Разработка элементов АРМ проектирования изделий электронной и вычислительной техники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Соловей, Денис Евгеньевич

• Соловей, Денис Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соловей, Денис Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ современных унифицированных рабочих мест проектирования изделий микроэлектроники и вычислительной техники

1.1 Состояние и пути развития АРМ проектирования ИЭ и ВТ

1.1.1 Обзор уровня и перспектив развития САПР изделий электронной и вычислительной техники

1.1.2 Общий обзор АРМ

1.1.3 Состояние и пути развития отечественных АРМ проектирования ИЭ и ВТ

1.2 Общие требования к унифицированному АРМ

1.3 Задача исследования Выводы

Глава 2. Архитектура элементов АРМ проектирования ИЭ и ВТ

2.1 Архитектура автоматизированного рабочего места

2.2 Основные технические характеристики и архитектура видеомонитора

2.3 Обзор технических решений основных блоков видеомонитора

2.3.1 Схемотехническое решение блока питания

2.3.2 Схемотехническое решение блока видеоусилителя

2.3.3 Схемотехническое решение блока разверток и высокого напряжения

2.4 Блок микропроцессорного управления Выводы

Глава 3. Разработка программного обеспечения БМУ видеомонитора

3.1 Обоснование структуры построения программного обеспечения

3.1.1 Анализ работы БМУ

3.1.2 Структура памяти БМУ

3.1.3 Структура программного управления видеомонитором

3.2 Разработка основных алгоритмов

стр. 4

13

13

23

35

38

39

41

60

60 67

74

82

82

82 85

3.2.1 Обработка измерений

3.2.2 Программный модуль обслуживания окна

3.2.3 Процедуры обслуживания энергонезависимой 99 памяти

3.3 Особенности реализации программного обеспечения

Выводы

Глава 4. Экспериментальные испытания и оценки 104 эффективности

4.1 Конструктивно-технологические особенности 104 реализации опытного образца

4.1.1 Анализ конструктивных особенностей кинескопа

4.1.2 Конструкция видеомонитора

4.2 Экспериментальные исследования характеристик

4.3 Внедрение 114 Выводы 115 Заключение 116 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка элементов АРМ проектирования изделий электронной и вычислительной техники»

Введение

Актуальность темы. Современный уровень развития схемотехнических и конструктивных решений, развитие технологии являются основными факторами увеличения функциональной сложности и, как следствие, постоянного роста степени интеграции изделий электронной (ИЭ) и вычислительной техники (ВТ). В данных условиях постоянно должны модернизироваться средства автоматизированного проектирования. Совершенствование средств проектирования заключается не только в модернизации программного обеспечения, но и в усовершенствовании технических средств проектирования в унифицированных системах проектирования (УСП).

В последнее время используется много новых методов, связанных с техническими средствами, которые повышают адекватность моделирования и сокращают время разработки ИЭ и ВТ. Это специальные аппаратные средства для задач логического моделирования, аппаратные ускорители топологического проектирования, модули физических библиотек элементов и многое другое.

При автоинтерактивной методологии проектирования одним из важных элементов системы является графический видеомонитор. Отечественные средства отображения информации

(видеомониторы) обладают рядом недостатков:

- имеют относительно малый экран отображения информации (не более 51см);

- не обеспечивают функционирование на различных частотах разверток;

- имеют небольшое число цветов в цветовой палитре;

- не соответствуют эргономическим требованиям международных стандартов.

Поэтому развитие архитектуры автоматизированного рабочего места, за счет разработки новых технических элементов (широкоформатного цветного видеомонитора) и модернизации специализированного аппаратного ускорителя логического моделирования, физической библиотеки элементов, и включения их состав АРМ является актуальной задачей.

Цель работы: выбор и разработка базовых технических и программных средств и элементов унифицированного АРМ, связанных с отображением информации и аппаратным ускорителем процесса моделирования, физической библиотекой моделей.

Для решения поставленной цели должны быть решены следующие основные задачи:

1. Проведен анализ состояния отечественных унифицированных средств проектирования и путей развития отечественных унифицированных АРМ.

2. Обоснована архитектура АРМ, объединяющая методы повышения адекватности и сокращения времени моделирования и сохраняющей преемственность с ранее разработанными САПР.

3. Проведены адаптация специализированного ускорителя логического моделирования в технический комплекс АРМ и разработка физической библиотеки моделей.

4. Разработана архитектура устройства отображения информации, отвечающей требованиям современных унифицированных АРМ.

5. Разработаны специализированное программное обеспечение блока микропроцессорного управления видеомонитора и алгоритмы его работы.

Методы исследования. При решении поставленных задач ис-

пользованы методы автоматизации схемотехнического и логического проектирования, теории системного анализа, методы вычислительной математики, структурного и системного программирования, теории цепей, теории кодирования, а также новые информационные технологии и экспериментальные исследования.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Архитектурном решении АРМ, соответствующим современным требованиям САПР ИЭ и ВТ.

2. Разработке методов и средств моделирования устройства отображения информации, отвечающего требованиям современных АРМ.

3. Конструктивных и схемотехнических решениях, предложенных по результатам моделирования, позволивших создать оригинальный отечественный щирокоформатный цветной видеомонитор, который по своим характеристикам не уступает лучшим зарубежным образцам.

4. Разработанном специальном программном обеспечении блока микропроцессорного управления (БМУ), обеспечивающем высококачественное изображение, автоматическую настройку основных узлов видеомонитора, управление режимами энергосбережения и предоставляющем пользователю широкие возможности по выбору режимов работы видеомонитора.

Практическая ценность работы.

Предложенные в диссертационной работе архитектурные принципы, методы проектирования, конструктивные и схемотехнические решения легли в основу создания базовых технических и программных элементов современного отечественного унифицированного АРМ на базе ПЭВМ, отвечающего требованиям по эффективности

и адекватности проектирования современных ИЭ и ВТ.

Проведен комплекс работ по подготовке производства перспективной элементной базы, созданию и освоению современного оборудования разработанных технических средств.

Проведена модернизация аппаратного ускорителя логического моделирования, физической библиотеки моделей, разработан первый отечественный широкоформатный цветной видеомонитор и осуществлена их адаптация в состав унифицированного АРМ на базе ПЭВМ.

Реализация и внедрение результатов работы.

На основании проведенной работы были модернизированы аппаратные ускорители логического моделирования, физическая библиотека моделей, создан первый отечественный широкоформатный цветной видеомонитор и специализированное программное обеспечение, которые вошли в состав унифицированного АРМ.

Экспериментальные образцы АРМ используются для проектирования ИЭ и ВТ как автономно, так и в составе интегрированной САПР ОАО "Электроника"

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях по выполнению работ, направленных на создание видеомонитора в ОАО "ОКБ Процессор" и в департаменте электроники министерства экономики за период с 1993 по 1998 год.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, в том числе: Межведомственном научно-техническом семинаре "Средства отображения информации. Технологии двойного применения" (Москва, 1996 г.), Международ-

ной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1997 г.), Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1998 г.), Российская научная конференция "Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-98" (г. Лыткарино, Моск. обл., 1998 г.).

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе монография "Система проектирования биполярных радиационно-стойких ИМС ".

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Материал диссертации изложен на страницах, включая графики, таблицы и рисунки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении диссертации обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, излагается краткое содержание глав диссертации.

В первой главе диссертационной работы рассматриваются современное состояние элементной базы электронных устройств, систем автоматизации проектирования и технические средства, как инструмент позволяющий обеспечить требуемый уровень проектирования. Поставлены задачи исследования.

