Системы проектирования параметров электронных средств. Этапы проектирования электронных систем

⁰

Аннотация: В лекции приводятся основные определения, назначение и принципы систем автоматизированного проектирования (САПР). Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР. Основное назначение лекции - показать сущность процесса проектирования РЭС, основные принципы проектирования. Особенное внимание уделяется системному подходу к проектированию конструкции и технологии производства РЭС

4.1. Определение, назначение, цель

По определению, САПР - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации , выполняющая автоматизированное проектирование объекта , которое является результатом деятельности проектной организации [ , ].

Из этого определения следует, что САПР - это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированию объектов . Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач. Эта дисциплина является методологической, поскольку она обобщает черты, являющиеся общими для разных конкретных приложений .

Идеальная схема функционирования САПР представлена на рис. 4.1 .

Рис. 4.1.

Эта схема идеальна в смысле полного соответствия формулировке согласно существующим стандартам и несоответствия реально действующим системам, в которых далеко не все проектные работы выполняются с помощью средств автоматизации и не все проектировщики пользуются этими средствами.

Проектировщики, как следует из определения, относятся к САПР . Это утверждение вполне правомерно, т. к. САПР - это система автоматизированного, а не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций проектирования может и всегда будет выполняться человеком. При этом в более совершенных системах доля работ , выполняемых человеком, будет меньше, но содержание этих работ будет более творческим, а роль человека в большинстве случаев - более ответственной.

Из определения САПР следует, что целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование - это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемом объекте и способах его изготовления .

В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию. Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте , и технологии его создания. На практике его называют по -прежнему "проектом".

Проектирование - это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь , делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками. Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции . Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы. Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждой части, но тем легче провести оптимизацию.

Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования .

Человек может проектировать дом, машину, технологический процесс , промышленное изделие. Такие же объекты призвана проектировать САПР . При этом разделяют САПР изделия ( САПР И) и САПР технологических процессов (САПР ТП ).

Следовательно, объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования . В производственной практике объектом автоматизации проектирования является вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие или технологический процесс , или то и другое, и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документаций.

Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции , можно описать их с помощью определенных математических методов и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделенные проектные операции и средства автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую поставленным целям.

При проектировании сложного объекта различные проектные операции многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается он с выработки общей концепции проектируемого объекта , на ее основе - эскизного проекта . Далее приближенные решения (прикидки) эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. В целом такой процесс можно представить в виде спирали. На нижнем витке спирали находится концепция проектируемого объекта , на верхнем - окончательные данные о спроектированном объекте . На каждом витке спирали выполняют, с точки зрения технологии обработки информации, идентичные операции , но в увеличивающемся объеме. Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся операций могут быть одни и те же.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т. к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:

поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
анализ выбранной информации;
выполнение расчетов;
принятие проектных решений;
оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).

Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР .

Каковы основные черты систем автоматизированного проектирования и их принципиальные отличия от "позадачных" методов автоматизации?

Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.

Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.

Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога "человек-машина". Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.

Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору "видеть" плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.

Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования. В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.

4.2. Принципы создания систем автоматизированного проектирования конструкции и технологии

При создании САПР руководствуются следующими общесистемными принципами:

Принцип включения состоит в том, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной системы, включающей в себя САПР в качестве подсистемы. Такой сложной системой может быть, например, комплексная система АСНИ - САПР - АСУТП предприятия, САПР отрасли и т. п.
Принцип системного единства предусматривает обеспечение целостности САПР за счет связи между ее подсистемами и функционирования подсистемы управления САПР.
Принцип комплексности требует связности проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования.
Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и компонентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими нормативными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, используемых многократно при проектировании различных объектов , в банках данных. За счет информационного единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо перекомпоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.
Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечить совместное функционирование всех подсистем и сохранить открытую структуру САПР в целом. Так, введение каких-либо новых технических или программных средств в САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.
Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обработки массивов данных и другие, могут быть сделаны одинаковыми для разных технических объектов.

