АНАЛИЗ БАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ САПР/АСТПП/САИТ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ ЭЛЕКТРОННО-

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В САПР

Р-CAD v.8.5

Учебное пособие

Москва 2000

УДК 004.3’142.2(075.8)

ББК 32.973 - 04 - 02я73

В55

Рецензенты: канд. техн. наук Ю.А. Шапкин (Московский педагогический университет);

д-р. техн. наук, проф. Б.М. Петров (Научно - исследовательский институт «Агат»)

Вишнеков А.В.; Куликов Д.В.; Непорожнев В.В.

В55 Проектирование модулей электронно-вычислительной техники в САПР Р-CAD v.8.5: Учебное пособие. Моск. гос. ин-т электроники и математики. М., 2000,167 с. ISBN 5-230-16269-4

Представлены новые технологии проектирования изделий электронной вычислительной техники в системе автоматизированного интегрированного производства.

Дано описание системы P-CAD и способы практического овладения приемами работы с графическим схемным редактором PC-CAPS и графиче­ским технологическим редактором PC-CARDS.

Приводятся основные этапы проектирования баз данных электрических принципиальных схем и печатных плат, подробное описание приемов и спосо­бов трассировки соединений, размещения элементов на печатной плате (ПП), работы с периферийными устройствами и поддержки обмена данными с дру­гими пакетами САПР.

Для студентов III и IV курсов специальности 220100 и для технических факультетов.

Утверждено Редакционно-издательским советом Московского государст­венного института электроники и математики в качестве учебного пособия.

ISBN 5-230-16-269-4 УДК 004.3’142.2 (075.8)

ББК 32.973 - 04 - 02я73

© Вишнеков А.В Куликов Д.В. Непорожнев В.В., 2000 © Московский государственный институт электроники и математики, 2000

ПРЕДИСЛОВИЕ

Целью учебного пособия является изучение состава, основных свойств и назначения САПР P-CAD, приобретение практических навыков работы с графическим схемным редактором PC-CAPS и графическим технологическим редактором PC-CARDS, технологии создания баз данных принципиальных электрических схем и печатных плат, методов размещения элементов на печатной плате и трассировки соединений, подготовки данных для производства, а также сопровождения его конструкторской документацией в системе автоматизированного проектирования P-CAD 8.5, необходимых и достаточных для проектирования модулей ЭВА.

В настоящем пособии приводятся основные этапы. проектирования печатной платы в системе P-CAD 8.5, базовые понятия и краткое описание структуры САПР P-Cx\D, подробное описание приемов и способов создания схемных и технологических библиотечных элементов и создание контактных площадок для этих элементов в графических редакторах системы P-CAD 8.5, приводятся основные этапы проектирования баз данных электрических принципиальных схем и печатных плат, подробное описание приемов и способов трассировки соединений, компоновки элементов на печатной плате (ПП), работы с периферийными устройствами и поддержки обмена данными с другими пакетами САПР (AutoCAD).

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ САПР/ АСТПП /САИП ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Серьезные достижения в области разработки средств автоматизированного проектирования к систем автоматизации инженерного труда (САИТ) в рамках системы комплексной автоматизации производства позволяют определить это направление развития электронной промышленности как одно из наиболее результативных в настоящее время.

Развитие систем комплексной автоматизации производства требует решения комплекса сложных научно-технических проблем, связанных как с разработкой систем, предназначенных для проектирования и производства конкретных объектов, так и с эффективностью применения этих систем для решения практических задач в рамках целостной технологии автоматизированного проектирования производства.

Системы автоматизации проектирования и производства в масштабах предприятия за рубежом принято определять как CAD /САМ / САЕ - системы. Функции автоматизированного проектирования принимают на себя CAD (Computer Aided Design)- системы, системы САМ (Computer Aided Manufacturing) служат для технологической подготовки производства, а модули САЕ (Computer Aided Engineering) выполняют инженерные расчеты и анализ проектных решений. Таким образом, CAD/ CAM/ CAE - системы производят комплексную автоматизацию работ на всех стадиях цикла проектирования и изготовления изделия.

Одним из главных преимуществ CAD/ САМ/ САЕ- систем третьего поколения становится возможность совмещения во времени большинства стадий автоматизированного проектирования и производства, т.е. становится возможной одновременная работа разных специалистов (инженеров, конструкторов, технологов) над одним проектом.