Основной вывод первой главы заключается в том, что в условиях, когда инвестиции в развитие средств САПР практически прекращены, а объем сбыта резко снижен, экономически целесообраз-

но разработать архитектуру унифицированного АРМ на базе наиболее доступной на сегодняшний день 1ВМ-совместимой ПЭВМ с использованием элементов отечественной разработки. Особое внимание необходимо уделить разработке устройства отображения информации, так как разработка и изготовление видеомонитора на базе ЭЛТ с использованием преимущественно отечественной комплектации средствами возможны на отечественных предприятиях-изготовителях вычислительной техники.

Во второй главе предложена архитектура автоматизированного рабочего места проектирования ИЭ и ВТ на базе 1ВМ-совместимой ПЭВМ с элементами отечественной разработки, разработана архитектура устройства отображения и обоснована необходимость введения в состав видеомонитора блока микропроцессорного управления (БМУ). Рассмотрены особенности схемотехнической реализации основных блоков цветного широкоформатного видеомонитора.

Для реализации основных идей, позволяющих повысить эффективность моделирования автором предложена архитектура унифицированного АРМ на базе 1ВМ-совместимого персонального компьютера.

Основные методы, способные повысить эффективность и адекватность моделирования, реализованные в данной архитектуры следующие:

- включение в состав АРМ ускорителя логического моделирования, что позволяет снизить на три-четыре порядка вычислительные затраты при моделировании характеристик схем, подготовки тестов, временной верификации;

- использование аппаратной физической библиотеки, что позволяет осуществлять моделирование цифровых систем с включени-

ем реальных микросхем, тем самым увеличивается точность моделирования и устраняется необходимость разработки их математических моделей.

- использование раннее разработанного программного обеспечения САПР.

- включение в состав АРМ разработанного автором устройства отображения информации (видеомонитора), который является главной особенностью данной архитектуры.

Разработка нового видеомонитора обусловлена требованиями современных САПР: размер экрана отображения информации должен обеспечивать информационную емкость не ниже 1600x1200 пикселов, должны быть обеспечены возможность работы видеомонитора при различных режимах адресуемости, снижение геометрических искажений ЭЛТ и выбор широкой палитры отображаемых цветов для высококачественного изображения самых сложных проектируемых объектов.

Для разработки устройства отображения АРМ проектирования был проведен анализ требований, предъявляемых к устройству системой и выявлена зависимость между ними и внутренними параметрами видеомонитора.

Проведенный анализ требований к устройству формирования изображения, предъявляемых современными АРМ, и предложенные критерии выбора соотношения между адресуемостью, устанавливаемой АРМ, и визуальной разрешающей способностью устройства формирования изображения, позволили автору сформулировать основные характеристики внутренних параметров узлов видеомонитора.

На основании этого была предложена архитектура устройства отображения.

Основной особенностью предложенной архитектуры является введение в состав видеомонитора блока микропроцессорного управления (БМУ). Введение этого блока обусловлено необходимостью работы видеомонитора на различных режимах разрешающей способности, а для этого необходим анализ входных сигналов синхронизации для определения режима работы и управление основными блоками ВМ. Высококачественное изображение, формируемое видеомонитором, невозможно без автоматической настройки большого количества параметров. Использование БМУ позволяет также выполнять функции отображения на экране параметров управления ВМ и настройки этих параметров по индивидуальным требованиям оператора; обеспечения интерактивной работы с пользователем с помощью пульта управления видеомонитора и формируемого БМУ окна меню, отображающего различные настраиваемые параметры видеомонитора.

Сформулированные требования к БМУ позволил разработать блок-схему электронного устройства управления. Предложенная блок-схема явилась основой при реализации блока микропроцессорного управления разработанного образца видеомонитора.

Предложенная архитектура АРМ и, особенно, разработка нового видеомонитора позволили повысить эффективность проектирования с точки зрения сложности изделий и затрат времени на их проектирование.

Третья глава посвящена созданному автором специализированному программному обеспечению блока микропроцессорного управления видеомонитором. Предложена структура и разработаны

алгоритмы программного обеспечения блока микропроцессорного управления.

Разработка нового устройства поставило задачу разработки программно-аппаратных средств для его управления. Программно-аппаратные средства существуют в БМУ в форме аппаратно-программного комплекса. Его разработка заключается в определении структуры программных средств, алгоритмов его работы и реализацию с помощью языка Ассемблер МК51.

Созданное автором специализированное программное обеспечение блока микропроцессорного управления видеомонитором позволили полностью реализовать работу видеомонитора.

В четвертой главе описываются конструктивно-технологические особенности реализации опытного образца цветного широкоформатного видеомонитора, экспериментальные исследования его характеристик, результаты внедрения базового аппаратно-программного комплекса унифицированного АРМ.

Глава 1. Анализ современных унифицированных рабочих мест проектирования изделий микроэлектроники и вычислительной техники

1.1. Состояние и пути развития АРМ проектирования ИЭ и ВТ

1.1.1 Обзор уровня и перспектив развития САПР изделий электронной и вычислительной техники

■о __«_>

В настоящее время для проектирования изделии электронной и вычислительной техники (ИЭ и ВТ) как у нас в стране, так и за рубежом широко применяются унифицированные интерактивные системы проектирования (УСП) на базе малых высокопроизводительных ЭВМ и широкого набора периферийных устройств.

Совершенствование схемотехнических, конструкторских и технических приемов и создание нового технического оборудования приводят к очень быстрым темпам роста ИЭ и ВТ. Эта тенденция требует постоянного развития УСП.

Для создания современных электронных устройств используются следующие типы микросхем: стандартные микросхемы, микропроцессоры, микросхемы памяти (ЗУПВ и ПЗУ), заказные и полузаказные микросхемы.

Первое крупное семейство логических И С - стандартные ТТЛ-схемы - вышло на сцену в конце 1960-х годов [1]. Вскоре, следом за ним на рынке появилось семейство КМОП ИС серии СБ4000. Хотя для этих КМОП-приборов задержки достигали 100 не, им удалось завоевать значительную часть рынка логических схем благодаря своему почти нулевому энергопотреблению в статистическом режиме. В течение следующих двадцати лет разработчики систем и их изделия

разделялись между двумя направлениями - микромощные КМОП-схемы и более быстродействующие ТТЛ-схемы.

В течение этого времени оба класса схем непрерывно модернизировались и совершенствовались. В классе ТТЛ-схем появились маломощные Шотки/ТТЛ - приборы с меньшим по сравнению с обычными ТТЛ-схемами энергопотреблением и Шотки/ТТЛ-приборы с повышенным быстродействием и нагрузочной способностью. Сами стандартные ТТЛ-схемы в конце 1970-х годов превратились в схемы семейства FAST (Fairchild Advanced Schottky TTL - усовершенствованные ТТЛШ-схемы компании Fairchild). В результате сокращения геометрических размеров элементов в логических ИС семейства FAST удалось успешно соединить малое энергопотребление приборов семейства маломощных Шотки/ТТЛ и нагрузочную способность семейства Шотки/ТТЛ с повышенным быстродействием, получив обширную по номенклатуре серию логических ИС.

В то же время аналогичные изменения происходили и в области логических КМОП ИС. Разработка технологии 5-В быстродействующих КМОП-схем с поликремниевыми затворами (HCVOS-технологии) позволила обеспечить разработчиков систем КМОП-приборами, которые в четыре раза превосходили по быстродействию своих 15-В предшественников серии CD4000 с металлическими затворами. Затем семейство HCMOS-приборов разделилось на два направления: на семейство НС, предназначенное для совместной работы с КМОП-приборами, и семейство НСТ, ориентированное на совместную работу с ТТЛ-приборами. Дальнейший рост быстродействия КМОП-схем был связан с созданием двух усовершенствованных КМОП-технологий - AC/ACT (Advanced CMOS Technology - усовершенствованная КМОП-технология) и FCT (FAST CMOS Technology - КМОП-технология FAST). В обоих технологических

процессах применялись топологические проектные нормы менее 2 мкм. В последнем случае впервые было достигнуто такое положение, когда показатели быстродействия и нагрузочной способности КМОП-схем сравнялись с соответствующими показателями TTJI-схем.