В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов.

Проектное решение - промежуточное описание проектируемого объекта, полученное на том или ином иерархическом уровне, как результат выполнения процедуры (соответствующего уровня).

Проектная процедура - составная часть процесса проектирования. Примерами проектных процедур служат синтез функциональной схемы проектируемого устройства, моделирование, верификация, трассировка межсоединений на печатной плате и т.д.

Проектирование ЭУ разделяется на этапы. Этап представляет собой определенную последовательность проектных процедур. Общая последовательность этапов проектирования представляется так:

составление ТЗ;

ввод проекта;

проектирование архитектуры;

функционольно-логическое проектирование;

схемотехническое проектирование;

топологическое проектирование;

изготовление опытного образца;

определение характеристик устройства.

Составление ТЗ. Определяются требования к проектируемому изделию, его характеристики и формируется техническое задание на проектирование.

Ввод проекта. Для каждого этапа проектирования характерны свои средства ввода, более того, во многих инструментальных системах предусматривают более чем один способ описания проекта.

Эффективными являются высокоуровневые графические и текстовые редакторы описания проекта современных систем проектирования. Такие редакторы дают разработчику возможность чертить блок - схему крупной системы, назначать модели для индивидуальных блоков и соединять последние посредством шин и трактов передачи сигналов. Редакторы, как правило, автоматически связывают текстовые описания блоков и соединений с соответствующими графическими изображениями, обеспечивая тем самым комплексное моделирование системы. Это позволяет инженерам системотехника не менять привычного стиля работы: можно по - прежнему думать, набрасывая блок-схему своего проекта как бы на листе бумаги, в то же время будет вводится и накапливаться точная информация о системе.

Логические уравнения или принципиальные электрические схемы зачастую очень удачно используются для описания базовой интерфейсной стыковочной логике.

Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков.

Языки описания аппаратуры, содержащие конструкции типа конечных автоматов, обычно гораздо эффективнее для представления более сложных логических функциональных блоков, например блоков управления.

Проектирование архитектуры. Представляет собой проектирование ЭУ до уровня передачи сигналов ЦП и ЗУ, ЗУ и КПДП. На этом этапе определяется состав устройства в целом, определяются его главные аппаратные и программные компоненты.

Т.е. проектирование целой системы с высокоуровневым ее представлением для проверки корректности архитектурных решений, делается, как правило, в тех случаях, когда разрабатывается принципиально новая система и необходимо тщательно проработать все архитектурные вопросы.

Во многих случаях полное системное проектирование требует включения в структуру и неэлектрических компонентов и эффектов, с целью проверки их в едином комплексе моделирования.

В качестве элементов этого уровня используются: процессор, память, контроллеры, шины. При построении моделей и моделировании системы здесь используются методы теории графов, теории множеств, теории Марковских процессов, теории массового обслуживания, а также логико-математические средства описания функционирования системы.

На практике предусматривается построение параметризированной системной архитектуры и выбор оптимальных параметров ее конфигурации. Следовательно и соответствующие модели должны быть параметизированны. Параметры конфигурации архитектурной модели определяют, какие функции будут реализовываться аппаратными, а какие программными средствами. В качестве некоторых параметров конфигурации для аппаратных средств можно назвать:

число, разрядность и пропускную способность шин системы;

время доступа к памяти;

размер кэш-памяти;

число процессоров, портов, регистровых блоков;

емкость буферов передачи данных.

