为 Fab 配置 Virtuoso 环境：工艺库与器件模型

在 IC 设计部门承接新 fab 工艺节点时，往往需要从零搭建 Virtuoso 设计环境。本文梳理配置流程中涉及的关键文件与操作步骤。

一、PDK 是什么

PDK（Process Design Kit） 是 fab 交付给设计团队的工艺库包，通常包含：

内容	说明
Technology Library（技术库）	层定义、via 规则、连接规则等工艺参数
器件 SPICE/Spectre 模型文件	用于仿真 NMOS/PMOS 及 IP 器件特性
原语符号库 / 布局库	Virtuoso 中可直接调用的 cell
DRC / LVS 规则文件	供 Pegasus / Calibre 等工具使用
`display.drf`	每一层的颜色与填充样式
`cds.lib` / `libInit.il`	库定义与初始化脚本（PDK 标准交付件）

Cadence 另提供通用 PDK（如 gpdk045、ADVGPDK）供学习与开发使用，可在 Process Design Kits (PDK) Downloads 页面获取。

二、Cadence 的文件搜索机制（CSF）

Virtuoso 启动时通过 CSF（Cadence Setup Search File）机制 依序搜索所有配置文件，入口是 setup.loc。

setup.loc 的默认搜索顺序（从高到低优先级）：

.                      # 当前工作目录
@LIBRARY               # cds.lib 中定义的各库目录
$CDS_WORKAREA          # 工作区（若已定义）
$CDS_SEARCHDIR         # 工具启动时设置
$HOME                  # 用户主目录
$CDS_PROJECT           # 项目目录（若已定义）
$CDS_SITE              # 站点公共目录（默认 install_dir/share/local）
$TOOL_INST_ROOT/share  # Cadence 安装目录

对于每一个路径，CSF 会依次在 <path>/.cadence/、<path>/ 和 <path>/cdssetup/ 三个子目录下查找目标文件，找到即停止。

可用以下命令调试搜索结果：

cdswhich -debug setup.loc

配置建议：公司/fab 级公共配置放 $CDS_SITE；项目级配置放 $CDS_PROJECT；个人偏好放 $HOME；当前工程放工作目录。不要修改 Cadence 安装目录下的默认 setup.loc，应新建自己的副本。

三、关键配置文件

3.1 `cds.lib` — 库定义文件

cds.lib 是 Library Manager 的核心，定义 Virtuoso 可访问的所有库路径。

# 包含 Cadence 内建 analogLib
INCLUDE $CDS_INST_DIR/tools/dfII/etc/cdslib/artist/cds.lib

# 包含 fab PDK 提供的库定义（PDK 通常自带 cds.lib）
INCLUDE $PDK_HOME/cds.lib

# 直接定义用户设计库
DEFINE  myProject  /home/user/designs/myProject

启动 Virtuoso 时可通过 -cdslib 参数指定非默认路径的 cds.lib：

virtuoso -cdslib /path/to/project/cds.lib

注意：-cdslib 是启动时的一次性读取。后续在 Library Manager 中新增或删除库，仍会写入当前工作目录下的 cds.lib。

3.2 `.cdsinit` — 启动初始化脚本

.cdsinit 是 SKILL 脚本，Virtuoso 启动时自动执行一次。

默认搜索顺序：

$CDS_INST_DIR/tools/dfII/local/
当前工作目录 ./
$HOME/

也可通过 csfLookupConfig 文件将其纳入 CSF 搜索路径。

典型内容示例（lab 或公共 $CDS_SITE 级别）：

; 加载 fab PDK 的初始化脚本（PDK 通常提供此文件）
load("/pdk/myFabPDK/cdssetup/cdsinit.il")

; 自动打开 Library Manager
ddsOpenLibManager()

3.3 `.cdsenv` — 环境变量设置文件

.cdsenv 控制各工具窗口的默认行为，格式为：

tool[.section]  setting  type  value

其搜索顺序受环境变量 CDS_LOAD_ENV 控制，常用值：

值	行为
`CSF`（推荐）	按 `setup.loc` 搜索所有 `.cdsenv`
`CWDElseHome`	先找当前目录，再找 `$HOME`
`addCWD`	先加载 `$HOME/.cdsenv`，再叠加当前目录

3.4 `display.drf` — 层显示资源

fab PDK 通常提供专属的 display.drf，定义每一工艺层的颜色与填充样式。可通过 .cdsinit 加载：

hiLoadColorMap("/pdk/display/display.drf")

四、工艺库（Technology Library）的挂载

每个用户设计库需要 attach 到 fab 提供的 Technology Library，否则无法获取层定义和设计规则。

界面操作：Library Manager → 右键设计库 → Technology File for Library

SKILL 操作（可写入 libInit.il）：

techBindTechFile(ddGetObj("myDesignLib") "/pdk/tech/fabTech.tf")

