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在芯片的GDS数据里，使用Calibre对数据进行处理是非常常见的操作，但是GDS是一种和常规设计结构不太一样的一种数据，这里，通过这个小小的科普文章，一起看看怎么样在GDS里边做数据漫游吧！闲言少叙，ICer GO！

Verilog-like 数据结构

在芯片设计的世界中常用的数据结构就是verilog类型的了，通常是由module（设计）和instance（例化）组成，这样通过对module的不断instance，就可以形成一个层次化（hierarchy）的完整设计，在EDA工具里边，不同家对verilog有自己的独特的命名定义

• S家
  • module：design/ref_name
  • instance：cell/leaf_cell
• C家
  • module：cell/ref_lib_cell_name
  • instance：insts/Hinsts

基本在工作中，用上述的名词，就可以完成对verilog-like的数据进行准确的描述。

GDS-like 数据结构

对于GDS数据，由于其添加了很多的物理信息，所以这个数据结构和verilog-like相比，有其特殊性，基于常用的Calibre系列工具，它的数据命名大概类似如下：

基础元素（base element）

• top-cell：当前GDS的顶层设计（top-design），类似verilog里的current_design
• cell：数据库所有的设计，相当于verilog里的module，cell本层可以包含下列的实际结构，可以简单的理解为leaf-instance
  • poly/wire：指定cell下的metal 类型，可以是任何层的物理图案，会出现在最后的wafer上，PS：需要mask的支持
  • text：指定cell下的text，只是字符描述，不会出现在最后的wafer上，PS：常见的芯片logo等字符，其实是用某一层的polygon实现的
  • Via：一个完整的VIA是包含cut、upper和lower layer的，这个不是单纯的metal/text，所以在GDS里边，这个被归为cell*
• ref：指定cell所使用的设计，
  • 如果只有名称，那么可以理解为verilog里的module
  • 如果具备了名称和物理信息，那么可以理解为verilog里的instance。
  • 支持嵌套调用
  • 不支持hierarchy design（ref）

可以看到，整个GDS的主要结构还是仿效verilog-like，但是由于都是基于实际的物理设计，所以对于instance和hierarchy做了一些简化处理。cell/ref可能灵活切换，取决于用户看数据的层级/角度。

• Cell/ref

• Poly/text

具备了上述的数据定义知识，用户就可以通过calibredrv里边提供的命令完成数据的抽取和遍历了。

注意：calibredrv命令默认返回的信息都是去重的（unique ），除非特殊声明

GDS 数据遍历

Calibre的家族可谓博大精深，根据用途，一般可以分为两类

• 对GDS的查看（GUI）和数据遍历：calibredrv系统，启动命令：calibredrv
• 对GDS的进行静态规则检查（DRC/LVS etc.）：calibre系统，启动命令：calibre

这里，使用calibredrv -shell命令，就可以启动calibredrv的命令行模式了，这个时候并不会弹出calibre的GUI，只有一个提示符。

这个也是一个TCL命令接口（PS：这个TCL接口比较古早，不支持命令自动补全 auto-complete，可能对于用惯S家/C家的用户，还是有一些不太习惯。）

加载一个GDS文件
set L [layout create BIST.gds -dt_expand] 

这里的L是GDS创建后的文件句柄，后面所有的操作，都需要借助这个句柄。

1. 获取当前设计（top-cell）

$L topcell

这个GDS的顶层只有一个就是BIST，当然Calibre也支持多个top-cell的GDS数据，但是这个违背了层次化设计规则，建议所有的GDS都有且只有一个topcell

2. 罗列出所有的cell（唯一化过的）

$L cells

这里的返回并没有排序，也没有上下级关系，有点类似于get_designs这类命令。

3. 罗列出指定cell下的第一层引用（ref）

对所有当前层次（cell）下的所有leaf（包含ref）进行罗列，

结合下面的截图，可以看到，只有第一层的高亮ref被返回，所以，类似verilog下的get_cells命令：

4. 对于指定ref，查看在当前设计（top-cell）被引用了多少次

这个例子表明了nand_4p在整个BIST设计下，被例化的16次，每次例化都有不同的物理坐标信息，尽管设计内容是一样的：

所以类似的，在当前top-cell下，top-cell（BIST），并没有被例化过任何一次，这个和verilog里的current_design的道理是类似的。

5. 获取指定cell下的所有和具体inst和inst数量

• 获取指定cell下的具体inst

$L iterarot ref $cell

这里返回的是ref以及具体的坐标等信息，这个就是上文说GDS里边例化（instance）了

具体的返回信息解释如下：

• 获取指定cell的所有inst数量

  方法一： $L refcount -parent nand_4p

​ 方法二：llength [$L iterarot ref $cell]

这个命令是得到了指定cell下的所有子inst，这个和比children（只打印第一层）有如下区别：

​ - Children只输出第一层的ref，iterator则包含了所有层次的 ref

​ - Children的输出是uniq 后的ref信息

​ - Iterator 则是inst的信息

• 获取指定cell下的所有poly

$L iterator poly $cell $layer_list range 0 n

返回值的说明：

所以，可以看到，是一个水平走线的一段metal

• 获取指定cell下的所有text

$L iterator text $cell $layer_list range 0 n

返回值的说明：

【敲黑板划重点】

通过上述讲解，用户基本上可以通过命令模式，遍历出GDS里边的所有类型的数据，这个对于GDS的信息抓取或者数据比对有很好的参考作用，如果加以灵活运用，对于一些之前需要在APR里边生成的信息，可以在完整的GDS里边实现了，譬如：单孔的检查，metal的面积/密度统计，layer信息的抽取等等，通过Calibre，可以给后端工程师提供更多维度的数据评判和比对。

参考资料

Mentor Calibre® DESIGNrev™ Reference Manual