А к параметрам конфигурации программных средств относятся, например:

параметры планировщика;

приоритетность задач;

интервал "удаления мусора";

максимально допустимый интервал ЦП для программы;

параметры подсистемы управления памятью (размер страницы, сегмента, а также распределение файлов по дисковым секторам;

Параметры конфигурации средств передачи данных:

величина интервала тайм-аута;

размер фрагмента;

протокольные параметры для обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 1

При интерактивном проектировании на системном уровне вначале вводится функциональные спецификации системного уровня в виде диаграмм потоков данных, а также выбираются типы компонентов для реализации различных функций (рис. 1). Здесь главная задача заключается в том, что разработать такую системную архитектуру, которая будет удовлетворять заданным функциональным, скоростным и стоимостным требованиям. Ошибки на архитектурном уровне обходятся гораздо дороже, чем в решениях, принимаемых в процессе физической реализации.

Архитектурные модели имеют важное значение и отражают логику поведения системы и временные ее особенности, что позволяет выявлять функциональные проблемы. Они обладают четырьмя важными особенностями:

они точно представляют функциональные возможности аппаратных и программных компонентов с использованием высокоуровневых абстракций данных в виде потоков данных;

архитектурные модели абстрактно представляют технологию реализации в виде временных параметров. Конкретную технологию реализации определяют конкретные значения этих параметров;

архитектурные модели содержат схемы, позволяющие многим функциональным блокам разделять (коллективно использовать) компоненты;

эти модели должны допускать параметризацию, типизацию и повторное использование;

Моделирование на системном уровне позволяет разработчику оценить альтернативные варианты проектов системы с точки зрения соотношения их функциональных возможностей, показателей быстродействия и стоимости.

Инструментальная система нисходящего проектирования (ASIC Navigator, компании Compass Disign Automation) для ASIC (спец. ИС) и систем.

Попытка освободить инженеров от проектирование на вентильном уровне.

Logic Assistant (ассистент по логике);

Design Assistant;

ASIC Synthesizez (синтезатор ASIC);

Контрольная работа по теме:

Этапы проектирования электронных систем

составление ТЗ;

ввод проекта;

проектирование архитектуры;

функционольно-логическое проектирование;

схемотехническое проектирование;

топологическое проектирование;

изготовление опытного образца;

определение характеристик устройства.

Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков.

число, разрядность и пропускную способность шин системы;

время доступа к памяти;

размер кэш-памяти;

число процессоров, портов, регистровых блоков;

емкость буферов передачи данных.

А к параметрам конфигурации программных средств относятся, например:

параметры планировщика;

приоритетность задач;

интервал "удаления мусора";

максимально допустимый интервал ЦП для программы;

Параметры конфигурации средств передачи данных:

величина интервала тайм-аута;

размер фрагмента;

протокольные параметры для обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 1 - Последовательность проектных процедур архитектурного этапа проектирования

эти модели должны допускать параметризацию, типизацию и повторное использование;

Попытка освободить инженеров от проектирование на вентильном уровне.

Logic Assistant (ассистент по логике);

Design Assistant;

ASIC Synthesizez (синтезатор ASIC);

Это унифицированная среда проектирования и анализа. Позволяет создать спецификацию ASIC, вводя графические и текстовые описания своих проектов. Пользователи могут описывать свои проекты при помощи большинства способов высокоуровневого ввода, в том числе блок-схем, булевых формул, диаграмм состояния, операторов языка VHDL и Verilog и т.д. Программные средства системы будут поддерживать эти способы ввода как основу всего последующего процесса проектирования ASIC-системы.

Общую архитектуру проектируемой ASIC можно представить в виде взаимосвязанных функциональных блоков без учета их физического разбиения. Эти блоки можно затем описывать способом, наиболее соответствующим особенностям каждой функции. Например, пользователь может описывать логику управления при помощи диаграмм состояния, арифметические функциональные блоки - при помощи схем трактов обработки данных, а алгоритмические функции на языке VHDL. Окончательное описание может быть комбинацией как текстовых, так и графических материалов и служит основой для анализа и реализации ASIC.

Подсистема Logic Assistant преобразует затеи полученную спецификацию в поведенческий код языка VHDL. Этот код может быть обработан при помощи системы моделирования на языке VHDL, разработанной третьей фирмой. Модифицирование спецификации на поведенческом уровне, дает возможность вносить изменения и производить отладку на начальных этапах проектирования.