Technology Library 包含：层次定义（layer purpose pairs）、via / contact 规则、工艺参数等，是 DRC、LVS 以及参数提取的基础。

五、器件模型（Device Model）的接入

PDK 中的器件模型通常是 Spectre 格式（.scs） 文件，内部按工艺角（corner）分成多个 section：

// 典型模型文件结构
simulator lang=spectre

section tt
  model nmos_lvt nmos ...
  model pmos_lvt pmos ...
endsection tt

section ff
  ...
endsection ff

5.1 推荐方式：`libInit.il`（PDK 级，对所有用户透明）

libInit.il 放在 PDK 库目录中，Virtuoso 打开该 PDK 库时自动执行，是 Cadence 官方推荐的模型注册位置。

; 文件：/pdk/myFabPDK/libInit.il
; 使用 ADE 会话回调，确保在 ADE 完全初始化后再添加模型

ddRegPostOpenLib("myFabPDKLib"
  lambda(nil
    asiSetEnvOptionVal(asiGetTool('spectre) "modelFiles"
      list(
        list("/pdk/models/spectre/tt_27c.scs"  "tt")
        list("/pdk/models/spectre/ff_27c.scs"  "ff")
        list("/pdk/models/spectre/ss_27c.scs"  "ss")
        list("/pdk/models/spectre/sf_27c.scs"  "sf")
        list("/pdk/models/spectre/fs_27c.scs"  "fs")
      )
    )
  )
)

5.2 `.cdsenv` 方式（项目/用户级）

多个模型文件用空格分隔，section 跟在文件路径后以分号连接：

spectre.envOpts  modelFiles  string  "/pdk/models/tt.scs;tt /pdk/models/res.scs"

5.3 `.cdsinit` SKILL 方式（用户级，不推荐用于 PDK 模型）

; 单文件单 section
asiSetEnvOptionVal(asiGetTool('spectre) "modelFiles"
  '(("/pdk/models/models.scs" "tt")))

; 多文件多 section
asiSetEnvOptionVal(asiGetTool('spectre) "modelFiles"
  list(
    list("/pdk/models/models.scs" "tt_bip")
    list("/pdk/models/models.scs" "tt_mos")
  ))

; "#" 开头表示该条目为未勾选状态（inactive）
asiSetEnvOptionVal(asiGetTool('spectre) "modelFiles"
  '(("#" "/pdk/models/ff.scs" "ff")
    ("/pdk/models/tt.scs"    "tt")))

不推荐在 .cdsinit 中配置 PDK 模型，而是推荐 libInit.il。原因：.cdsinit 是用户专属文件，不可移植；PDK 升级后容易残留旧路径，导致 ADE 仍引用旧版本模型（参见 ADE still refers to old PDK model files）。此外，如果 PDK 不更新而模型需要更新，此时需要单独处理初始化脚本里的模型文件路径。

5.4 ADE 界面操作（手动，适合临时测试）

ADE Explorer / Assembler → Setup → Model Library Setup
  → Add File → 选择 .scs 文件
  → 在 Section 列填写 corner 名称（如 tt）
  → 勾选需要激活的 corner

设置会随 maestro view 保存到设计库中持久化。

六、推荐工程目录结构

project/
├── cds.lib          # 项目库定义（INCLUDE PDK + DEFINE 用户库）
├── .cdsinit         # 项目级初始化（仅 load fab 提供的 cdsinit.il）
├── .cdsenv          # 项目级工具默认值
├── setup.loc        # 自定义 CSF 搜索路径（可选）
└── myDesignLib/     # 用户设计库（attach 到 fab Technology Library）

fab PDK 解压后通常包含以下目录，不需要用户单独维护：

/pdk/myFabPDK/
├── cds.lib          # PDK 库路径定义，项目 cds.lib 中 INCLUDE 此文件
├── libInit.il       # 模型注册、工具初始化（打开 PDK 库时自动执行）
├── tech/            # Technology File / Technology Library
├── models/          # Spectre 器件模型文件（含各工艺角）
├── display/         # display.drf 层颜色定义
└── cdssetup/        # cdsinit.il、.cdsenv 模板（供项目引用）

七、各配置层级汇总

配置文件	推荐放置层级	作用
`cds.lib`	项目工作目录	声明所有可见库（INCLUDE PDK + DEFINE 用户库）
`setup.loc`	`$CDS_SITE` 或项目目录	自定义 CSF 搜索路径
`libInit.il`	PDK 库目录（PDK 提供）	库打开时自动注册模型、加载工具
`.cdsinit`	`$CDS_SITE` / 项目目录	Virtuoso 启动时执行，load PDK 的 cdsinit.il
`.cdsenv`	`$CDS_SITE` / `$HOME`	工具默认参数，不用于模型路径配置
`display.drf`	PDK 提供，`.cdsinit` 中 load	层颜色与填充