В настоящее время наиболее актуальными в рамках развития CAD/ СAM/ САЕ - систем изделий электронной техники становятся вопросы, связанные с развитием, интеграцией процессов проектирования, конструирования и производства изделия, выбором эффективных стратегий проектирования на основе комплексного анализа и оптимизации базового концептуального решения проектируемого объекта.

Реалии экономической жизни ставят также и перед отечественными производителями задачу коренного изменения технологии проектирования. Только внедрение современных CAD/ САМ/ САЕ - систем или систем автоматизированного интегрированного производства (САИП), позволяющих обеспечить нужное качество проектирования, свободного от наличия дорогостоящего процесса повторения циклов проектирования и производства при доводке изделия, а также обеспечивающих сокращение сроков создания изделия и выполнения проекта с меньшими материальными затратами, меньшим коллективом разработчиков, позволяет обеспечить экономическое благополучие предприятия.

АНАЛИЗ БАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ САПР/АСТПП/САИТ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Исследования в области автоматизированного проектирования включают в себя такие направления, как теория проектирования, тесно связанная с теорией принятия решений в САПР, а также машинная графика, аппаратные средства, анализ технологий и другие.

В число явных лидеров в этой области входят компании: Calay Systems, Dqrix, Intergraph, Mentor Graphics, Racal-Redac, Shiymberger Tecnoiogies Scientific Calculations, Yalid Logus и Zukin .

Наибольшая интенсивность исследований и разработок в настоящее время связаны с созданием открытых базовых систем, способных объединять программные и технические средства различных производителей в рамках единой базовой технологии проектирования, призванной обеспечить наиболее эффективную компиляцию указанных средств в целях конкретного проекта. Чтобы упростить создание комплексов инструментальных средств с включением программных продуктов третьих фирм, фирма Cadence предложила программный продукт под названием "Инфраструктура САПР". А затем аналогичные системы были разработаны компаниями Mentor (система Falcon) и Valid (Communication Manager - менеджер связи). Система Falcon входит в состав комплекса инструментальных средств, который получил название "Среда параллельного проектирования".

Таким образом, на первый план в области создания САПР/АСТПП/САИТ выходят следующие основные проблемы :

§ разработка эталонной модели функциональной среды открытых базовых систем САПР/АСТПП/САИТ модулей ЭВА;

§ создание инфраструктуры, обеспечивающей совместно эффективную работу инструментальных средств различных производителей.

§ создание в САПР/АСТПП/САИТ инструментальных средств поддержки процесса определения профилей конкретных проектов на этапе предварительного проектирования;

§ создание эффективной базовой технологии проектирования изделий электронно-вычислительной техники в открытых системах САПР/АСТПП/САИТ.

Большое количество исследований по развитию технологии проектирования проводится в Японии, исследования же в Европе и США имеют скорее подтверждающий характер.

Теория проектирования является важным аспектом автоматизированного проектирования, так как она формирует базис для разработки прогрессивных систем САПР/АСТПП/САИТ.

Процесс проектирования делится на три основных этапа: общее проектирование, проектирование на начальной стадии и детальное проектирование. В ходе последовательного выполнения этих этапов осуществляется конкретизация абстрактных общих представлений о проектируемом модуле. В этом смысле задача общего и частично начального проектирования заключается в том, как имеющуюся обработку знаний, которая выполняется человеком на основе собственного опыта и интуиции, осуществить с помощью ЭВМ. Рассмотрим с этих позиций технологии проектирования, применяемые в области создания электронно-вычислительной техники (ЭВТ).

Разрабатываемые в настоящее время методы и средства САПР свидетельствуют о том, что наиболее перспективными и базовыми технологиями проектирования становятся тесно связанные между собой технологии нисходящего, сквозного и параллельного проектирования модулей ЭВТ.

В отличие от традиционных последовательных процессов проектирования при параллельном проектировании информация относительно окончательных характеристик разрабатываемого изделия формируется и предоставляется всем участникам работ уже на ранних этапах процесса проектирования. Имея в своем распоряжении специальные интегрированные инструментальные средства и системы проектирования, разработчик может создавать альтернативные стратегии и быстро оценивать их эффективность. Параллельное проектирование, или комплексный инженерный подход к проектированию, предусматривает учет множества параметров и аспектов разрабатываемых изделий в процессе проектирования благодаря наличию соответствующих инструментальных средств формирования на начальной стадии проектирования аналитической информации об объекте (информация носит прогностический характер) и разделению ее между различными исполнителями работ и соответствующими инструментальными средствами. Разработчики получают возможность немедленно предсказывать влияние принимаемых проектных решений на будущие характеристики разрабатываемого изделия, на его технологичность и быстродействие. По существу, технология параллельного проектирования является дальнейшим развитием технологии сквозного автоматизированного проектирования.