На сегодняшний день существуют четыре основные категории новых семейств стандартных логических схем:

• Усовершенствованные КМОП-схемы второго поколения (семейство ACMOS), в которых особое внимание уделено снижению уровня помех (серия ACQ, ACT);

• Второе поколение семейства ACMOS усовершенствованных КМОП-схем, для которых главный упор сделан на повышении быстродействия (серии FCTx, FCTxT);

• Второе поколение усовершенствованных биполярных ТТЛ-схем (серия FASTr);

• БИКМОП-схемы.

БИКМОП-схемы представляют собой ТТЛ-схемы, что обеспечивает их высокое быстродействие, однако для реализации трехста-бильных (TRI-STATE) выходных каскадов в их составе предусмотрены КМОП-структуры. Энергопотребление таких микросхем в статических режимах выше, чем у усовершенствованных КМОП-схем, а по быстродействию они несколько уступают схемам семейства FASTr.

В течение последних нескольких лет сложность интегральных микросхем постоянно увеличивалась. Современная технология ИС дает возможность изготавливать кристаллы, содержащие сотни тысяч транзисторов. Благодаря высокому уровню технологии ИС, сейчас существует возможность производить однокристальные микропро-

цессоры, по своей сложности и функциональным возможностям сравнимые с самыми высокопроизводительными крупными компьютерами, построенными с использованием стандартных микросхем малой, средней и большой степени интеграции (МИС, СИС и БИС).

Что касается наиболее сложных специализированных ИС, то они разделяются по трем категориям: ИС, специализированные по требованиям пользователя, по требованиям заказчика, или по требованиям системы. Число логических вентилей в таких схемах сейчас увеличивается на 40% в год и удваивается каждые два года. Платы, которые содержат упомянутые новые специализированные ИС, также становятся все более сложными. Объем логической схемы, создаваемой специально для решения конкретных прикладных задач, увеличивается в среднем на 30-50% в год. Такая тенденция вызвана, главным образом, увеличением разрядности компьютерных шин. Удвоение разрядности шины приводит к удвоению объема стыковочной логики, требуемой для построения схемной платы. Такие платы работают на более высоких тактовых частотах, а их компоновка является более насыщенной и предъявляет более жесткие требования по конструированию, чем прежние проекты.

Отечественные аналитики отмечают тенденцию к преобладанию в номенклатуре ИС большой и сверхбольшой степени интеграции, ориентированных на цифровую обработку информации в реальном масштабе времени [2]. Развитие микроэлектоники за последние 30 лет характеризуется: увеличением числа транзисторов на кристалле в 4 раза каждые три года, диаметра пластин в 2 раза каждые 15 лет, площади кристалла в 2, 3 раза каждые 6 лет, стоимости производства в 2 раза каждые три года (при неизменности производственной стоимости 1 кв. см кремния), уменьшением минимальных проектных норм в 2 раза каждые 6 лет.

Как видно задача проектирования современных сложных электронных систем характеризуется очень высоким уровнем сложности, поскольку в их состав входят не только стандартные компоненты, но и заказные изделия, такие как специализированные И С и программируемые логические микросхемы. Рост быстродействия современных электронных систем и компонентов заставляет их разработчиков уделять значительно больше внимания таким проблемам топологического и схемного проектирования, как паразитные колебания, выбросы на фронте импульса, перекрестные помехи и многократные переходы сигналов через пороговые уровни. Кроме того, резко сокращается жизненный цикл электронного изделия. Для успешного решения этих важнейших проблем проектирования требуются комплексное автоматизированное проектирование с использованием, как более эффективных средств размещения и трассировки, тепловых расчетов и схемного проектирования, так и методов анализа и расчета радиочастотных помех от внешних и внутренних источников и поверхностных эффектов в печатных проводниках.

Комплексное автоматизированное проектирование изделий электроники включает в себя два процесса - функциональное проектирование и топологическое проектирование [3].

Процесс автоматизированного функционально-

го/топологического проектирования (рис. 1) начинается с того, что инженер вводит в систему описание своей схемы в виде списка соединений. Затем он выполняет моделирование работы схемы, чтобы убедиться, что она выполняет все заданные для нее функции. Вслед за этим он проверяет, работает ли схема в соответствии с проектными требованиями к ее временным характеристикам.

И, наконец, он моделирует все возможные режимы неисправностей для оценки поведения проектируемой схемы, для проверки рабочих характеристик реального или эмулируемого макета и для получения характеристик возможных неисправностей. После этого разрабатываемая им схема готова к воплощению в виде кремниевого кристалла или печатной платы.

При автоматизированном топологическом проектировании конструктор ИС или печатной платы разделяет всю схему на сегменты, которые легко могут быть реализованы на плате или кристалле. После этого он составляет компоновочный план положения этих

М аршрут логического проектирования

Список соединений для последующего

топологического проектирования печатной платы или И С

М аршрут топологи ческого лроектирова н и я ИС или печатио платы

В кремниевую

мастерскую или к изготовителю печатных плат

Рис. 1. Функциональное и топологическое проектирование

электронных устройств.

сегментов на плате или кристалле, а затем размещает соответствующие схемные элементы вручную или с помощью средства, позволяющего это делать автоматически. На заключительной стадии элементы соединяются между собой в соответствии со списком соединений.

В ходе обоих упомянутых процессов схемотехник или тополог работает в режиме обратной связи - это означает, что результаты одного из этапов могут потребовать изменений на предыдущем этапе, которые в свою очередь скажутся на последующих этапах. Например, разработчику компоновочного плана может потребоваться внести изменения в схему, чтобы выполнить требования к ее временным характеристикам или обеспечить правильные результаты при логическом моделировании схемы. Топологу может потребоваться изменить разбиение схемы на сегменты, чтобы разместить все функциональные модули на кристалле с экономически приемлемыми размерами или обеспечить малую длину межсоединений для выполнения требований к временным параметрам. Преимущество современных САПР состоит в том, что они позволяют выполнять эти проектные итерации в автоматическом режиме, и, следовательно, с меньшим числом ошибок.

Слабым звеном процесса автоматизированного проектирования является автоматизированное моделирование. Это связано не только с тем, что разработчики ИЭ и ВТ с большим трудом осваивают программные средства моделирования и результаты, полученные с помощью этих средств, оказываются недостаточно точными, но и с тем, что процесс моделирования занимает основное машинное время при проектировании. Моделирование объекта можно разделить на следующие уровни:

1 .Архитектурный уровень;

2.Поведенческий уровень; Эти два уровня помогают сформулировать общую идею и принципы функционирования объекта.

3.Вентильный уровень - позволяет выполнить верификацию созданного проекта;

4.Уровень скомпилированных кодов - обеспечивает высокую скорость моделирования и малые времена проведения структурированных разработок;

5.Уровень точного временного моделирования - помогает верифицировать технологичность разработки;

6.Уровень физического моделирования - на приборном уровне дает возможность удостовериться в работоспособности ИС.

7.Уровень аналогового моделирования - дает возможность проработать нецифровые части и фрагменты схемы.

Средства автоматизированного проектирования помогают разработчикам создавать высоконадежные системы высокого уровня сложности в сокращенные сроки. Средства проектирования и верификации на высоком уровне описания позволяют подробно исследовать создаваемую систему и оценивать ее параметры еще до начала конкретной реализации проектных решений. Продвигаясь по проектной иерархии сверху вниз разработчики используют прежние проектные решения и средства синтеза новых решений. А метод параллельного проектирования гарантирует, что при реализации системы в полной мере учтены все подробности и требования к ней.

