【SOC 芯片设计 DFT 学习专栏 -- RTL 中的信号名和 Netlist 中的信号名差异】

Overview

本文将介绍 soc 设计中 RTL-to-Netlist 映射及 RTL 中的信号名和 Netlist 中的信号名差异，

在 SoC设计中，RTL-to-Netlist映射 是从RTL（Register Transfer Level）代码转换为Netlist的过程。这通常涉及将用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写的高层次设计转化为门级网络表，后者由逻辑门及其互连构成。以下详细说明这一过程及其常见的信号命名差异。

RTL-to-Netlist 映射过程

综合（Synthesis）：

由EDA工具（如Synopsys Design Compiler、Cadence Genus等）将RTL代码转化为逻辑门级的描述。
RTL中的逻辑行为会被映射到目标工艺库的基本逻辑单元，如与门（AND）、或门（OR）、触发器（FF）等。
综合过程考虑了时序约束（timing constraints）、功耗优化、面积优化等因素。

优化（Optimization）：

对逻辑单元进行重组、简化或门级优化，以满足设计约束。
包括扇出调整、逻辑折叠、路径延迟优化等。

信号名映射：

在RTL到Netlist映射中，信号名可能会由于工具生成机制而发生变化。
原因包括逻辑优化、资源共享、层级展平（flattening）或冗余信号移除等。

RTL与Netlist中信号名的差异*

差异原因

层级结构的展平：

RTL代码中常以模块化设计，信号名保留其模块名层级。
在Netlist中，为了方便优化和分析，工具可能将设计展平（flattening），信号名因此丢失层级信息或以新规则命名。

例子：

verilog 复制代码

// RTL 中的代码
module top();
    wire a;
    submodule u1(.b(a));
endmodule
module submodule(input b);
    wire c;
    assign c = b & 1'b1;
endmodule

信号名变化：

RTL: top.u1.b
Netlist: u1_b 或 top_b

逻辑优化或重命名：

在综合过程中，冗余信号可能被优化掉或重新命名。
工具也可能根据逻辑用途生成新名。

例子：

verilog 复制代码

// RTL 中的信号
wire temp_signal = input1 & input2;

综合后若 temp_signal 被优化：

Netlist中可能直接消失或者映射为内部信号：

net_12345

资源共享的信号变更：

多个实例化模块或信号可能因共享逻辑单元而合并，信号名发生变化。

时钟、复位信号的重命名：

工具为时钟/复位等全局信号添加特定前缀或后缀，例如 clk_ 或 reset_。

常见的映射规则

如果不展平层级，Netlist信号名通常是 顶层模块名.子模块名.信号名。
如果展平层级，Netlist信号名常以 实例名_信号名 格式表示。
临时信号、优化信号可能生成伪随机ID名，如 net1234。

具体信号映射实例

例子：简单寄存器

RTL代码：

verilog 复制代码

module example(input clk, input rst, input d, output reg q);
    always @(posedge clk or posedge rst) begin
        if (rst)
            q <= 1'b0;
        else
            q <= d;
    end
endmodule

Netlist映射：

verilog 复制代码

DFF_X1 q_reg ( // D触发器实例
    .D(d),
    .CK(clk),
    .Q(q)
);

信号映射：

RTL 信号名：q
Netlist 信号名：保持 q 或自动重命名为 q_reg_Q。

例子：优化过程的差异

RTL代码：

verilog 复制代码

assign out = a & b & c;

优化后Netlist：

verilog 复制代码

NAND3_X1 U1 (.A1(a), .A2(b), .A3(c), .ZN(net_5678));
INV_X1 U2 (.A(net_5678), .ZN(out));

信号映射：

RTL 信号名：out
Netlist 信号名：逻辑分解后可能引入中间信号 net_5678。

小结

在RTL到Netlist映射中，信号名差异主要由层级展平、逻辑优化和工具重命名规则引起。
理解信号的功能和工具生成规则，可以更方便地在两者间导航。
可以通过保存综合报告或启用工具设置来保留更多可追踪性信息，例如 -keep_hierarchy 参数或信号标签文件。