Исследование и разработка математического алгоритмического и программного обеспечения входных многоязыковых трансляторов для САПР СБИС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Жуков, Антон Вячеславович

• Жуков, Антон Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жуков, Антон Вячеславович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СРЕДСТВА СОВМЕСТИМОСТИ МОДУЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ САПР СБИС.

1.1. Совместимость модулей САПР СБИС.

1.2. Средства разработки ПО для совместимости модулей САПР СБИС. выводы. постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОЯЗЫКОВОГО ТРАНСЛЯТОРА ЯЗЫКОВ ОПИСАНИЯ

ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ.

2.1. Структура МТ языков описания принципиальных электрических схем.

2.2. Анализ i iaeopa spice-языков.

2.3. подход к построению внутреннего языка мт spice-языков.

2.4. al 1ализ подходов к построению средств многоязыковой tpaj1сляции.

2.5. предлагаемый подход к построению мт на основе каркаса.

2.6. Метод переключения потока данных между блоками анализа языков.

2.7. метод построения каркаса МТ принципиальных электрических схем.

2.8. формалы юе описа11ие характеристической модели.

Выводы.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

МНОГОЯЗЫКОВОГО ТРАНСЛЯТОРА SPICE-ЯЗЫКОВ САПР СБИС.

3.1. Применение мтвСАПРСБИС.

3.2. Структура miюгоязыкового транслятора spice-языков.

3.3. Разработка Back End транслятора.

3.4. Разработка Front End транслятора.

Выводы.

ГЛАВА 4 СОВМЕСТИМОСТЬ САПР СБИС ПА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОГО ВХОДНОГО

МНОГОЯЗЫКОВОГО ТРАНСЛЯТОРА SPICE-ЯЗЫКОВ.

4.1. Сравнение времени разработки средств совместимости модулей.

4.2. Маршруты проектирования СБИС на основе NetlistReader.

4.3. Пример проекта схемы на двух входных spice-языках.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка математического алгоритмического и программного обеспечения входных многоязыковых трансляторов для САПР СБИС»

В течение последнего десятилетия развитие микроэлектроники определяется, прежде всего, эффективностью применения сквозных автоматизированных систем проектирования (САПР) сверхбольших интегральных схем (СБИС). В условиях жесткой конкуренции сильно возрастает необходимость в постоянной модернизации этих систем, быстрого внедрения новых, все более совершенных модулей сквозных САПР. Этим и определяется необходимость в разработке средств совместимости модулей различных САПР, увеличивающих возможности в проектировании СБИС и конкурентоспособности САПР на рынке.

Актуальность проблемы. В настоящее время существует сравнительное небольшое число фирм разрабатывающих автоматизированные системы, позволяющие полностью провести сквозной маршрут проектирования СБИС. Это обусловлено высокой сложностью задачи, и как следствие большой длительностью и стоимостью разработки. Поэтому только крупные компании, такие как Cadence, Synopsys, Mentor Graphics, смогли добиться значимых результатов в этой области. Однако, несмотря на значительные затраты на разработку, крупным компаниям не удается получить систему полностью удовлетворяющую все возрастающим требованиям современной разработки СБИС.

Высокая сложность задачи проектирования СБИС обуславливает неизбежность совместной работы модулей различных САПР. Кроме того, для сохранения ключевых позиций на рынке крупные фирмы-разработчики САПР СБИС стремятся разработать стандартизованную технологию, упрощающую замену и совместное использование модулей различных САПР. Длительное преобладание обратной ситуации, а именно отсутствие стандартизации языков САПР замедляет и усложняет процесс разработки средств внешней интеграции сегодня.

Поэтому разработка средств, позволяющих сократить время осуществления совместимости модулей различных САПР СБИС, является актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертации является исследование и разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения входных многоязыковых трансляторов (МТ) для САПР СБИС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1.Провести исследование методов построения трансляторов для интеграции модулей схемотехнического моделирования различных САПР СБИС в сквозной маршрут проектирования.

2. Разработать методы построения архитектуры и алгоритмов многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем.