В связи с увеличенной сложностью ИЭ и ВТ, современные САПР используют методологию нисходящего проектирования [4]. Структура этой методологии показана на рис. 2. Разработчик начинает строить модель проекта на архитектурном и поведенческом уровне с использованием такого высокоуровневого языка описания аппаратуры, как УНБЬ, после ввода принципиальной схеме.

Техническое задание

Архитектурное проектирование

Поведенческое проектирование

Поведенческое моделирование

Синтез

Ввод описаний принципиальной схемы

М оделирование уровня логических вентилей

Физическое топологическое проектирование

Печатная схемная плата

Рис. 2 Методология нисходящего проектирования

Затем он производит отладку проекта при помощи многоуровневой системы моделирования, обеспечивающей моделирование частей проекта, описанных на поведенческом уровне, вместе с другими частями, описанными на функциональном и вентильном уровнях. После этого части отлаженного проекта можно автоматически синтезировать.

Общая среда поддержки инструментальных средств систем автоматизации проектирования ИЭ и ВТ начинает играть не менее важную роль, чем функциональные возможности и эффективность самих инструментальных средств [5]. Термин "среда поддержки

САПР" сегодня охватывает следующие элементы: базовые аппаратные средства, операционную систему, сетевые средства, интерфейс пользователя, методы доступа к базам данных и средства организации взаимодействия между прикладными программами. Последние три компонента являются составляющими так называемой "инфраструктуры" (framework) САПР ИЭ и ВТ, то есть набора программных средств, отделяющих прикладные программы САПР от их операционного окружения. Архитектура инфраструктуры САПР ИЭ и ВТ представлена на рис. 3.

Полиэкранная графическая система рабочей станции

Реальная библиотека интерфейса пользователя

^^^ Стандартный протокол ^^^

О

Системные сервисные средства

sz

<С

Средства связи между процессами

iz

П акеты прикладных программ

7ч

Система управления проектирования

Операционная система и файловая система рабочей станции

Рис. 3 Архитектура инфраструктуры САПР

Интерфейс пользователя, обладающий широкими визуальными

и графическими возможностями, стал важным аспектом инфраструктуры САПР. Он определяет общий вид высокоуровневых экранных элементов, таких как меню, формы, функциональные кнопки и границы окон. Стандарт интерфейса пользователя позволяет убрать одно из препятствий (несовместимость полиэкранных средств) на пути достижения транспортабельности программ САПР.

Полиэкранный режим позволяет разработчику одновременно наблюдать принципиальную схему, соответствующую ей топологию и ее частотную или временную характеристики. Большинство современных САПР позволяют формировать различные графики, гистограммы и диаграммы рассеивания, доступные разработчику на разных стадиях проектирования. Эти данные можно наблюдать на экране видеомонитора и выводить на принтер или плоттер.

1.1.2 Общий обзор АРМ

Основной функцией АРМ в начале развития вычислительной техники было обеспечение интерфейса "человек-вычислительная система" [6]. Первой автоматизированной системой в которой применялись устройства отображения и ввода графической информации, был проект WHIRLWIND («вихрь») Массачусетского технологического института (МТИ), ставший основой создания опытного образца командно-управляемой системы воздушной защиты, разработанной для полуавтоматической земной среды, как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму. Оператор использовал световое перо для изображения мишени самолетов на ЭЛТ, а система, разработанная фирмой IBM, отображала соответствующую информацию об этом.

К середине 1960-х годов наступил период применения АРМ в

промышленности. Фирма Itek разработала цифровую электронную чертежную машину, которая стала основой для серии систем интерактивной графики компании Control Data Corp. В 1964 году General Motors представила свою DAC-I - систему автоматизированного проектирования, разработанную совместно с IBM.

Первые запоминающие электронно-лучевые трубки появились в

1968 году, когда фирма Computer Displays создала систему ARDS, а Computek создала свою серию 400. Оба терминала использовали дисплей с запоминающей трубкой Tektronix 611 размером 6 на 8 дюймов и стоимостью 12 тысяч долларов. Впоследствии фирма Tektronix выпустила на рынок трубку с Т4002А стоимостью 9 тысяч долл., а несколько позже - Т4010, стоимостью около 4 тысяч долл. Эти прямо-направленные запоминающие трубки (DVST) были неспособны качественно отображать трехмерное пространство, а применяемая в них техника генерации символов была достаточно примитивной. Тем не менее, трубки DVST оказали серьезное влияние на становление средств отображения и с успехом использовались на десятках тысяч автоматизированных рабочих мест. Системы САПР начались с мэйнфреймов, работающих с каркасными моделями, визуализируемыми с помощью обычных или интеллектуальных терминалов. В то время пользователей АРМ с графическими станциями на основе DVST не пугал размер первоначальных капиталовложений, составляющий от 50 до 250 тысяч долл. только за аппаратуру (программное обеспечение рассматривалось как нечто второстепенное и цена на него обычно даже не оговаривалась). К этому надо было добавить еще стоимость одного часа машинного времени, которая составляла тогда от 50 до 250 долл. Системы на запоминающих трубках обладали намного меньшими ценами и могли уже использоваться в машинных комплексах, стоимость одного часа работы которых составляла от 10 до

30 долл.

Рынок отреагировал на снижение уровня цен: предприятия, использующие другие технологии (например, трубки с регенерацией, сканирующие преобразователи, плазменные дисплеи и цифровые телевизоры), начали предлагать терминалы по столь же низкой цене.

В конце шестидесятых - начале семидесятых годов в области АРМ для разнообразных САПР стала развиваться технология "системы под ключ". Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы «под ключ» стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением. Итогом десятилетия для покупателей стали "проблемно-ориентированные" АРМ, специально предназначенные для решения конкретной задачи. В состав АРМ входили: ЭВМ (мини-ЭВМ или класса мэйнфрейм), графическая станция (дисплей, векторный или растровый, вместе с электронным блоком аппаратно реализовывающим связь графической станции с ЭВМ и вывод изображений на дисплей, в том числе и трехмерных) и периферийные устройства создания твердых копий. Для взаимодействия ЭВМ с графической станцией разрабатывались специальные программные драйверы. Аппаратно графические станции подключались к ЭВМ с помощью стыка С2 (разъем 118232), а позднее с помощью специальных контроллеров прямого доступа к памяти ЭВМ.

В конце семидесятых годов на рынке АРМ произошли значительные изменения. Память для дисплеев стала дешевле, появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество

преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом и недорогие мониторы. Правда, пришлось пожертвовать качеством изображения некоторых, особенно наклонных, линий из-за того, что память была все же не настолько дешевой и при выводе наблюдался лестничный эффект. Однако впервые стало возможным получение блестящей цветовой гаммы. Растровая технология в конце семидесятых стала явно доминирующей и начала распространяться на рынке вместе с DVST и системами с регенерацией изображения.

Устройства ввода в ранних АРМ ограничивались клавиатурой и световыми перьями. В 1970-х годах этот список расширился и пополнился мышью, трекболом, графическими планшетами, и дигитайзерами, а также сенсорными устройствами. Высокоскоростные электростатические графопостроители позволяли быстро получать высококачественные монохромные копии. Менее дорогие, многоперьевые крупноформатные электромеханические графопостроители формировали цветные копии. Ленточные регистраторы и струйные графопостроители также стали использоваться для получения цветных изображений.

Возможно, наиболее знаменательным событием в развитии технических средств САПР было создание в конце семидесятых персонального компьютера (ПК). В 1977 году Commodore выпустила свой PET (персональный электронный делопроизводитель), а компания Apple создала Apple-II. Несмотря на то, что графика этих устройств была ужасной, а процессоры медленными, как улитки, ПК стимулировали процесс разработки периферийных устройств: недорогих графопостроителей и графических планшетов.