Disign Assistant

После того, как спецификация проверена, ее можно отобразить на ASIC-приборе. Вначале, однако, пользователь должен решить, каким образом лучше всего реализовать такой высокоуровневый проект. Описание проекта можно отобразить на одну или несколько вентильных матриц или ИС на базе стандартных элементов.

Dising Assistant помогает пользователям оценивать разнообразные варианты, чтобы добиться оптимальной реализации. D.A. по указанию пользователя определяет оценочный размер кристалла, возможные способы корпусирования, мощность потребления и расчетное количество логических вентилей для каждого варианта декомпозиции и для каждого вида ASIC.

Пользователь может затем в интерактивном режиме производить анализ по принципу "что-если", исследовать альтернативные технические решения с разными вариантами декомпозиции проекта или компоновать и перемещать стандартные элементы для случая вентильных матриц. Таким образом пользователь может найти оптимальный подход, удовлетворяющий требованиям спецификации.

ASIC Synthesizer

После того, как конкретный вариант проекта выбран, его поведенческое описание необходимо преобразовать в представление уровня логических вентилей. Эта процедура является весьма трудоемкой.

На вентильном уровне в качестве структурных элементов могут быть выбраны: логические вентили, триггера, а в качестве средств описания - таблицы истинности, логические уравнения. При использовании регистрового уровня, структурными элементами будут: регистры, сумматоры, счетчики, мультиплексоры, а средства описания - таблицы истинности, языки микроопераций, таблицы переходов.

Большое распространение на функционально- логическом уровне получили так называемые логические имитационные модели или просто имитационные модели (ИМ). ИМ отражают только внешнюю логику и временные особенности функционирования проектируемого устройства. Как правило, в ИМ внутренние операции и внутренняя структура не должны быть похожи на те, которые существуют в реальном устройстве. Но моделируемые операции и временные особенности функционирования, в том виде как они внешне наблюдаются, в ИМ должны быть адекватны тем, которые существуют в реальном устройстве.

По определению, САПР - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации , выполняющая автоматизированное проектирование объекта , которое является результатом деятельности проектной организации [54 , 9 ].

Из этого определения следует, что САПР - это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированиюобъектов . Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач. Эта дисциплина является методологической, поскольку она обобщает черты, являющиеся общими для разных конкретных приложений [59 ].

Идеальная схема функционирования САПР представлена на рис. 5.

Рис. 5. Схема функционирования САПР; КСА - комплекс технических средств

Проектировщики, как следует из определения, относятся к САПР . Это утверждение вполне правомерно, т. к. САПР - это система автоматизированного, а не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций проектирования может и всегда будет выполняться человеком. При этом в более совершенных системах доля работ , выполняемых человеком, будет меньше, но содержание этих работ будет более творческим, а роль человека в большинстве случаев - более ответственной.

Из определения САПР следует, что целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование - это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемомобъекте и способах его изготовления [37 ].

В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию. Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте , и технологии его создания. На практике его называют по -прежнему "проектом".

Проектирование - это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь , делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками. Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции . Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы. Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждой части, но тем легче провести оптимизацию.

Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования .

Человек может проектировать дом, машину, технологический процесс , промышленное изделие. Такие же объекты призвана проектировать САПР . При этом разделяют САПР изделия (САПР И) и САПР технологических процессов (САПР ТП ).

Следовательно, объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования . В производственной практикеобъектом автоматизации проектирования является вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие илитехнологический процесс , или то и другое, и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документаций.

Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции , можно описать их с помощью определенных математических методов и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделенные проектные операции исредства автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую поставленным целям.

