📚 课程目录第4章 Pattern Matching规则语法入门

4. Pattern Matching规则语法入门

Pattern Matching 的规则文件本质上是一段“用几何语言写成的查询语句”。它要回答三个问题：找什么图形、在哪个层次找、找到后怎么处理。Calibre 的 PM 规则通常写在 .pm 或 .rul 文件中，由 pmMatch 系列语句驱动，配合图形描述块和层次化引用完成匹配。本节从一个最小可运行的任务出发，把语法骨架一次讲清。

一、最小匹配语句的骨架

一个最简单的匹配任务由“定义图形 + 执行匹配 + 输出结果”三部分组成。下面是一个可直接参考的示例，用于在版图中查找“一个矩形接触孔被两条金属线夹住”的结构：

// 1. 定义待匹配图形
pattern = pmMatch(
    layer = M1,
    shape = rectangle(width = 0.2, height = 0.2)
)

// 2. 定义上下文关系
context = pmMatch(
    layer = M2,
    shape = rectangle(width >= 0.5),
    relation = overlaps(pattern)
)

// 3. 执行匹配并输出
result = pmMatch(
    target = pattern,
    context = context,
    output = "match_result"
)

这段代码里，pmMatch 是核心语句，layer 指定工艺层，shape 描述几何形状，relation 描述图形之间的空间关系，output 指定结果输出层。实际项目中，语句顺序可以调整，但“先定义、后引用”的逻辑必须遵守。

二、图形描述方式：从矩形到多边形

PM 支持多种图形描述方式，最常用的是矩形、多边形和路径。矩形用 rectangle(width, height) 描述，适合接触孔、通孔等规则图形；多边形用 polygon(points) 描述，适合 L 形、T 形等复杂结构；路径用 path(vertices) 描述，适合金属走线。图形描述还可以附加约束条件，例如 width >= 0.5、height <= 1.0，这些约束在匹配时作为过滤条件使用。

需要注意的是，图形描述中的尺寸单位默认与版图数据库一致，通常是微米。如果版图使用纳米，需要在规则文件开头用 units 语句声明，否则匹配结果会出现数量级偏差。

三、层次化引用：在正确的层级找图形

版图是层次化的，同一个图形可能出现在顶层，也可能被多次例化在子单元中。PM 提供三种层次化引用方式：flat 表示忽略层次、把所有图形打平后匹配；hier 表示保留层次、只在同一层级内匹配；cell 表示限定在指定单元内匹配。选择哪种方式，取决于你要找的结构是否跨越层次边界。

例如，查找“标准单元内部的接触孔”时，用 cell = "STD_CELL" 限定范围即可；查找“跨单元的信号线连接”时，则要用 flat 或 hier 配合 relation 描述跨层关系。层次化引用写错，是初学者最常见的“匹配不到”原因之一。

四、常用操作符：让匹配更精确

操作符分为两类：空间关系操作符和逻辑组合操作符。空间关系操作符包括 overlaps（重叠）、inside（包含于）、adjacent（相邻）、encloses（包围）等，它们描述两个图形之间的几何关系。逻辑组合操作符包括 AND、OR、NOT，用于组合多个条件。

例如，要查找“被 M2 完全包围且面积大于 0.1 平方微米的 M1 图形”，可以写成：

result = pmMatch(
    target = pmMatch(layer = M1, shape = rectangle(area > 0.1)),
    context = pmMatch(layer = M2, relation = encloses(target)),
    output = "enclosed_m1"
)

这里 encloses(target) 表示 M2 包围 M1，area > 0.1 是尺寸约束。操作符可以嵌套，但嵌套层级不宜过深，否则可读性和调试效率都会下降。

五、第一个简单图形匹配任务

现在完成一个完整任务：在版图中查找“宽度为 0.2 微米、高度为 0.2 微米的 M1 接触孔，且其上方有 M2 覆盖”。操作步骤如下：

新建规则文件 first_match.rul，声明单位 units = micron。
定义目标图形：contact = pmMatch(layer = M1, shape = rectangle(0.2, 0.2))。
定义上下文：cover = pmMatch(layer = M2, relation = overlaps(contact))。
执行匹配：result = pmMatch(target = contact, context = cover, output = "contact_with_m2")。
运行 Calibre，检查输出层 contact_with_m2 中是否有图形。

运行后，如果输出层为空，优先检查三件事：M1 和 M2 的层号是否与版图一致；rectangle(0.2, 0.2) 的尺寸是否与版图实际尺寸匹配；overlaps 是否写成了 inside 或 adjacent。这三个问题是初学者最常遇到的“匹配不到”原因。

调试建议：先用 flat 模式跑一遍，确认图形确实存在；再切换到 hier 或 cell 模式，观察结果变化。如果 flat 有结果而 hier 没有，说明目标图形跨越了层次边界，需要调整层次化引用方式。

六、语法要点速查

语法元素	作用	示例
`pmMatch`	核心匹配语句	`pmMatch(layer = M1, shape = ...)`
`layer`	指定工艺层	`layer = M1`
`shape`	描述图形几何	`rectangle(0.2, 0.2)`
`relation`	描述空间关系	`overlaps(contact)`
`output`	指定结果输出	`output = "result_layer"`
`flat / hier / cell`	层次化引用方式	`cell = "STD_CELL"`

掌握以上语法后，你已经可以写出第一个可运行的匹配规则。下一步是把它应用到真实版图上，观察匹配结果与预期是否一致，并逐步加入更复杂的图形描述和关系组合。