В восьмидесятые годы полного расцвета достигли системы автоматизированного проектирования и производства, как одни из

первых применений вычислительной техники, способные вернуть сделанные в нее капиталовложения. К середине восьмидесятых рабочие станции, выполняющие функции графической обработки, становятся уже обычным средством.

Конечно, ПК развивались как важная часть САПР, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения ПК были не приложения САПР, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, однако его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области САПР, так и в более общих областях бизнеса и искусства. К концу десятилетия программное обеспечение имелось для всех сфер применения ПК: от комплексов управления до настольных издательских систем.

Эти годы характеризовались существенным повышением производительности и снижением соотношения цена/производительность. Персональные компьютеры и рабочие станции стоимостью 10 тысяч долларов теснят вычислительные системы более ранних выпусков и графические комплексы на специализированных терминалах. Высокопроизводительные ("high-end") рабочие станции стоимостью от 30 до 100 тысяч долл. приобрели возможности вывода фотореалистических изображений в реальном масштабе времени. Появившиеся в это время параллельные процессоры и графические ускорители позволяли повышать производительность. Теперь уже дисплеи в 1000 строк и с 16 млн. цветов стали привычными: появились цветные дисплеи на 2000 строк, правда еще достаточно дорогие, однако становятся доступными монохромные системы с размером экрана в 3000 строк (стоимостью около 5 тысяч долл.).

Манипулятор "мышь" стал естественным графическим устрой-

ством ввода. Вследствие появления интереса к работе с трехмерными изображениями возникли соответствующие устройства ввода: приборы типа spaceball фирмы Spaceball Technologies, обладающие шестью степенями свободы; «Bird» фирмы Ascension Technology - сенсорное устройство позиционирования вместе с разнообразными очками, реагирующими на положение руки и движение пальца руки.

В конце восьмидесятых годов возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чертеж на бумаге, преобразуя его в стандартные форматы САПР. В конце десятилетия, однако, акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений.

Стала более реальной возможность создания стереоизображений. Ранние системы использовали двухцветную (обычно красный и зеленый) технику, которая ограничивала реальность, а также объемные и дорогие вибрирующие мембраны. К 1989 году стало возможным купить за 2 тысячи долларов стереоскопические очки или полноэкранный жидкокристаллический дисплей с поляризующими панелями. Очки имели компактную батарейку возле ушной раковины и были связаны с терминалом посредством беспроволочного инфракрасного соединения. Следствием этого стало широкое внедрение стереоскопического программного обеспечения в приложения, использующие трехмерную визуализацию, например, при моделировании молекул.

Вопреки постоянным прогнозам о приближающемся конце твердых копий, почти все технологии построения цветных твердых копий приобретают популярность, включая перьевые графопострои-

тели, электростатические и струйные принтеры. В эти годы также получили развитие системы формирования объемных твердых копий. Некоторые системы "выращивали" трехмерные объекты в жидких полимерах, активизируемых путем ультрафиолетовых источников или шлакования толченого металла под действием лазерных лучей либо путем вытеснения пластиковых каркасов. Время от времени появляются сообщения о скоростных системах создания прототипов на основе моделей, генерируемых средствами САПР.

Прежде отличали рабочие станции от ПК по параметрам разрешающей способности дисплея и производительности, размеру слова в процессоре, используемой операционной системе и цене. Сегодня единственным отличием может быть пропускная способность магистральной шины, однако даже такое отличие исчезает после появления шин МСА и PCI.

САПР часто имеют дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией.

Существует конкуренция между двумя стандартами на локальные шины: VL-Bus от VESA и PCI от Intel. Разработанные первоначально для 32-разрядной шины, оба стандарта имеют средства наращивания возможностей для работы со следующим поколением 64-разрядных процессоров: Intel Pentium, DEC Alpha, Mips RXXXX.

Становятся обычным явлением высокоскоростные оптоволоконные сети с диапазонами частот на два порядка выше, чем сегодняшние сети с коаксиальными кабелями или витой парой. Это естественным образом влияет на архитектуру рабочих станций и их сетей,

в которых уже не будет места большим хранилищам данных в каждом узле.

Появляются системы, которые распознают индивидуальные особенности пользователя на основе экспертных технологий и соответствующим образом настраивают интерфейс. На разных стадиях разработки находятся способы организации интерфейсов на базе голоса и жестов. Увеличение возможностей трехмерной графики в среде ПК способствует развитию графических интерфейсов от плоской метафоры к богатому интерфейсу «человек-компьютер». Постепенно формируется представление о «дружественном пользователю окружении», в котором система формирует именно тот диалог, который ожидается пользователем.

Экономичные, цветные дисплеи с высоким разрешением, основанные на таких стандартах, как HDTI (адресуемость экрана -1900x1200) или АТС (2000x2000), ожидаются уже к концу этого десятилетия, и интерес заказчиков к HDT1 исключительно велик.

За период с момента появления САПР-электроники произошло резкое изменение ситуации с аппаратными средствами. Первые машины применявшиеся для целей САПР, стоили очень дорого и поэтому работали по сути в режиме вычислительных центров. Большинство разработчиков использовали собственные нестандартные аппаратные средства и нестандартные операционные системы.

Затем, в середине 80-х годов, такие компании, как Apollo Computer и Sun Microsystems, разработали так называемые рабочие станции САПР (АРМ), которые существенно изменили ситуации в электронной промышленности. Сразу потребовались средства программного обеспечения для этих "стандартных базовых инструментальных машин", и на смену этапу оригинальных фирменных систем "под ключ" пришел этап стандартизации.

Системы автоматизированного проектирования изделий электронной и вычислительной техники (ИЭ и ВТ) имеют в составе своих технических средств как стандартные устройства общие для всех АРМ любой САПР, так и уникальные устройства, наличие которых обусловлено спецификой задач САПР ИЭ и ВТ. К таким устройствам относят специальные аппаратные средства для задач логического моделирования и модули физических библиотек элементов, которые стали применяться в конце 70-х годов. Эти устройства позволили перенести процесс логического моделирования с программного уровня на аппаратный, что позволило существенно сократить время проектирования.

Инициатором создания специализированной аппаратуры, ориентированной на задачи логического моделирования, выступила фирма BOEING AIRCRAFT (США), разработавшая ускоритель логического моделирования (УЛМ), состоящий из 4-х идентичных процессоров, оперирующих 48-битными словами в параллельном коде, с внутренней памятью до 8К слов каждый.

По мере совершенствования и удешевления производства заказных и полузаказных СБИС идея разработки специализированной аппаратуры моделирования стала все более притягательной и доступной. Первые сообщения о промышленном производстве и использовании специализированных систем моделирования за рубежом появились в начале 80-х годов.

В конце 80-х годов фирма AT&T Bell Laboratories выпустила многопроцессорный программируемый ускоритель MARS, архитектура которого занимает промежуточное положение между универсальной и параллельной ЭВМ. Ускоритель типа MARS предназначен для моделирования на логическом, переключательном и схемотехническом уровнях описания схемы. В каждом из параллельных процессо-

ров ускорителя MARS аипаратно реализованы операции обработки структур данных различных режимов моделирования. Гибкость применения обеспечивается с помощью микр о программируемых процессорных элементов.

Однако производительность ускорителя типа MARS в несколько раз ниже производительности соответствующих специализированных ускорителей. Переход к многопроцессорному варианту аппаратного моделирования, однако, не приводит к линейному увеличению производительности системы. Во-первых, возникают межпроцессорные конфликты обращений к общей памяти, во-вторых, возникают проблемы синхронизации различных процессоров в процессе моделирования схемы.

