专利名称：一种时钟网络布线的曼哈顿平面化切割线生成方法
技术领域：
本发明属于电子自动化设计技术领域，具体涉及一种适用于斜线划分的时钟网络布线的曼哈顿平面化切割线的生成方法。
背景技术：
随着集成电路设计、工艺技术的飞速发展以及应用市场不断增长的需求，高性能电路特别是高速、低功耗的芯片成为集成电路发展的热点。其中，电路规模越来越大，电路的工作频率也越来越高。而高频高性能的大规模集成电路比如片上系统(SOC)中的时钟分布电路的设计就成为一个重要的课题。电路的大规模特性，整个时钟网络的连线达到了厘米级，使得时钟连线的延迟超过了电路单元延迟，将严重影响整个电路的性能。因此，就要在时钟布线时保证时钟信号能够无偏差(零时滞)或者按照指定时滞到达各个时钟接受端。同时，由于电容对于时钟频率的相关性，在电路工作频率不断上升的情况下，我们考虑电容效应对于信号完整性的影响，对整个时钟网络进行综合布线，进行连线调整和插入缓冲器以保证电路功能正常。
这些年来，研究领域提出了许多针对时钟网络布线的方法。但是，始终没有很成熟的，面向SoC的，同时应用于IP内部和IP之间的有效时钟网络自动化布线方法。目前在此领域中对于时钟树的布图算法主要有以下几种1)传统的基于3M基础上的划分方法和布线。这种布线方法只能满足于线长模型下，均匀时钟接收端点分布的平面化时钟树问题。2)Max-Min算法给定输入源的位置，根据“最大原则”和“最小原则”获得最短路径的平面布线。这也是基于线长模型的连线算法。3)同时对时钟接受端进行拓扑划分和连线的DME算法以及在此基础上衍生的planar-DME算法。这是基于线长和elmore模型的一种算法。但是此种算法得到结果是在欧几里得平面上的结果。不满足布线要求，这就面临着把欧式平面上的连线转化到曼哈顿平面上的问题。
针对于此，本发明把斜线划分后产生的欧几里得平面上的连线转化到曼哈顿平面上，获得平面化的时钟树。算法针对planar-DME的斜线划分算法和满足planar-DME划分算法得到的连线特性的其他衍生划分算法，在满足保持原有拓扑结构，平面化的特性基础上，依据时钟接收点分布的间隔标准，对欧几里得平面上的拓扑树及其各层节点生成曼哈顿平面上的布线通道。目前国际上对划分算法的研究基本止于欧几里得平面化的划分，没有具体的关于曼哈顿平面划分算法的实现。
参考文献[1]Michael A.B.Jackson，Arvind Srinivasan，a nd E.S.Kuh，“Clock routing forhigh-performance Ics”，27th Design Automation Conference，Orlando，1990，pp573～579[2]M.Edahiro，“Minimum skew and minimum path length routing in VLSI layout design，”NEC Res.Devel.Vol.32 no.4，pp.569-575，Oct.1991[3]Andrew B.Kahng，and Chung-Wen Albert Tsao，“Planar-DMEA Single-LayerZero-Skew Clock Tree Router”，IEEE Transactions on Computer-Aided Design of IntegratedCircuits and Systems，vol.15，no.1，January 1996，pp8-19[4]金剑松、周丽丽、赵文庆、曾璇，“GHz零时滞时钟树物理布图的虚拟通道布线算法”，计算机辅助设计和图形学学报[5]Andrew B.Kahng，and Chung-Wen Albert Tsao，“Low-cost single-layer clock treeswith exact zero Elmore delay skew”，International Conference on Computer-Aided Design，SanJose，1994，pp213～218.