附录：`libInit.il` 的自动加载机制详解

参考：Cadence ASK 官方文档 loading sequence 与 SKILL to reload libInit.il

一、自动加载机制

不需要在 .cdsinit 中手动 load("libInit.il")。只要库在 cds.lib / lib.defs 中被 DEFINE，DFII 框架在首次访问该库时会自动加载其 libInit.il。

触发”首次访问”的典型场景：

Library Manager 启动时扫描到该库
打开该库下的任意 cell（layout、schematic 等任意视图）
在 CIW 的 File → recent history 中涉及该库的 cell view

二、多库时的加载顺序

当打开一个设计库中的 cell，该 cell 引用了工艺库和标准单元库时，三个库的 libInit.il 按以下顺序依次加载：

Design Library（用户设计库）的 libInit.il
Standard Library（标准单元库）的 libInit.il
Technology Library（工艺库 / PDK 库）的 libInit.il

即 PDK 工艺库的 libInit.il 最后加载。各库之间的加载由”首次访问”时序决定。

三、重要限制

每个库的 libInit.il 在一个 Virtuoso session 中只加载一次。此后：

在 Library Manager 执行 View → Refresh 并不会重新触发 libInit.il 的加载；
若 libInit.il 文件内容有更新，只能通过手动 loadi() 或重启 Virtuoso 使其生效。

如果需要在 Refresh 时自动重新加载，可在 .cdsinit 中注册如下 trigger：

procedure(abRefreshLibInit()
  let((fileName)
    foreach(libId ddGetLibList()
      foreach(fileName '("libInit.il" "libInit.ils")
        fileId = ddGetObj(libId~>name nil nil fileName)
        when(fileId && (fileName = ddGetObjReadPath(fileId)) &&
             isReadable(fileName)
          loadi(fileName)
        )
      )
    )
    t
  )
)

procedure(abRegRefreshLibInit()
  ddRegTrigger("PostUpdateLibList" 'abRefreshLibInit)
)
abRegRefreshLibInit()

四、小结

问题	结论
是否需要在 `.cdsinit` 中手动 load PDK 的 `libInit.il`？	不需要，DEFINE 库后 DFII 自动处理
attach 到工艺库是 `libInit.il` 被加载的前提吗？	不是，任何 DEFINE 的库首次访问即触发
每次打开 Virtuoso 都会重新加载 `libInit.il` 吗？	是，但每次 session 内只加载一次
Refresh 能重新加载 `libInit.il` 吗？	不能，需手动 `loadi()` 或重启

参考资料

本文内容均参考自以下 Cadence ASK 官方文档（需登录访问）：

为 Fab 配置 Virtuoso 环境：工艺库与器件模型

一、PDK 是什么

二、Cadence 的文件搜索机制（CSF）

三、关键配置文件

3.1 `cds.lib` — 库定义文件

3.2 `.cdsinit` — 启动初始化脚本

3.3 `.cdsenv` — 环境变量设置文件

3.4 `display.drf` — 层显示资源

四、工艺库（Technology Library）的挂载

五、器件模型（Device Model）的接入

5.1 推荐方式：`libInit.il`（PDK 级，对所有用户透明）

5.2 `.cdsenv` 方式（项目/用户级）

5.3 `.cdsinit` SKILL 方式（用户级，不推荐用于 PDK 模型）

5.4 ADE 界面操作（手动，适合临时测试）

六、推荐工程目录结构

七、各配置层级汇总

附录：`libInit.il` 的自动加载机制详解

一、自动加载机制

二、多库时的加载顺序

三、重要限制

四、小结

参考资料

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二、Cadence 的文件搜索机制（CSF）

三、关键配置文件

3.1 cds.lib — 库定义文件

3.2 .cdsinit — 启动初始化脚本

3.3 .cdsenv — 环境变量设置文件

3.4 display.drf — 层显示资源

四、工艺库（Technology Library）的挂载

五、器件模型（Device Model）的接入

5.1 推荐方式：libInit.il（PDK 级，对所有用户透明）

5.2 .cdsenv 方式（项目/用户级）

5.3 .cdsinit SKILL 方式（用户级，不推荐用于 PDK 模型）

5.4 ADE 界面操作（手动，适合临时测试）

六、推荐工程目录结构

七、各配置层级汇总

附录：libInit.il 的自动加载机制详解

一、自动加载机制

二、多库时的加载顺序

三、重要限制

四、小结

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5.2 `.cdsenv` 方式（项目/用户级）

5.3 `.cdsinit` SKILL 方式（用户级，不推荐用于 PDK 模型）

附录：`libInit.il` 的自动加载机制详解