В настоящее время ряд фирм США и Японии выпускают специализированные ускорители моделирования для различных уровней представления схем. В число первых наиболее известных ускорителей входят YSE (IBM), HAL (NEC), LE (ZYCAD), LS M (Bell Lab.), AAP-1 (NTT) и SP (Fujistu). В таблице приведены оценки производительности для первых образцов специализированных ускорителей [7].

Таблица 1.1

Модель Производитель- Объем модели Число Число Макс.

(фирма) ность на один на один про- входов у значений число

процессор (млн. соб./с) цессор (тыс./ элемент) элемента моде лир. сигналов процессоров

1 2 3 4 5 6

LE 1000 0,5 32 3 12 32

(Zycad) EXPEDITO 1М0 16/32 3 12 1

R 100/200 (Zycad) MAGNUM 0,5 16

(Zycad) ICOS 1900 0,5 16 4 15

(ICOS)

С 1983 года лидером среди производителей специализированной аппаратуры является фирма ZYCAD США, выпустившая серию высокопроизводительных ускорителей типа LE-1002...LE-1032 для логического моделирования и серию ускорителей типа FE для режима моделирования с неисправностями. В 1986 году фирма ZYCAD совместно с Silikon Solutions объявила о выпуске ускорителя типа MACH 1000, способного работать как в режиме логического моделирования, так и в режиме моделирования неисправностей со скоростью от 500 тыс. до 1 миллиона событий/сек.

При всем многообразии архитектур специализированных ускорителей моделирования, в основе их лежат 2 ускоряющих фактора: параллельная обработка и аппаратная реализация алгоритма моделирования. Главными достоинствами специализированной архитектуры являются высокая скорость вычислений. Однако жесткая аппаратная реализация алгоритма является одновременно и недостатком - любое изменение алгоритма моделирования требует модификации аппаратуры ускорителя.

В 1990-е годы в области АРМ проектирования ИЭ и ВТ заняла RISC-технология (использование компьютеров с сокращенным набором команд). Настольные машины приблизились к уровню быстродействия 20-30 млн. команда/с. Появилась система нового типа, так называемый X-терминал. Эта недорогая система обеспечивает каждому пользователю возможность доступа к гораздо более мощным RISC-серверам. Благодаря X-терминалам возникли новые приложения, позволяющие, группам инженеров, не участвующих непосредственно в разработке, легко наблюдать за процессом проектирования и видеть конструкторскую документацию.

1.1.3 Состояние и пути развития отечественных АРМ проектирования ИЭ и ВТ.

Конкурентоспособность и время жизни унифицированных сис-

тем проектирования (УСП) определяются по таким важнейшим характеристикам как производительность, универсальность (сфера применения для проектирования широкого круга изделий электронной и вычислительной техники), мобильность архитектуры программно-аппаратных средств (простота подключения новых устройств, замена устаревших, развиваемость и инвариантность программных компонентов), возможность и простота объединения в локальные и глобальные сети [8].

Важнейшее значение на эффективность УСП оказывают технические средства АРМ. В их состав, как правило, в настоящее время включаются:

• накопитель на гибких магнитных дисках;

• накопитель на жестких магнитных дисках типа "винчестер";

• магнитооптический накопитель;

• оптический CD-ROM накопитель;

• накопитель на магнитной ленте типа "стример";

• графопостроитель (или плоттер);

• принтер;

• видеомонитор.

Анализ отечественных УСП по перечисленным характеристикам показывает, что они не отвечают современному условию развития ИЭ и ВТ и уступают лучшим зарубежным аналогам.

Среди отечественных УСП можно выделить унифицированные АРМ на базе СМ1700, СМ1702, "Электроника МС0104" и "Электроника МС0107". В их составе используются и специализированные аппаратные ускорители "Электроника МС 90" и "Электроника МС 91", позволяющие повысить эффективность решения наиболее трудоемких задач на три-четыре порядка. Для взаимодействия "пользователь - САПР" была разработана графическая станция "Электроника 7108". К недостаткам этой станции, помимо габаритных размеров и потребляемой мощности, можно отнести ее способность к формированию изображения только в одном режиме адресуемости экрана: или 1200x1024, или 1600x1200 элементов изо-

бражения (пикселов).

В сложившихся кризисных условиях в электронной и приборостроительной промышленности предлагается развитие УСП осуществлять, используя накопленный опыт по следующим направлениям: совершенствование архитектуры технических средств; создание новых средств диалогового взаимодействия и накопителей на жестких магнитных дисках большой емкости;

создание средств объединения УСП в локальные и глобальные

сети;

разработка инвариантных программных модулей; развитие методологии проектирования.

По тем же причинам отечественные разработчики АРМ проектирования ИЭ и ВТ вынуждены идти на вариант развития УСП за счет использования как зарубежных, так и отечественных технических и программных элементов.

Такой подход позволяет создавать новые АРМ в приемлемые сроки и обеспечить мобильность архитектуры, увеличение производительности, расширение сферы их применения и, таким образом, повысить их конкурентоспособность и время жизни.

1.2. Общие требования к унифицированному АРМ

Время проектирования становится одним из наиболее критичных факторов, определяющих при заданном уровне качества создание новых изделий микроэлектроники и вычислительной техники.

Решение проблем проектирования (высокое быстродействие и адекватность результатов, бездефектность проектов), получаемое в процессе создания проекта электронного объекта, не всегда возможно получить в установленные сроки и в заданных ограничениях, в рамках существующих САПР с неоднократно апробированным и сложившимся множеством программных и аппаратных средств, использованием стандартного набора технических и технологических

решений, поскольку получение практически пригодных результатов выливается в огромные материальные, вычислительные и временные затраты. Эти затраты обусловлены большим объемом (поток данных может достигать десятки мегабайт) исходных данных об объекте проектирования и его верификации, верификации логики работы устройства (скорость средств верификации возрастает линейно, а сложность проекта - экспоненциально), согласовании временных соотношений, генерации тестового и диагностического обеспечения, формировании топологической информации, согласованной с возможностями технологической реализации, формированием и передачей информационных потоков и данных между проектными процедурами.

Проведенный анализ отечественных АРМ проектирования ИЭ и ВТ показал, что существует ряд противоречий в развитии САПР, сказывающихся в конечном счете на таких основных характеристиках процесса проектирования, как качество проекта и время его завершения:

• слабая информационная взаимосвязь средств проектирования на различных этапах разработки;

• недостаточно высокая ориентация на специализированные аппаратные средства проектирования;

• недостаточно широко используются современные информационные технологии и средства машинной графики;

Разрешение противоречий и решение задач проектирования цифровых объектов, связано с широким применением высокопроизводительных вычислительных машин и проблемно-ориентированных систем, включающих в себя современные технические средства МГ, новых методов и стратегий проектирования, способных обеспечить

преодоление трудностей многоэтапного иерархического процесса разработки изделий электронной и вычислительной техники. Чем большее число процессов и процедур проектирования автоматизируется, чем шире они внедряются в процесс разработки, тем яснее становится, что решением основной задачи САПР (ускорение процессов проектирования в целом), является системный подход по созданию концепции аппаратно-программного комплекса проектирования на единой информационной основе многочисленных по своему составу проектных, конструкторских и технологических задач.

Так как большинство инженерных АРМ используется только для ввода описаний схем, многие пользователи переходят на менее дорогие компьютерные системы, хотя последние и уступают по своим возможностям более крупным системам. Дисплеи с меньшим экраном и разрешением, менее мощные центральные процессоры и другие факторы в совокупности снижают эффективность АРМ, выполняемых на базе персональных компьютеров. Эта реальность отражает определенную тенденции в развитии средств схемного ввода: пользователь хочет иметь больше графических функций.