发明内容
本发明的目的在以提出一种启发式算法，对斜线划分后的时钟网络布线的生成满足曼哈顿平面化的切割线网络形成布线通道。
本发明提出的时钟网络布线的曼哈顿平面化的切割线网络生成方法，是一种针对已有欧几里得平面化拓扑结构进行曼氏平面上两点间连线的启发式算法。
设z为平面上给定的n个点的集合，其拓扑结构为T，已知这些点的某个欧几里得连接方式Y，将Y转换成曼哈顿平面上这n个点的连接X，使得这种连接X满足以下条件保持Z的拓扑结构T不变，保证X得平面化。
对于整个拓扑结构树来说，每棵子树的算法步骤相同，以一棵子树来说，其具体步骤如下步骤1基本切割线的生成确定本层切割线的基本方向 Cd(0)为初始切割线的方向，设定为垂直或者水平。CdM(S)和CdN(S)为从本层子树的父节点S引向左右两个子节点M和N的切割线方向。取上层切割线方向Cds(S-1)的正交方向为本层切割线方向，并根据切割线方向引曼氏连线到基本子树的子节点；步骤2根据障碍区确定可布线区域(a)障碍区归类根据障碍区的顶点在布线区域中的分布情况，将障碍按照水平和垂直分布归类，同时我们得到相应虚实顶点的分布情况；(b)障碍区合并将所有的相同类型的障碍区域的边界合并起来，得到所有垂直障碍区域的集合即最大垂直障碍区VON(S)和所有水平障碍区域的集合即最大水平障碍区HON(S)；(c)可布线区域的生成根据垂直和水平障碍区域的相交情况1)不相交，2)虚实顶点互交3)虚顶点互交三种情况应用可布线区域的生成规则规则1当垂直和水平障碍区域不相交的时候，由垂直和水平障碍区域的边界构成的多边形就是可布线区域；规则2如果有且只有一个为虚顶点，保持相交点为实顶点的障碍区边界，将公共障碍区和实顶点相邻的两条边按照一定宽度D拓展和虚定点的两条邻边重新构成一个矩形区域，在相交点为虚定点的障碍区中去除此部分得到新的障碍区边界；规则3如果两个相交点都是虚顶点，选定其中一个到本障碍区所属布线区(即垂直障碍区的顶点到垂直布线区)距离最小的虚顶点，对这个顶点所在障碍区进行调整，调整方法如法则2种所述，其中实顶点用另一虚顶点代替。如前所述在此合并得到新的调整后的水平和垂直障碍区；通过上述规则1，2，3的反复运用，就可以找到所要求的曼哈顿平面直线所在的通路，根据此通路调整基本切割线就得到最终切割线；步骤3切割线连通每一层的下层切割线完成并返回到本层后，判断两层切割线是否相连，如果不相连，则扩展本层切割线，使得相邻两层切割线相连通，使最终的切割线成为一个连通的布线网络通道。
这样，就将在欧几里得平面上的连线转换到了曼哈顿平面上构成了切割线布线通道网络。
发明原理的特点是(1)首先根据上层切割线的方向生成基本切割线。这一过程主要是确定切割线走向，使得上下层切割线相连通并保证切割线在布线区域的边界上。
(2)根据障碍区信息求出可布线区域，在可布线区域中对基本切割线进行折叠调整。这一步保证了切割线生成自上而下的一个平面化过程，并且在布线区域中对基本切割线进行调整，保证了线长不变，使得整棵树的连线在折叠后仍然保持现长平衡。
(3)在寻找障碍区时根据所有障碍区的不同模式采用不同的法则变换障碍区边界，迭代有限次后求出可布线区域。全面的考虑了所有的情况并归纳出规律简化了求解过程。
本发明有如下优点(1)方法的通用性和自动性这一转换方法是针对任意分布的时钟接收端的斜线拓扑结构的划分结果得到的，对于时钟接收端的物理和几何分布都没有任何约束条件。因此该方法具有通用性。同时，整个过程自上而下，根据输入产生输出，无需人工干预和调整，可以自动进行。
(2)算法的严密性和简约性这一算法详细地分析了所有下层障碍区对上层布线的影响并且定义了几种障碍区以及他们的相交模式，制定了相应的法则来最大化障碍区，通过清晰简洁的算法求出可布线区域，保证了最后切割线生成的平面化，并将各种不同模式的复杂情况根据原则进行了简化。
图1为时钟接受点为8的一个区域的拓朴结构图示，图1(a)是已知时钟接受点的集合S＝{s0，s1，s2，s3..s7}的分布，图1(b)是已知时钟接受点的拓扑树。
图2为基本切割生成，其中，图2(a)是从S引向它的两个子节点M和N的切割线方向示意图，图2(b)是产生的从S到两个子节点的基本切割线。
图3为切割线调整图示，其中，图3(a)所示为在布线区域中的障碍区示意图，图3(b)是根据障碍区调整后的切割线示意图。
图4是最后的切割线生成结果。
图5(a)为有四个时钟接收点的给定分布，图5(b)为给出的拓扑结构，图5(c)为根据给定时钟分布和拓扑结构后得到的曼哈顿平面切割线。
图6为500时钟接收点实例图示，其中，图6(a)为500个时钟接收端点的时钟分布和拓扑结构划分，图6(b)为生成的曼哈顿平面切割线。
具体实施例方式
