MoonBit-native SPEF parasitic RC network parser, analyzer, auditor, and visualizer

eda

spef

parasitics

rc-network

signal-integrity

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Author

alicedhaha

Version

0.2.1

License

MIT

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github.com/alicedhaha/RCInspect

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moonbitlang/async0.21.0

#MoonRCInspect

项目链接：GitHub · GitLink · Mooncakes · 项目申报书

MoonRCInspect 是一个使用 MoonBit 原生实现的 SPEF（Standard Parasitic Exchange Format）寄生 RC 网络解析、分析、审计与可视化工具。它面向布局布线后的寄生参数检查、 EDA 数据流水线、教学和轻量级自动化，不只是一个文本解析 Demo。

项目把 SPEF 文本转换为带物理单位和拓扑语义的 RC 模型，并提供网络统计、连通性检查、孤立节点/环检测、Elmore delay、数据质量规则、Graphviz DOT、JSON 和命令行工作流。

#为什么做这个项目

商业 EDA 工具和现有 C/C++ 工具链通常可以读取 SPEF，但 MoonBit 生态此前缺少针对物理设计寄生网络的原生基础组件。MoonRCInspect 探索 MoonBit 在以下工程场景中的适用性：

芯片互连寄生参数的可重复解析和归一化；
签核前 SPEF 数据质量预检查；
RC 网络规模、拓扑和简单延迟指标分析；
面向 CI、Web 或后续 EDA 工具的机器可读数据交换。

公开检索到的相邻 MoonBit 项目主要覆盖 Verilog RTL、VCD、拥塞布线、通用电路求解和 Graphviz 布局。MoonRCInspect 聚焦 SPEF 与提取后寄生 RC 审计，不重复实现这些项目。

#功能

带行列位置的逐字符 Lexer、状态化 Parser 和独立 AST；
SPEF Header、单位、*NAME_MAP、*PORTS、*D_NET、*CONN、接地/耦合 *CAP、*RES、*END；
名称映射展开，以及电容、阻抗到 F/ohm 的 SI 归一化；
显式 Design、RCNetwork、Net、Pin、Node、Resistor 和 Capacitor 公共数据模型；
RC 邻接图、连通分量、孤立节点、环、最大度数和驱动节点分析；
最小电阻/最少跳数路径、驱动关键路径、可达性和全网电阻距离矩阵；
跨 *D_NET 耦合端点解析、网络对聚合、最强耦合伙伴和未解析端点统计；
基于路径电阻、寄生电容和引脚负载的首阶矩保持 RC 降阶摘要；
网络/设计级 R、C、规模、均值、极值、电容偏差、异常网络与复杂度统计；
满足单驱动连通 RC 树前提时的 Elmore delay；
稳定规则 ID、严重度、源码位置和修复建议组成的数据审计报告；
确定性 JSON、Graphviz DOT、CSV、SARIF、文本和 Markdown 输出；
九个覆盖解析、分析、审计、可视化、路径、矩阵、耦合与降阶的 CLI 子命令。

#支持边界

当前版本面向 IEEE 1481-1998 中最常见的 distributed net 工作流。它有意不宣称完整 STA 或完整 IEEE SPEF 覆盖：

支持 *D_NET，暂不支持 reduced *R_NET；
支持电阻和电容，暂不分析电感段；
耦合电容在 Elmore 计算中按两端各 0.5 接地化；
Elmore 只对单驱动、连通、无环电阻树给出数值；
环、多驱动、无驱动或断连网络返回明确状态，而不是伪造“精确”延迟。

详见 SPEF 支持矩阵。

#架构

SPEF text
  -> source-positioned lexer
  -> section-aware parser
  -> syntax AST
  -> name/unit model builder
  -> RCNetwork
       -> topology + RC + Elmore analysis
       -> rule-based audit
       -> JSON / DOT / Markdown
       -> moonrc CLI