При проектировании сложного объекта различные проектные операции многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается он с выработки общей концепции проектируемого объекта , на ее основе - эскизного проекта . Далее приближенные решения (прикидки) эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. В целом такой процесс можно представить в виде спирали. На нижнем витке спирали находится концепция проектируемого объекта , на верхнем - окончательные данные о спроектированном объекте . На каждом витке спирали выполняют, с точки зрения технологии обработки информации, идентичные операции , но в увеличивающемся объеме. Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся операций могут быть одни и те же.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т. к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;

анализ выбранной информации;

выполнение расчетов;

принятие проектных решений;

оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).

Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР .

Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.

Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процессдиалога "человек-машина". Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.

Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору "видеть" плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Контрольная работа по теме:

Этапы проектирования электронных систем

составление ТЗ;

ввод проекта;

проектирование архитектуры;

функционольно-логическое проектирование;

схемотехническое проектирование;

топологическое проектирование;

изготовление опытного образца;

определение характеристик устройства.

Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков.

число, разрядность и пропускную способность шин системы;

время доступа к памяти;

размер кэш-памяти;

число процессоров, портов, регистровых блоков;

емкость буферов передачи данных.

А к параметрам конфигурации программных средств относятся, например:

параметры планировщика;

приоритетность задач;

интервал "удаления мусора";

максимально допустимый интервал ЦП для программы;

Параметры конфигурации средств передачи данных:

величина интервала тайм-аута;

размер фрагмента;

протокольные параметры для обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 1 - Последовательность проектных процедур архитектурного этапа проектирования

эти модели должны допускать параметризацию, типизацию и повторное использование;

Попытка освободить инженеров от проектирование на вентильном уровне.

Logic Assistant (ассистент по логике);

Design Assistant;

ASIC Synthesizez (синтезатор ASIC);

Disign Assistant

ASIC Synthesizer

Модели этого этапа используются для проверки правильности реализации заданных алгоритмов функционирования функциональной или логической схемы, а также временных диаграмм устройства без конкретной аппаратной реализации и учета особенностей элементной базы.

Это осуществляется методами логического моделирования. Под логическим моделированием подразумевается имитация на ЭВМ работы функциональной схемы в смысле продвижения информации, представленной в виде логических значений "0" и "1" от входа схемы к ее выходу. Проверка функционирования логической схемы включает как проверку реализуемых схемой логических функций, так и проверку временных соотношений (наличие критических путей, рисков сбоя и состязания сигналов). Основные задачи, решаемые с помощью моделей этого уровня, - верификация функциональных и принципиальных схем, анализ диагностических тестов.

Схемотехническое проектирование - это процесс разработки принципиальных электрических схем, спецификаций в соответствии с требованиями технического задания. Проектируемые устройства могут быть: аналоговые (генераторы, усилители, фильтры, модуляторы т др.), цифровые (разнообразные логические схемы), смешанные (аналогово-цифровые).

На этапе схемотехнического проектирования электронные устройства представляются на схемном уровне. Элементами этого уровня являются активные и пассивные компоненты: резистор, конденсатор, катушка индуктивности, транзисторы, диоды и т.д. В качестве элемента схемного уровня может быть использован и типовой фрагмент схемы (вентиль, триггер и т.д.). Электронная схема проектируемого представляет собой соединение идеальных компонентов, достаточно точно отображающее структуру и элементный состав проектируемого изделия. Предполагается, что идеальные компоненты схемы допускают математическое описание с заданными параметрами и характеристиками. Математическая модель компонента электронной схемы представляет собой ОДУ относительно переменных: тока и напряжения. Математическая модель устройства представляются совокупностью алгебраических или дифференциальных уравнений, выражающих зависимости между токами и напряжениями в различных компонентах схемы. Математические модели типовых фрагментов схемы называют макромоделями.

Этап схемотехнического проектирования включает следующие проектные процедуры:

структурный синтез- построение эквивалентной схемы проектируемого устройства

расчет статических характеристик предполагает определение токов и напряжений в любом узле схемы; анализ вольтамперных характеристик и исследование влияния параметров компонентов на них.