В системе параллельного и комплексного проектирования CDE (Concurrent Design Environment) компании Mentor Graphics реализован принцип объединения всех инструментальных средств проектирования и данных в одном непрерывном и гибком процессе проектирования. Система CDE строится на базе инфраструктуры Falcon Framework, промышленных стандартов и целого комплекса инструментальных средств автоматизации проектирования.

Благодаря этой среде разработчик может определить, какой из альтернативных вариантов проекта лучше, определить возможности изготовления, убедиться в том, что он работает.

Для решения этой проблемы в системе Falcon объединены все инструментальные средства автоматизации электрического и конструктивного проектирования ИС и печатных плат. Кроме того, все это дополнено менеджером проектирования, который управляет вариантами проекта и конфигурацией, а также регистрирует инструментальные средства.

В состав инфраструктуры Falcon Framework входит среда управления проектированием (DME), система управления данными проекта (DDMS) и система поддержки решений (DDS). Таким образом, задачи эффективного управления процессом проектирования (как в стратегическом плане, так и в тактическом, то есть на уровне отдельных проектных процедур) и задачи поддержки принятия решений в среде параллельного проектирования являются ключевыми.

Методология нисходящего проектирования предполагает, что инженеры начинают работать над проектом на высоком уровне абстракции, что позволяет им исследовать различные возможные варианты проекта на начальных этапах цикла проектирования и выбирать конкретные технические решения по проектируемым модулям и системам еще до выполнения конкретных коммутационно-монтажных процедур в САПР. При использовании технологии нисходящего проектирования основными задачами руководителя проекта и инженеров (если речь идет о принятии конкретных проектных решений на различных этапах проектирования) являются задачи определения оптимального концептуального решения и выбора рациональных технических и инструментальных средств интегрированной САПР на базе достаточно общей и зачастую неопределенной информации. Важным шагом в решении этих проблем станет появление так называемых предикативных инструментальных средств проектирования, то есть программного обеспечения, связывающего этапы логического и физического проектирования. Предикативный инструментарий должен, в частности, прогнозировать конкретные способы реализации проектов на конечных этапах и учитывать их уже в начале цикла проектирования. Разработчики, использующие предикативный инструментарий, будут иметь возможность взаимодействия с предикативными средствами как на уровне всего проекта, так и на уровне конкретных проектных процедур.

При работе с такими проектами, как разработка БИС высокой степени интеграции, технологии нисходящего проектирования дают особенно эффективные результаты для больших систем, содержащих много блоков, каждый из которых описывается на своем уровне сложности. Для решения этой проблемы компания Cadence разработала многоуровневую систему моделирования Verilog корпорации Gateway Design Automation Corp. Эта система моделирования работает совместно с системой логического моделирования Hilo компании Gen Rad Inc, и с другими подобными системами, которые способны работать в среде проектирования компании Cadence.

Система Logic Workbench TD нисходящего автоматизированного проектирования, созданная компанией Valid Logic, выполняет смешанное моделирование на поведенческом и структурном уровнях для цифровых специализированных ИС и систем. В числе различных инструментальных средств она включает в себя сложный пакет ввода смешанных графических и текстовых проектных описаний и диалоговый пакет моделирования с языком VHDL.

Таким образом, широкое внедрение в практику перспективных технологий параллельного и нисходящего проектирования делает разработку изделий менее последовательной, разрушает границы между группами проектировщиков, позволяет им коллективно использовать информацию и более осмысленно и эффективно работать на самых ранних этапах проектирования.

Развитие технологий нисходящего и параллельного проектирования в системах САПР/АСТПП/САИТ требует также решения комплекса сложных научных проблем, связанных как собственно с разработкой систем автоматизированного проектирования конкретных модулей электронно-вычислительной аппаратуры, так и с интеграцией этих систем для решения практических задач в рамках эффективной целостной технологии автоматизированного проектирования. Современный этап развития САПР изделий электронно-вычислительной техники связан прежде всего с широким внедрением технологии сквозного автоматизированного проектирования, которая обеспечивает взаимосвязь каждого предыдущего этапа разработки с последующим и эффективную передачу завершенных проектных решении каждой стадии на следующую ступень.