3.Разработать метод построения архитектуры многоязыкового транслятора, обеспечивающей гибкую модернизацию программы, быстрое наращивание функциональности для поддержки дополнительных входных языков, а также обеспечивающую достаточную общность для унификации процесса разработки многоязыковых трансляторов САПР СБИС.

4.Разработать на основе предложенных методов алгоритмы, архитектуру, грамматики входных языков, структуру внутреннего языка многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем.

5.Провести апробацию результатов функционирования разработанного многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем.

Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Методы исследования. При решении поставленных задач применены элементы теории вероятностей, теории графов, теория множеств, теория комбинаторики, нотация Бэкуса-Наура, представление знаний на основе доменной модели, язык программирования С++, язык описания грамматики VisuaParse, методы задания регулярных выражений.

Внедрение результатов работы. Результаты работы в виде МТ внедрены в программу схемотехнического моделирования AVOsim, используются в качестве дополнительного модуля в САПР AVOCAD (ООО «Юник Ай Сиз»). Использование МТ позволило увеличить конкурентоспособность САПР AVOCAD.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах: Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов МИЭТ, Научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», а также на ежегодной Научной сессии МИФИ и Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика», 2003-2006.

Публикации по работе. По результатам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 2 статьи в журналах, 1 авторское свидетельство о регистрации программ и 7 тезисов докладов на международных конференциях, всероссийских научных сессиях и межвузовских научно-технических конференциях.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1.Предложен метод обеспечения совместимости по внешним данным модулей схемотехнического моделирования различных САПР СБИС. Метод состоит в замене трансляторов и конверторов семантически-близких языков на многоязыковые трансляторы. Метод позволяет решить проблему роста числа независимых программ трансляции, исключить фазу предварительной конвертации языков и упростить поддержку проектов, описанных на различных языках САПР.

2. Предложен метод переключения потока данных между блоками анализа языков описания принципиальных электрических схем. Метод основан на разработанной модели управления процессом предварительной обработки и процессом анализа входных языков. Метод позволяет совмещать решение задачи предварительной обработки входных данных, определения точек смены языка и перенаправления потока данных между блоками анализа языков.

3. Разработана модель унифицированной «цепочки фильтров» для препроцессора входных трансляторов САПР СБИС. Модель предлагает новый подход к предварительной обработке во входных трансляторах. Достаточно высокая общность модели делает приемлемым применение ее для решения широкой номенклатуры задач, приводимых к концепции фильтров.

4.Впервые предложен подход к разработке многоязыковых трансляторов языков описание принципиальных электрических схем на основе каркаса. Каркас разделяет задачи многоязыковой и одноязыковой трансляции, что позволяет отказаться от классических подходов к построению многоязыковых трансляторов. Впервые предложен метод построения каркаса многоязыкового транслятора САПР СБИС. Метод устанавливает связь между предметной областью и программной реализацией, что упрощает задачу выделения общей и изменяемой части каркаса, сокращается время его разработки.

5.Разработана доменная модель spice-подобных языков. Модель позволяет установить закономерности в организации и связь синтаксиса с семантикой набора spice-языков. Модель позволяет упростить разработку каркаса и базовых алгоритмов многоязыкового транслятора spice-языков.

6. Разработана модель архитектуры и алгоритмов многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем, являющейся базовой для построения многоязыковых трансляторов с произвольным набором входных spice-языков. Поскольку модель основана на новых методах, предложенных в диссертации, целевая архитектура и алгоритмы, построенные на основе модели, отличаются организацией внутреннего языка, анализирующей и обрабатывающей части от ранее известных трансляторов.

Практическая ценность. Получен ряд научных результатов, которые используются при проектировании СБИС.

1.Программная реализация методов построения многоязыковых трансляторов языков описания принципиальных электрических схем в составе многоязыкового транслятора spice-языков. Это позволило сократить разработку многоязыкового транслятора на 60% при двух и более входных языках.

2. Программная реализация многоязыкового транслятора spice- языков обеспечивает интеграцию модуля схемотехнического моделирования САПР AVOCAD с модулями других САПР, позволяя тем самым проводить различные маршруты проектирования. Отличительной особенностью транслятора является: возможность быстрого наращивания и замены функций для поддержки дополнительных входных языков и поддержки проектов, описанных на различных языках.