Продолжает оставаться серьезной проблемой и сопряжение существующих сегодня инженерных АРМ с большими ЭВМ по каналам связи.

Перед большинством изготовителей технических средств САПР стоит и такая задача, как создание работоспособных мощных средств моделирования. Исследования показывают, что инженерные АРМ используются на практике исключительно для ввода описаний схем, так как соответствующие программные средства оказались слишком сложными в применении и реально непригодными для решения данной задачи. Для конструкторов ИС и печатных плат работа с программой моделирования требует формирования обширной биб-

лиотеки моделей ИС, включая модели новейших СБИС. Ввод этих моделей вручную представляет собой продолжительную и трудоемкую операцию, а ожидание пока поставщик инженерного АРМ сделает и предоставит эти модели, ставит конструктора в невыгодное положение по сравнению с конкурентами. Кроме того, эффективность моделирования в отсутствии высокопроизводительного компьютера оказывается низкой. Моделирование сложных кристаллов или плат даже на универсальных ЭВМ может занимать несколько дней. Использование метода параллельного проектирования позволяет решать эту задачу на нескольких АРМ, реализованных на маломощных ЭВМ. Для использования этого метода АРМ должны иметь средства объединения в локальную вычислительную сеть.

На сегодняшний день нормой стал графический интерфейс пользователя, используемый как операционными системами так и САПР. Это обусловлено тем, что графическое представление данных облегчает восприятие человеком громадных объемов обрабатываемой информации. При этом программы, реализующие графический интерфейс пользователя, зачастую используют различные режимы адресуемости экрана, что накладывает дополнительные требования на устройство отображения. Производимые ранее отечественные средства оперативной связи человека с ЭВМ не отвечают этим требованиям и представляют собой, или видеомониторы с низкой адресуемостью экрана, или графические станции, предназначенные для работы в составе АРМ с уникальной архитектурой. Включение этих средств отображения информации не отвечает условию унифицированности предлагаемого АРМ.

1.3. Задача исследования

В условиях, когда инвестиции в развитие средств САПР практически прекращены, а объем сбыта резко снижен, экономически

целесообразно разработать архитектуру унифицированного АРМ проектирования ИЭ и ВТ на базе наиболее доступной на сегодняшний день IBM PC-совместимой ПЭВМ с использованием элементов отечественной разработки. Особое внимание необходимо уделить устройству отображения информации, так как разработка и изготовление видеомонитора на базе ЭЛТ с использованием преимущественно отечественной комплектации средствами возможны на отечественных предприятиях-изготовителях вычислительной техники.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. адаптировать разработанные аппаратные отечественные средства логического моделирования для IBM-совместимой ПЭВМ, в том числе и модули физических библиотек элементов;

2. исходя из пользовательских требований к устройству отображения информации АРМ разработать его архитектуру и технические требования к основным блокам устройства отображения информации;

3. обосновать необходимость введения в архитектуру устройства отображения информации блока микропроцессорного управления (ЕМУ);

4. разработать основные алгоритмы управления устройством отображения информации.

1.4. Выводы.

1. Проведен обзор современного состояния ИЭ и ВТ и средств их проектирования.

2. Проведен анализ устройств, входящих в состав АРМ различного назначения и рассмотрены особенности АРМ проектирования ИЭ и ВТ.

3. Проанализированы современное состояние и пути развития

технического обеспечения отечественных АРМ проектирования ИЭ и ВТ.

4. Поставлены задачи, необходимые для реализации архитектуры унифицированного АРМ проектирования ИЭ и ВТ.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Соловей, Денис Евгеньевич

Выводы:

1. Проведен анализ конструктивно-технологических и схемотехнических особенностей видеомонитора на основании схемотехнических данных, конструктивных особенностей исполения блоков и корпуса в целом.

2. Оценка технических возможностей и характеристик (электрические, светотехнические и эргономические) первого отечественного опытного образца монитора проверялась экспериментально.

3. Проведенные испытания подтвердили соответствие технических характеристик разработанного образца видеомонитора требованиям ТЗ и международных стандартов и подтвердили, что по своим характеристикам данный образец на уровне лучших зарубежных образцов.

Заключение

В ходе работы над диссертацией разработан базовый программно-аппаратный комплекс АРМ проектирования ИЭ и ВТ, для чего решены следующие задачи:

1. Проведен анализ состояния отечественных унифицированных средств проектирования ИЭ и ВТ, на основе чего определена необходимость разработки архитектуры АРМ и элементов, входящих в его состав и сделан вывод об экономической целесообразности разработки архитектуры унифицированного АРМ на базе наиболее доступной на сегодняшний день 1ВМ-совместимой ПЭВМ с использованием элементов отечественных разработок.

2. Предложена архитектура АРМ на базе 1ВМ-совместимой ПЭВМ, соответствующая требованиям современных унифицированных систем проектирования и сохраняющая преемственность с ранее разработанными САПР.

3. Сформулированы требования к ускорителю логического моделирования, модулю физической библиотеки, устройству отображения информации, предъявляемые к этим техническим средствам АРМ проектирования ИЭ и ВТ; установлена связь между внешними (пользовательскими) характеристиками для оператора САПР, предъявляемыми к видеомонитору и внутренними параметрами видеомонитора.

4. Предложена архитектура устройства отображения информации, отвечающая требованиям современных АРМ. Предложены оригинальные схемотехнические решения основных узлов видеомонитора, соответствующие внутренним параметрам видеомонитора; обоснована необходимость введения в состав видеомонитора блока микропроцессорного управления и определены функции, которые он должен выполнять для повышения гибкости и функциональной возможности САПР, предложена схемотехническая реализация блока.

5. Для интегрирования ускорителя логического моделирования в предложенную архитектуру АРМ разработан интерфейс, обеспечивающий преемственность с ранее разработанными подсистемами моделирования САПР ИЭ и ВТ и отвечающий всем требованиям для проведения логического моделирования, проведена модернизация УЛМ и аппаратной физической библиотеки, позволившая реализовать эти технические элементы на стандартных платах, подключаемых к 18А-шине.

6. Разработано специальное программное обеспечение, управляющее БМУ, на основе сформированной структуры СПО БМУ и разработанных алгоритмов работы основных модулей СПО БМУ, обеспечивающее выполнение требований АРМ проектирования ИЭ и ВТ к видеомонитору, повышающее производительность, бездефектность проектирования и эргономику АРМ.

7. Проведен комплекс работ по подготовке производства перспективной элементной базы, созданию и освоению современного оборудования разработанных технических средств и их интеграции в состав АРМ.

8. На основе проделанной работы опытные образцы АРМ укомлектованы разработанными элементами и внедрены в состав действующих САПР ряда предприятий, где показали высокую эффективность работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соловей, Денис Евгеньевич, 1998 год

Литература

1. Холл У. / Как правильно выбрать подходящее семейство логических ИС // Электроника: научно-техн. журнал - М.: Мир - 1992- № 3/4 - С. 54.

2. Концептуальные направления развития изделий микроэлектроники специального и военного назначения / Ю.И. Степанов, М.И. Критенко и др. // Радиационная стойкость электронных систем "Стойкость-98": научно-техн. сборник - М.: СПЭЛС-НИИП - 1998 -выпуск 1 - С. 3.

3. Маклеод Дж. / Состояние и перспективы систем автоматизации инженерного труда в электронике // Электроника: научно-техн. журнал - Москва: Мир - 1986 - № 12 - С. 31.

4. Маклауд Дж. / "Нисходящее" проектирование - главный лозунг выставки-конференции по САПР // Электроника: научно-техн. журнал - М.: Мир - 1990 - № 12-13 - С. 25.

5. Олбрайт Д. / Подготовка к внедрению стандартов на инфраструктуры в области САПР-электроники // Электроника: научно-техн. журнал - М.: Мир - 1990 - № 2 - С. 47.