Технологию сквозного проектирования поддерживает, в частности, САПР электронных изделий компании Mentor, обеспечивающая сквозное нисходящее проектирование специализированных ИС на базе инструментальных VHDL - средств синтеза и моделирования. Компоненты системы жестко связаны между собой, так что пользователи имеют дело с единым интерфейсом и едиными средствами управления библиотеками и данными.

Фирма Omega Technologies реализует принцип сквозного проектирования в системе ADEM, позволяющей ликвидировать разрыв между процессами автоматизированного проектирования и производства, и обеспечивающей эвристическую параметризацию проектируемых изделий.

Фирма Chyan & Cooper Technologies, после того как был разработан графический редактор печатных плат PC Boards и обеспечен интерфейс с бессточным автотрассировщиком SPECCTRA, также разработала пакет для сквозного проектирования электронной аппаратуры Design Center, осуществляющий составление схемы, моделирование и разработку печатной платы на платформе персонального компьютера. Дополнительно в пакет включены программы параметрической оптимизации MicroSim Pspice Optimizer,

Сквозные САПР ЭВТ обладают прежде всего следующими достоинствами:

§ охватывают все стадии проектирования изделия, начиная от ввода описания проектируемого объекта до получения проектной документации ;

§ имеют на отдельных стадиях альтернативные алгоритмы и программы реализации отдельных проектных процедур ;

§ отличаются модульным построением ;

§ обладают развитыми базами данных ;

§ характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на различных этапах проектирования.

Предметом дальнейших исследований в области развития технологии сквозного автоматизированного проектирования является создание сквозных автоматизированных систем САИТ.

Анализ рассмотренных выше технологий проектирования показывает, что эффективное их использование может быть достигнуто лишь при решении проблемы автоматизации начального этапа проектирования, так называемого аванпроектирования. Основной задачей указанного этапа является задача выбора альтернативных вариантов проектного решения модуля, средств его реализации и определение наиболее эффективного базового проектного решения. Эта проблема является не только наиболее сложной, но и узловой проблемой проектирования, поскольку ошибка в исходных позициях зачастую не может быть далее исправлена совершенством отдельных компонентов САПР. Что в свою очередь приводит к увеличению числа итерационных циклов как при выполнении конкретных проектных процедур, так и всего процесса в целом.

Таким образом, необходимо разработать комплекс методов, которые позволяли бы уже на самых ранних этапах проектирования достаточно правильно выбрать основные параметры конструкции модуля и оценить различные характеристики ее качества с тем, чтобы уже в ходе реального процесса проектирования получить конструкцию, не требующую серьезных изменений.

В основу решения данной проблемы могут быть положены различные подходы. В частности, выбор концепции базового проектного решения может быть основан на опыте и интуиции разработчика, однако поскольку сложность разрабатываемых электронных модулей постоянно растет и для принятия правильного решения требуется анализ все большего и большего объема разнородной информации, этот подход нельзя признать эффективным, так как возможности человека ограничены. Другой подход связан с статистической обработкой параметров существующих модулей, однако статистической обработки результатов недостаточно в принципе, хотя она и очень важна. Статистический подход, прежде всего, не дает возможности правильно оценить принципиально новые технические решения. Наиболее перспективный подход связан с разработкой формальных методов, построенных на основе анализа математических моделей объекта проектирования, Однако следует учитывать сложность разработки подобных методов и наличие таких ситуаций, когда построение адекватной математической модели невозможно. В этом случае эффективным является подход, основанный на объединении формальных методов с методами теории искусственных нейронных сетей для построения внутренней модели объекта проектирования.

Таким образом, одной из основных задач является исследование возможности объединения формальных методов с неформальными процедурами выбора базового конструктивного решения модуля ЭВА в САПР и разработка целостного математического описания конструктивно-функциональных модулей ЭВА на основе структурированного объединения математических моделей в соответствии с различным уровнем детализации проектного решения модуля в САПР. Проведенный анализ показал, что наиболее эффективным с этой точки зрения является представление процесса проектирования в виде процесса функционирования совокупности проектных модулей.

Также предметом исследований является проблема оптимизации базового проектного решения на начальной стадии проектирования на основе комплекса математических моделей и методов прогностической оценки метрических и топологических параметров модулей. Комплексное решение указанных выше задач позволит принципиально по новому подойти к решению проблемы автоматизации этапа аванпроектирования в САПР/САИТ и таким образом существенно повысить эффективность применения базовых технологий проектирования на основе концепции открытых систем .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: