outputs
 0(0) Unmatched reference(implementation) compare points
 0(0) Unmatched reference(implementation) primary inputs, black-box outputs
****************************************************************************************

        验证结果如下所示，可以看出不可读的比较点默认情况下会被归为Not Compared类而不进行验证。

********************************* Verification Results *********************************
Verification SUCCEEDED
----------------------
 Reference design: r:/WORK/unread
 Implementation design: i:/WORK/unread
 2 Passing compare points
----------------------------------------------------------------------------------------
Matched Compare Points     BBPin    Loop   BBNet     Cut    Port     DFF     LAT   TOTAL
----------------------------------------------------------------------------------------
Passing (equivalent)           0       0       0       0       1       1       0       2
Failing (not equivalent)       0       0       0       0       0       0       0       0
Not Compared
  Unread                       0       0       0       0       0       1       0       1
****************************************************************************************

        如果将verification_verify_unread_compare_points变量设置为true，则会对成功匹配的不可读比较点进行验证，如下所示。

********************************* Verification Results *********************************
Verification SUCCEEDED
----------------------
 Reference design: r:/WORK/unread
 Implementation design: i:/WORK/unread
 3 Passing compare points
----------------------------------------------------------------------------------------
Matched Compare Points     BBPin    Loop   BBNet     Cut    Port     DFF     LAT   TOTAL
----------------------------------------------------------------------------------------
Passing (equivalent)           0       0       0       0       1       2       0       3
Failing (not equivalent)       0       0       0       0       0       0       0       0
****************************************************************************************