расчет динамических характеристик заключается в определении выходных параметров схемы в зависимости от изменения внутренних и внешних параметров (одновариантный анализ), а также в оценке чувствительности и степени разброса относительно номинальных значений выходных параметров в зависимости от входных и внешних параметров электронной схемы (многовариантный анализ).

параметрическая оптимизация, определяющая такие значения внутренних параметров электронной схемы, которые оптимизируют выходные параметры.

Различают нисходящее (сверху вниз) и восходящее (снизу вверх) проектирование. При нисходящем проектировании выполняются прежде этапы использующие высокие уровни представления устройств, чем этапы использующие более низкие иерархические уровни. При восходящем проектировании последовательность противоположная.

При рассмотрении дерева проекта можно указать на две концепции проектирования: восходящее проектирование (снизу вверх) и нисходящее (сверху вниз). Здесь словом "верх" обозначается корень дерева, а слово "низ" относится к листьям. При нисходящем проектировании работу можно начинать уже тогда, когда разработчику уже известны только функции корня, - и он (или она) производит, прежде всего, разбиение корня на некоторое множество примитивов нижележащего уровня.

После этого разработчик переходит к работе с нижележащим уровнем и осуществляет разбиение примитивов данного уровня. Подобный процесс продолжается до тех пор, пока дело не дойдет до узлов-листьев проекта. Для характеристики нисходящего проектирования важно отметить то, что разбиение на каждом уровне оптимизируется согласно тому или иному объективному критерию. Здесь разбиение не связывается рамками того, "что уже имеется".

Термин "восходящее проектирование" не совсем правилен в том смысле, что процесс проектирования по прежнему начинается с определения корня дерева, однако в этом случае разбиение осуществляется с учетом того, какие компоненты уже имеются и могут использоваться в качестве примитивов; другими словами, разработчику при разбиении приходится исходить из того, какие составные части будут представляться в узлах-листьях. Эти самые "нижние" части будут проектироваться в первую очередь. Нисходящее проектирование кажется самым подходящим подходом, однако его слабость в том, что получаемые компоненты не являются "стандартными", вследствие чего стоимость проекта увеличивается. Поэтому наиболее рациональным представляется сочетание методов восходящего и нисходящего проектирования.

Согласно прогнозам подавляющее большинство инженеров-разработчиков средств электронной и вычислительной техники будут пользоваться нисходящей методологией. Они станут, по сути, инженерами-системотехниками, причем значительную часть своего времени будут затрачивать на проектирование изделий на поведенческом уровне.

В настоящее время проектирование электронных систем осуществляется по восходящей методологии, причем первым этапом процесса проектирования является обычно ввод описания схемы на структурном уровне (очевидно, на уровне ИС и дискретных компонентов). После определения структуры вводится описание поведения этой системы на том или ином языке описания этой аппаратуры и осуществляется модулирование. В этом случае электронная часть проекта выполняется вручную, то есть без применения инструментальных средств проектирования.

Усложнение проектируемых систем приводит к тому, что разработчики практически теряют возможность интуитивно анализировать проект, то есть оценивать качество и характеристики спецификации проекта системы. А моделирование на системном уровне с использованием архитектурных моделей (как первый этап процесса нисходящего проектирования) представляет такую возможность.

В случае нисходящего проектирования, описанные выше два этапа восходящего проектирования, выполняются в обратном порядке. При нисходящем проектировании основное внимание уделяется поведенческому представлению разрабатываемой системы, а не ее физическому или структурному представлению. Естественно, что конечный результат нисходящего проектирования также представляет собой структурное или схемное представление проекта.

Здесь дело в том, что для нисходящего проектирования необходимы системные архитектурные модели, а для восходящего - структурные модели.

Преимущества (для всех САПР):

1) Методология нисходящего проектирования служит предпосылкой для параллельного проектирования: координированной разработки аппаратных и программных подсистем.

2) Внедрению метода нисходящего проектирования способствуют средства логического синтеза. Эти средства обеспечивают преобразование логических формул в физически реализуемые описания уровня логических вентилей.