3. Файл синтаксических шаблонов параметров моделей элементов, адаптированный для использования, как напрямую программой моделирования AVOCAD, так и разработанным многоязыковым транслятором spice-подобных языков.

4. Модель динамического препроцессора многоязыкового транслятора spice-подобных языков, обладающая достаточной общностью для применения ее в других, в том числе и одноязыковых трансляторах.

5.Грамматики spice-языков могут быть использованы для построения независимых входных одноязыковых трансляторов spice-языков.

Представляется к защите:

1. Метод интеграции модулей схемотехнического моделирования САПР СБИС на основе многоязыковых трансляторах.

2. Метод переключения потока данных между блоками анализа языков описания принципиальных электрических схем.

3. Модель унифицированной «цепочки фильтров» для препроцессора входных трансляторов САПР СБИС.

4.Новый подход построения многоязыкового транслятора принципиальных электрических схем на основе каркаса. Новый метод построения каркаса многоязыкового транслятора принципиальных электрических схем.

- 105. Доменная модель spice-языков САПР СБИС, б. Модель входного многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, содержащего акты внедрения результатов работы, списка использованных источников из 60 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Жуков, Антон Вячеславович

Выводы

Сравнение времени разработки модуля NetlistReader на основе предложенного метода построения многоязыковых трансляторов spice-подобных языков показало существенное его преимущество (до 60% для двух и более языков) над методами построения классических средств внешней интеграции САПР СБИС.

Введение в эксплуатацию многоязыкового транслятора позволило значительно расширить функциональность системы схемотехнического моделирования AVOCAD. Расширение функциональности обеспечивается, как за счет расширения собственных сервисов, так и за счет обеспечения сотрудничества с модулями сторонних производителей САПР СБИС.

Обеспечение возможности совместной работы с модулями сторонних производителей позволило организовывать различные маршруты на основе AVOCAD, в том числе и сквозной маршрут проектирования.

Каркас транслятора разработан на основе выявления закономерностей в предметной области spice-подобных языков. Таким образом, ограничения по его расширению состоят в необходимости соблюдения правил расширения синтаксиса и семантики spice-подобных языков.

Заключение

В диссертационной работе разработано математическое, алгоритмическое, и программное обеспечения входных многоязыковых трансляторов для САПР СБИС. Таким образом, задача, поставленная в диссертационной работе, полностью выполнена.

В заключении выделим основные результаты данной работы:

1.Разработан многоязыковой транслятор spice-языков: HSpice, PSpice, Spectre, DivaLVS. Основные преимущества транслятора состоит в возможности быстрого наращивания поддерживаемых входных языков и поддержке проектов, описанных на различных языках. При двух и более входных языках преимущество во времени может достигать 60% по сравнению с классическим решением трансляции, на основе одноязыковых трансляторов и конверторов.

2.Внедрение разработанного транслятора в САПР AVOCAD позволило интегрировать отдельные модули системы с модулями различных САПР СБИС, организовывая тем самым различные маршруты проектирования СБИС, в том числе и сквозной маршрут проектирования.

3. Предложен унифицированный процесс разработки многоязыковых трансляторов САПР СБИС, который в дальнейшем может быть развит до технологии построения многоязыковых трансляторов. Это позволит отказаться от разработки частных и ограниченных методов построения многоязыковых трансляторов. Основное отличие предложенного процесса состоит в необходимости разработки каркаса программы, позволяющего упростить остальные этапы трансляции.

4. Предложен метод построения каркаса входного многоязыкового транслятора языков описания принципиальных электрических схем. Была проведена апробация метода на примере разработки каркаса многоязыкового транслятора spice-подобных языков. Адаптация метода в дальнейшем может позволить применять ее для построения каркасов, используемых в дополнительных предметных областях.