6. Система проектирования биполярных радиационно-стойких ИМС. В.Е. Межов, В.К. Зольников, Д.Е. Соловей, A.B. Межов. -Воронеж: ВГЛТА - 1998. - С. 103.

7. Системы автоматизации проектирования и информационно-управляющие комплексы на базе супермикроЭВМ. B.C. Лопатин, В.Е. Межов, Ю.А. Чевычелов, B.C. Сергеев, Н.И. Баранников - Воронеж: ВГТУ - 1996 - С. 55.

8. Лопатин B.C., Межов В.Е., Соловей Д.Е. / Задачи развития АРМ проектирования ИЭ и ВТ // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз.сб.науч.тр. - Воронеж: ВГТУ -1995. - С. 145-148.

9. Высокопроизводительное АРМ проектировщика изделий электронной и вычислительной техники / В.Е. Межов, A.B. Межов, Д.Е. Соловей, К.А. Прошин // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: тез.докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПГТУ - 1997. - С.81.

10. Лопатин B.C., Межов В.Е., Соловей Д.Е / Современный цветной широкоформатный видеомонитор // Информационные технологии и системы: научное издание - Воронеж: МАИ, Воронежское отд-ние - 1996 г. - № 1 - С.70-72.

11. Gerald М. Murch and Robert J. Beaton / Matching display resolution and addressability to human visual capasity // Displays -Jan. 1988.

12. Китаев Ю.И., Солодовников Д.Е., Соловей Д.Е. / Блок питания современного цветного широкоформатного видеомонитора // Математическое моделирование и компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования, систем управления лесного комплекса: сб.научн.тр. - Воронеж: ВГЛТА - 1997. - С. 252-256.

13. Блок управления цветным широкоформатным видеомонитором для унифицированных АРМ / Ю.В. Шаталов, Д.Е. Соловей, A.B. Межов, Д.Д. Эскин // Математическое моделирование и компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования, систем

управления лесного комплекса: сб.науч.тр. - Воронеж: ВГЛТА - 1997. - С.247-252.

14. В.В. Сташин, A.B. Урусов, О.Ф. Мологонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах -М: Энергоатомиздат, 1990.

15. Межов В.Е., Соловей Д.Е. / Структура ПО БМУ современного цветного видеомонитора // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: тез.докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПГТУ - 1998. - С.352.

16. Микропрограммное обеспечение БМУ современного широкоформатного видеомонитора / A.B. Межов, К.А. Прошин, Д.Е. Соловей, Д.Д. Эскин // Математическое моделирование и компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования, систем управления лесного комплекса: сб.науч.тр. - Воронеж: ВГЛТА - 1998. - С. 319-321.

17. Хетагуров Я.А., Руднев Ю.П. Повышение надежности цифровых устройств методами избыточного кодирования - М.: Энергия, 1974.

18. Межов В.Е., Зольников В.К., Соловей Д.Е. / Исследование механизмов отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС // Оптимизация и моделирования в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. трудов - Воронеж, 1996, С.105-110.

19. Зольников В.К., Соловей Д.Е. / Расчетная оценка электропараметров биполярных ИМС, при эксплуатации в полях гамма-излучения малой мощности в различных термотоковых режимах // Сб.науч.тр. - Воронеж: ВГТА, 1998, С.29-32

20. Зольников В.К., Соловей Д.Е. / Исследование механизмов восстановления электропараметров биполярных ИМ С после гамма-облучения под воздействием высокой температуры // Сб.науч.тр. -Воронеж ВГТА, 1998, С.33-35

21. Соловей Д.Е. / Результаты испытаний отечественного видеомонитора на соответствие стандарта MPR II // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: тез.докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПГТУ, 1998. -С.350.

22. Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн.: Практ. пособие. Кн. 3. В.В. Ермак, В.Н. Перминов, А.Г. Соколов. Рабочие станции в проектировании БИС. / Под ред. Г.Г. Казеннова. - М.: Высш. шк., 1990. - С.14.

23. Автоматизация схемотехнического проектирования. /

B.Н. Ильин, В.Т. Фролкин, А.И. Бутко и др.; Под ред. В.Н. Ильина. -М.: Радио и связь, 1987.

24. Автоматизированное проектирование цифровых устройств /

C.С. Бадулин, Ю.М. Барнаулов, В.А. Бердышев и др.; под ред. С.С. Бадулина - М.: Радио и связь, 1981.

25. Алексеенко А.Г., Галицин A.A., Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. - М.: Радио и связь, 1984.

26. Анисимов Б.В., Белов Б.И., Норенков И.П. Машинный расчет элементов ЭВМ. - М:, Высшая школа, 1976.

27. Аппаратные ускорители - новый инструмент логического моделирования БИС / Фролкин В.Е., Мощняга В.Г., Тихомирова Е.М., Гындя С.И. // Зарубежная электроника, 1990 - №6 - С. 3-25.

28. Бровко В.И. / Комплекс для отладки изделий на основе об-нокристальной ЭВМ К1816ВЕ51 // Микропроцессорные средства и системы, 1988 - № 6 - С.40-43.

29. Вирт Н. Систематическое программирование. - М.: Мир,

1977.

30. Графические средства автоматизации проектирования РЭА. / Д.И. Томашевский, Г.Г. Масютин, A.A. Явич, В.В. Преснухин. - М.: Сов. радио, 1980.

31. Григорьев B.JI. Программное обеспечение микропроцессорных систем. М.: Энергоатомиздат, 1983.

32. Дисплеи / Под ред. Ж. Панкова. - М.: "Мир", 1982.

33. Елшин Ю.М. Автоматизированные рабочие места при проектировании РЭА. - М.: Радио и связь, 1983.

34. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

35. Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т. Декодирование циклических кодов. - М.: Сов. радио, 1968.

36. Месси Дж. Пороговое декодирование. - М. Мир, 1964.

37. Микропроцессоры: системы программирования и отладки. В.А. Мясников, М.Б. Игнатьев, A.A. Кочкин, Ю.Е. Шейнин; под ред. В.А. Мясникова, М.Б. Игнатьева. - Энергоатомиздат, 1985.

38. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств / под ред. З.М.Бененсона - М:, Радио и связь, 1981.

39. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник / Е.В. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенков, М.И. Песков; под ред. И.П. Норенкова. - М: Радио и связь, 1986. -С.20.

40. Соловейчик И.Е., Драбкин Р.И., Ярмаркин К.К. Электронные устройства отображения информации в автоматизированных системах связи. - М.: Связь, 1973. - 160 с.

41. Сташин В.В. Микропроцессоры и принципы управления ими. М.: Машиностроение, 1985.

42. Унифицированные интерактивные средства проектирования изделий электронной техники / Толстых Б.Л., Межов В.Е., Черняев Ю.Н. и др. - М.: Радио и связь, 1984. - С.136.

43. Чевычелов Ю.А., Кононыхина H.A. / Графические средства системы ускоренного моделирования // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах. Межвуз. сб. научных тр. Воронеж, 1994 г. - С.39-44.

44. Чевычелов Ю.А., Кононыхина H.A., Межов A.B. / Методология применения аппаратных средств моделирования // Всеросс. совещание - семинар Математическое обеспечение высоких технологий в техническом образовании и медицине тез. док. - М., 1995 - С. 139

45. Эванчук С.И. / Инженерные рабочие станции - последнее звено в комплексе автоматизированного проектирования // Электроника: науч.-техн. журнал - М.: Мир, 1982. - №23

С. 24-38.

46. Intel 8051. User's manual. Intel Corp., 1980. - 110 p.

47. ISIS-II MCS51 Macro-assembler. Intel Corp., 1980. - 80 p.