下面通过具体实施例子进一步说明本发明。
设时钟接收点数为八的一个给定分布，已经产生的拓扑结构和欧几里得连线如图1所示(1)首先根据输入拓扑结构父子层嵌入点的位置，产生基本切割线。如图2所示。
首先假定初始切割线为垂直方向，则取垂直的正交方向水平为S到他的两个子节点的切割线方向，从父节点向两个子节点引水平方向直线到达子节点的x坐标，产生的直线连接起来为这个颗子树的基本切割线。
(2)根据障碍区确定可布线区域调整基本切割线对于每一个嵌入点以及它所连接的两个子节点，构成一个基本子树，自顶向下递归访问每一棵子树，搜索水平和垂直障碍区，得到如图2(a)所示的阴影部分为水平障碍区，合并水平两个水平障碍区得到最大化水平障碍区，此时垂直障碍区集合为空集，则垂直和水平障碍区没有交集，根据可布线区域生成法则1，可求得布线区域中水平障碍区以外的部分均为可布线区域，沿着可布线区域边界调整基本切割线，得到如图2(b)所示的切割线。
(3)切割线的连通最后将未连接的切割线进行连接，得到完整的切割线网络。如果上下层切割线已经相连，则不做调整，如果上下层切割线未相互连接，则对切割线作相应延长，使两者相连。如图4所示。
实验结果表明通过本发明的算法，可以成功快速地实现欧几里得平面上的连线到曼哈顿平面上的转换，而且因为对障碍区的搜索限定在布线区域中，只通过对障碍区边界的变换得到可布线区域并生成切割线，相比其它连线生成算法如线探索和迷宫算法更加简单，目标明确；从而节省连线生成时间。同时解决了将planar-DME等欧几里得连线方法转换到欧式平面上并保持原有拓扑结构，平面化和曼哈顿线长的问题。
下面是几个从输入的拓扑结构得到的切割线实例。如图5所示，其中，图5(a)为四个时钟接受点的给定分布，图5(b)为给出的拓朴结构，图5(c)为根据给定时钟颁和拓朴结构得到的曼哈顿平面切割线。图6为500个sink点的实例。其中，图6(a)为500个时钟接收端点的时钟颁和拓朴结构划分，图6(b)为生成的曼哈顿平面切割线。
权利要求
1.一种时钟网络布线的曼哈顿平面化的切割线生成方法，设z为平面上给定的n个点的集合，其拓扑结构为T，已知这些点的某个欧几里得连接方式Y，将Y转换成曼哈顿平面上这n个点的连接X，使得这种连接X满足以下条件保持Z的拓扑结构T不变，保证X得平面化；其特征在于以一棵子树来说，其具体步骤如下步骤1基本切割线的生成确定本层切割线的基本方向 Cd(0)为初始切割线的方向，设定为垂直或者水平，CdM(S)和CdN(S)为从本层子树的父节点S引向左右两个子节点M和N的切割线方向，取上层切割线方向CdS(S-1)的正交方向为本层切割线方向，并根据切割线方向引曼氏连线到基本子树的子节点；步骤2根据障碍区确定可布线区域(a)障碍区归类根据障碍区的顶点在布线区域中的分布情况，将障碍按照水平和垂直分布归类，同时我们得到相应虚实顶点的分布情况；(b)障碍区合并将所有的相同类型的障碍区域的边界合并起来，得到所有垂直障碍区域的集合即最大垂直障碍区VON(S)和所有水平障碍区域的集合即最大水平障碍区HON(S)；(c)可布线区域的生成根据垂直和水平障碍区域的相交情况1)不相交，2)虚实顶点互交3)虚顶点互交三种情况应用可布线区域的生成规则规则1当垂直和水平障碍区域不相交的时候，由垂直和水平障碍区域的边界构成的多边形就是可布线区域；规则2如果有且只有一个为虚顶点，保持相交点为实顶点的障碍区边界，将公共障碍区和实顶点相邻的两条边按照一定宽度D拓展和虚定点的两条邻边重新构成一个矩形区域，在相交点为虚定点的障碍区中去除此部分得到新的障碍区边界；规则3如果两个相交点都是虚顶点，选定其中一个到本障碍区所属布线区距离最小的虚顶点，对这个顶点所在障碍区进行调整，调整方法如法则2种所述，其中实顶点用另一虚顶点代替。如前所述在此合并得到新的调整后的水平和垂直障碍区；通过上述规则1，2，3的反复运用，就可以找到所要求的曼哈顿平面直线所在的通路，根据此通路调整基本切割线就得到最终切割线；步骤3切割线连通每一层的下层切割线完成并返回到本层后，判断两层切割线是否相连，如果不相连，则扩展本层切割线，使得相邻两层切割线相连通，使最终的切割线成为一个连通的布线网络通道。
全文摘要
本发明为一种适用于斜线划分的时钟网络布线的曼哈顿平面化切割线的生成方法。该方法把欧几里得平面上的连线转化到曼哈顿平面上，获得平面化的时钟树，构成切割线布线通道网络。本发明通用性强，可根据输入产生输出自动进行，算法简约而严密。
文档编号G06F17/50GK1560915SQ20041001635
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者卢婷婷, 赵文庆 申请人:复旦大学