5. Предложен метод переключения потока между блоками анализа входных языков САПР. На основе метода построения каркаса была разработана модель динамического препроцессора многоязыкового транслятора spice-языков. Основное отличие модели состоит в совмещении задачи предварительной обработки входных данных, определения точек смены языка и перенаправления потока данных между анализирующими блоками. Достаточная общность модели динамического препроцессора позволяет применять ее в дальнейшем для построения динамических препроцессоров других трансляторов, в том числе и одноязыковых трансляторов САПР.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жуков, Антон Вячеславович, 2006 год

1. Lakos J. Large-Scale С++ Software Design. Berkeley, California: Addison-Wesley, 1996.

2. Stephen H. Kaisler, "Software paradigms", Wiley-Interscience, New Jersey, 2005.

3. Herrington J. Code Generation in action. Manning, Greenwich, 2003. P. 342.

4. Czarnecki K., Eisenecker U. Generative Programming: Methods, Tools and Applications, Addison-Wesley, 2000, P. 731.

5. Jacobson I., Ng P.-W. Aspect-oriented software development with use cases. Addison Wesley, 2004.

6. Hachani 0., Bardou D. Using Aspect-Oriented Programming for Design Patterns Implementation. In Proc. Workshop Reuse in Object-Oriented Information Systems Design, 2002.

7. Smaragdakis Y., Batory D. Implementing layered design with mixin layers, University of Texas at Austin, 1998 .

8. Stallman R. M. GNU Compiler Collection Internals. Free Software Foundation, Boston, 2003.

9. Graham A. The CAD Framework Initiative Standards Progress Towards First Publication at Year End. IEEE DAT С Newsl. On Design Automation, Sp. 1992, p.13- 21.

10. Griffith A. GCC: The complete reference. McGraw-Hill, Osborne, 2002.

11. Bursky D. Advanced CPLD architectures challenge FPGA, Gas. Electronic Design. 1998 - №22 - P. 78-86.

12. Ershov A. P. Beta System, Encyclopedia of Computer Science. 1976 V.3. - P.272-274.-15313. Star-Hspice LRM, Avant, 1998. - 1870 c.

13. Spectre. Circuit Simulator Reference, Affirma, 2000. - 634 c.

14. Spectre. Circuit Simulator User Guide, Affirma, 2000. - 302 c.

15. Diva LRM, Cadence, 2000. - 658 c.

16. PSpice A/D LRM, MicroSim, 1997. - 365 c.

17. Люгер Дж. Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 4-е издание.: Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. 864 с.

18. Гаврилова Т. А., Хорошевский В. Ф. Базы знаний интеллектуальных систем.- СПб.: Питер, 2001. 384 с.

19. Минский М. Фреймы для представления знаний М.: Энергия, 1979. - 152 с.

20. Ахо А., Сети Р., Ульман Д., Компиляторы: Принципы, технологии, инструменты, М: Изд. дом «Вильяме», 2001.

21. Фридл Дж. Регулярные выражения. Библиотека программиста. СПб.: Питер, 2001. - 352 с.

22. Карпов Ю.Г. Теория и технология программирования. Основы построения трансляторов. СПб.: БХВ -Петербург, 2005. - 272 с.

23. Акимов О. Е. Дискретная математика: логика, группы, графы. 2-е изд., дополн. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 - 376 с.

24. Новиков Ф. А. Дискретная математика для программистов. СПб.: Питер, 2002. 304 с.

25. Касьянов В. Н., Евстигнеев В. А. Графы в программировании: обработка, визуализация и применение. СПб.: БХВ - Петербург, 2003. - 1004 с.

26. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений. Изд-во: СПб: Вильяме, 2004.

27. Басс JI., Клементе П., Кацман Р. Архитектура программного обеспечения на практике, 2-е издание. -СПб.: Питер, 2006. 575 с.

28. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения, 6-е издание.: Пер. с англ. М. : Издательский дом «Вильяме», 2002. - 624 с.

29. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон, Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб.: Питер, 2001.

30. Шаллоуей А., Трот Дж. Р. Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. - 288 с.

31. Влиссидес Дж. Применение шаблонов проектирования. Дополнительные штрихи.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 144 с.

32. Коплиен Дж. Мультипарадигменное проектирование для С++. Библиотека программиста. СПб.: Питер, 2005 -235 с.

33. Саттер Г. Решение сложных задач на С++. Изд-во: СПб: Вильяме, 2002.