Благодаря этому:

упрощается физическая реализация

эффективно используется время проектирования

эффективно используются технологические шаблоны

Однако для сложных проектов, масштабы которых выражаются несколькими сотнями тысяч логических вентилей, желательно иметь возможность глобальной оптимизации благодаря моделированию и анализу на системном уровне.

3) Методология нисходящего проектирования базируется на том, что автоматически создается спецификация проекта по исходным функциональным требованиям. Именно функциональные требования являются исходным компонентом при проектировании сложных систем. Благодаря этому подобный подход позволяет уменьшить вероятность неработоспособной системы. Во многих случаях неработоспособность проектируемой системы вызывается несоответствием между функциональными требованиями и спецификациями проекта.

4) Еще одним потенциальным преимуществом нисходящего проектирования является то, что оно позволяет разрабатывать эффективные тесты для верификации и аттестации проекта, а также тест-векторы для контроля изготовленных изделий.

5) Результаты моделирования на системном уровне могут послужить основой для количественной оценки проекта уже на начальных стадиях проектирования. На более поздних этапах для верификации и аттестации проекта необходимо моделирование на уровне логических вентилей. Однородная среда проектирования позволит сравнить результаты моделирования, получаемые на первых и на последующих этапах проектирования.

Подобные документы

Понятие, задачи и проблемы автоматизации проектирования сложных электронных систем. Структура комплекса аппаратно-программных средств САПР. Описание микросхемного, регистрового, вентильного и кремниевого уровней представления мультипроцессорных систем.

реферат , добавлен 11.11.2010

Моделирование усилителя мощности звуковых частот (УМЗЧ) с целью проверки соответствия его характеристик техническим требованиям, предъявляемым к данному типу устройств. Изучение основных проектных процедур схемотехнического этапа проектирования.

курсовая работа , добавлен 07.07.2009

Типовая схема процесса автоматизированного проектирования РЭС. Классификация проектных задач решаемых в процессе проектирования РЭС. Структура САПР, математическое обеспечение, лингвистическое обеспечение. Языки диалогов их разновидности и типы.

реферат , добавлен 10.12.2008

Алгоритмические методы широко используются для измерения и расчёта параметров математических моделей радиокомпонентов в системах автоматизированного проектирования электронных схем. Для их проектирования используются электронно-вычислительные машины.

диссертация , добавлен 15.12.2008

Система схемотехнического моделирования электронных устройств. Математическое описание объектов управления; определение параметров технологических объектов. Оценка показателей качества САУ. Расчет линейных непрерывных систем, их структурная оптимизация.

курс лекций , добавлен 06.05.2013

Анализ современного состояния проектирования приемо-передающих радиоустройств. Описание систем поддержки принятия решений, перспективы применения подобных систем в области проектирования. Расчет полосы пропускания высокочастотного тракта приемника.

дипломная работа , добавлен 30.12.2015

Основные методы проектирования и разработки электронных устройств. Расчет их статических и динамических параметров. Практическое применение пакета схемотехнического моделирования MicroCap 8 для моделирования усилителя в частотной и временной областях.

курсовая работа , добавлен 23.07.2013

Режимы работы, типы технических средств телевизионных систем видеонаблюдения, этапы и алгоритм проектирования. Параметры выбора монитора и наиболее популярных устройств регистрации. Классификация камер, особенности внутреннего и внешнего монтажа.

реферат , добавлен 25.01.2009

Принципы проектирования комплекса технических средств автоматизированных систем управления. Требования, предъявляемые к специализированным устройствам, и затраты на их реализацию. Устройства кодирования графической информации. Графопостроители и табло.

реферат , добавлен 20.02.2011

Методы и этапы конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Роль языка программирования в автоматизированных системах машинного проектирования. Краткая характеристика вычислительных машин, используемых при решении задач автоматизации проектирования РЭА.