主要包：

src/diagnostic：源码位置、严重度和稳定诊断；
src/model：物理单位、节点、连接、R/C 元件和设计模型；
src/parser：Lexer、AST、Parser 和模型构建；
src/graph：面向电阻拓扑的图算法；
src/analyzer：统计、复杂度和 Elmore delay；
src/path：最小电阻/跳数路径、可达性、电阻矩阵和电气直径；
src/coupling：跨网络耦合解析、聚合和伙伴排名；
src/reduction：首阶矩保持 RC 降阶和负载摘要；
src/audit：可组合审计规则；
src/visual：JSON 与 DOT；
src/report：文本、JSON、CSV、SARIF 和 Markdown 报告；
src/cli：纯命令配置与执行逻辑；
cmd/moonrc：native IO 入口。

更详细的设计见架构文档。

#环境与安装

需要近期 MoonBit 工具链和 native 后端。开发版本使用：

moon 0.1.20260819
moonc v0.10.9

克隆后检查、测试和构建：

moon check --deny-warn
moon test --deny-warn
moon build cmd/moonrc --target native

开发时可直接运行：

moon run cmd/moonrc -- --help

项目只依赖官方 moonbitlang/async 来完成 native 文件 IO。解析、模型、图算法、分析、审计和序列化逻辑均在本仓库中用 MoonBit 实现。

安装已发布的库版本：

moon add alicedhaha/moonrcinspect@0.2.1

#快速开始

分析示例：

moon run cmd/moonrc -- analyze examples/small.spef

典型输出：

MoonRCInspect analysis
nets: 1
nodes: 4
resistors: 3
capacitors: 4
total resistance: 60 ohm
total capacitance: 4e-15 F

执行质量审计：

moon run cmd/moonrc -- audit examples/medium.spef
moon run cmd/moonrc -- audit examples/invalid.spef --strict

生成单个网络的 DOT：

moon run cmd/moonrc -- visualize examples/small.spef \
  --net clk --output clk.dot
dot -Tpng clk.dot -o clk.png

导出完整 JSON 或 Markdown 报告：

moon run cmd/moonrc -- parse examples/small.spef -o small.json
moon run cmd/moonrc -- report examples/small.spef -o report.md

查询节点间最小电阻路径和全网电阻距离矩阵：

moon run cmd/moonrc -- path examples/small.spef --net clk --from clk --to u_buf:A
moon run cmd/moonrc -- matrix examples/small.spef --net clk --format csv

分析跨网络耦合关系并生成降阶 RC 摘要：

moon run cmd/moonrc -- coupling examples/medium.spef --format json
moon run cmd/moonrc -- reduce examples/medium.spef --format csv
moon run cmd/moonrc -- audit examples/invalid.spef --format sarif -o audit.sarif

#CLI

moonrc parse <file.spef> [--format json] [-o FILE]
moonrc analyze <file.spef> [--format text|json] [-o FILE]
moonrc audit <file.spef> [--strict] [--format text|json] [-o FILE]
moonrc visualize <file.spef> [--net NAME] [--format dot|json] [-o FILE]
moonrc report <file.spef> [--format markdown|json] [-o FILE]
moonrc path <file.spef> --net NET --from NODE --to NODE [--mode resistance|hops] [--format text|json|csv]
moonrc matrix <file.spef> --net NET [--format text|json|csv] [-o FILE]
moonrc coupling <file.spef> [--format text|json|csv] [-o FILE]
moonrc reduce <file.spef> [--format text|json|csv] [-o FILE]

audit --strict 会把所有 warning 提升为 error，适合 CI 门禁。JSON schema 使用带版本的标识，例如 moonrcinspect.network.v1 和 moonrcinspect.audit.v1。

#审计规则示例

SPEF-A001：缺少 *SPEF；
SPEF-A100：网络没有连接声明；
SPEF-A103 / SPEF-A104：R/C 元件引用不存在节点；
SPEF-A201 / SPEF-A202：负值或非有限 R/C 参数；
SPEF-A205：声明电容和 *CAP 明细和偏差过大；
SPEF-A300：电阻网络断连；
SPEF-A301：孤立节点；
SPEF-A302：电阻环；
SPEF-A303 / SPEF-A304：无驱动或多驱动；
SPEF-A400：网络复杂度超过阈值。