34. Павлов В. Аспектно-ориентированное программирование. Журнал «Технология Клиент-Сервер», 2003, №4.

35. Норенков И.П., Маничев В. Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учеб.пособие для вузов. -М.: Высш. Школа, 1983.- 272 с.

36. Казеннов Г.Г., Соколов А.Г. Основы построения САПР и АСТПП М.: Высшая школа, 1989 - 200 с.

37. Казеннов Г.Г. Основы проектирования интегральных схем и систем / Г. Г. Казеннов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 295 с.-15539. Казеннов Г.Г., Соколов А. Г. Принципы и методология построения САПР БИС. М.: Высшая школа, 1990.-142 с.

38. Казеннов Г. Г., Кокин С. А., Макаров С. В., Перминов

39. B. Н., Перминов Д. В. Система схемотехнического моделирования AVOCAD. Проектирование аналого-цифровых систем на кристалле. Электроника : НТБ, 2004 - №31. C. 72- 75

40. Казеннов Г.Г., Соколов А.Г., Автоматизация проектирования БИС / Г. Г. Казеннов, А. Г. Соколов В // Принципы и методология построения САПР БИС б кн. практ. пособие. Кн.1. / М.:Высшая школа 1990.

41. Беляков Ю. Н., Руденко А. А., Топузов И.Г., Егоров Ю.Б., Интеграция данных в САПР БИС. Направления практической реализации, М. : Радио и связь, 1990 -160 с.

42. Третьяков Ю. И. Теоретические вопросы построения системы генерации трансляторов проблемно-ориентированных языков САПР РЭА и их реализация в комплексной САПР. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технический наук. М. 1991.

43. Поттосин И. В. Многоязыковая транслирующая система. Новосибирск: Вычислительный центр СО АН СССР. 1987.

44. Поттосин И. В. Препринт. Текущее состояние российских исследований и разработок в области трансляции. Новосибирск. 1995.

45. Поттосин И. В., Захаров В.Н. Методы построения трансляторов. Издательство «Наука». Новосибирск.1986.

46. Ершов А. П., Покровский С. В., Сабельфельд В.К. Внутренний язык в многоязыковой системе программирования, как средство формализации семантики выходных языков. Препринт. Новосибирск, ВЦ СО РАН СССР, 1974.

47. Ершов А. П. Проблемы многоязыковых систем. Новосибирск, ВЦ СО РАН СССР, 1975.

48. Жуков А. В., Перминов В. Н., Кокин С. А. и др. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2003612520. Российское агентство по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ), 2003.

49. Жуков А. В. Решение проблемы совместимости модулей различных САПР БИС на примере модулей схемотехнического проектирования / А. В. Жуков // Тез. докл. на XLVII научной конференции МФТИ, Москва, 26-27 ноября 2004 г. / М. : МФТИ 2004 - С. 107.

50. Жуков А. В. Совместимость модулей схемотехнического моделирования различных САПР БИС / Информационные технологии 2005 - №10 - С. 7-13.

51. Жуков А. В., Перминов В.Н., Дубровин С. А., Макаров С. В. Совместное использование системы AVOCAD и средств САПР СБИС компаний Cadence и Synopsys / Электроника НТБ 2005 - №4 - С. 68-69.

52. Жуков А. В. Применения каркасов приложений для эффективного построения САПР СБИС / Тез. докл. на V Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика 2005», Москва, 23 - 25 ноября 2005 г. / М. : МИЭТ, 2005, Часть 1, С. 187.

53. Жуков А. В. Построение архитектуры многоязыковых трансляторов САПР СБИС на основе методов инженерии предметной области / А. В. Жуков // Тез. докл. на XLVIII научной конференции МФТИ, Москва, 25-2 6 ноября 2005 г. / М. : МФТИ 2005 - С. 119.

54. Жуков А. В. Реализация сквозных маршрутов проектирования в современных САПР СБИС на примере САПР AVOCAD / А. В. Жуков // Тез. докл. на Научной сессии «МИФИ 2006», Москва, 23 - 27 января 2006 г. / М. : МИФИ - 2006 - С. 116-117.