#测试

moon test
moon test --deny-warn

40 个测试覆盖模型单位、Lexer、Parser、错误恢复、Name Map、拓扑、Elmore、路径查询、电阻矩阵、耦合分析、RC 降阶、审计规则、空网络、悬空 R/C 节点、JSON/DOT/CSV/SARIF/ Markdown、CLI 参数和完整多网络工作流。样例包括：

examples/small.spef：单个分支 RC 树；
examples/medium.spef：三个网络与耦合电容；
examples/invalid.spef：缺失头部/结尾、重复 ID 和负参数。

全部样例由本项目原创编写，不包含商业 EDA 输出或受限设计数据。

#技术亮点

Parser 与模型分离，语法问题不会破坏已成功解析的部分数据；
所有 R/C 值先归一化到 SI，避免跨文件单位误判；
Elmore 前置条件显式建模，错误拓扑不会静默产生数值；
审计问题有稳定 ID、修复建议和 SARIF 2.1.0 输出，可直接接入代码扫描；
输出顺序确定，便于快照、版本对比和可重复构建；
核心 API 是纯函数，native IO 只存在于极薄的 executable 包。

#路线图

*R_NET 和更多 IEEE 1481 可选段；
大文件流式 Lexer/Parser 与内存上限；
耦合电容策略配置和跨网络索引；
更严格的矩匹配 RC tree reduction 和可配置降阶策略；
HTML 报告和 GitHub Code Scanning 上传示例；
与 Verilog 网表、布局坐标和时序约束的交叉检查；
性能基准和真实但可再分发的公开 SPEF corpus。

#开源与来源

本项目为原创 MoonBit 实现，未移植 OpenTimer 或商业 EDA 代码。公开资料只用于理解 SPEF 结构和验证术语，详见来源与合规说明。

许可证：MIT。欢迎阅读贡献指南后提交问题和改进。

analyze

source

fn analyze(network : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.RCNetwork
RCNetwork) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/analyzer.DesignMetrics
DesignMetrics

Compute aggregate physical and topology metrics for a parsed design.

analyze_coupling

source

fn analyze_coupling(network : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.RCNetwork
RCNetwork) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/coupling.CouplingReport
CouplingReport

Resolve and aggregate coupling capacitance relationships across D_NETs.

audit

source

fn audit(network : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.RCNetwork
RCNetwork, config? : @alicedhaha/moonrcinspect/src/audit.AuditConfig
AuditConfig) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/audit.AuditReport
AuditReport

Run the default data-quality rule set.

elmore_delay

source

fn elmore_delay(net : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.Net
Net) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/analyzer.ElmoreResult
ElmoreResult

Compute Elmore delay when the selected net is a connected RC tree.

minimum_resistance_path

source

fn minimum_resistance_path(net : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.Net
Net, source : String, target : String) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/path.PathResult
PathResult

Find the minimum-resistance route between two expanded SPEF node names.

parse

source

fn parse(source : String, file? : String) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/parser.ParseResult
ParseResult

Parse SPEF text into a source-positioned AST and normalized RC model.

reduce

source

fn reduce(network : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.RCNetwork
RCNetwork) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/reduction.DesignReduction
DesignReduction

Produce first-moment-preserving reduced RC models for every network.

resistance_matrix

source

fn resistance_matrix(net : @alicedhaha/moonrcinspect/src/model.Net
Net) -> @alicedhaha/moonrcinspect/src/path.PathMatrix
PathMatrix

Build an all-pairs resistance matrix and identify the electrical diameter.

Source Files

moonrcinspect.mbt

Site source Report issue Packages Build queue Skills Statistics

moonrcinspect

#MoonRCInspect

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#环境与安装

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#路线图

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#minimum_resistance_path

#parse

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Source Files

analyze

analyze_coupling

audit

elmore_delay

minimum_resistance_path

parse

reduce

resistance_matrix