9.4. Алгоритмы размещения
В общем случае необходимо найти на множестве позиций монтажного пространства такое размещение элементов, которое обеспечит требование заданному критерию качества.
Особенностью критериев является их эвристический характер, так как все они косвенно отражают истинную цель размещения: упрощение последующей трассировки.
Критерии качества в задачах размещения:
Минимальная суммарная длина проводников.
Минимальная длина проводников, соединенных наиболее удаленно.
Минимальная длина проводников, соединяющих источник сигнала с нагрузкой.
Минимальная суммарная площадь зон реализации всех цепей (обеспечивается минимум временных задержек между компонентами).
Минимальное число проводников, длина которых больше заданной.
Минимальная наибольшая длина соединенных проводников.
Максимально близкое размещение компонентов, имеющих наибольшее число общих цепей.
Конструктивные алгоритмы дают завершенное решение только по окончании работы, пока все элементы не будут установлены.
Итерационные алгоритмы дают законченный вариант на каждом этапе работы, так как каждый последующий шаг осуществляет улучшение начального размещения в соответствии с заданным критерием оптимизации.
9.5. Алгоритмы трассировки
Задача трассировки состоит в построении соединений между элементами, размещенными в заданном монтажном пространстве.
Критерии для решения задачи трассировки:
Минимальная длина соединения.
Минимальное число соединений, длина которых меньше заданной.
Минимальное число переходов между слоями.
Минимальное число слоев.
Минимальные «наводки».
Максимальная удаленность трасс соединений.
Число соединений к одному выводу не более заданного и др.
Задача трассировки имеет метрический и топологический аспекты.
Метрический аспект связан с учетом конструктивных размеров элементов, соединений, монтажного пространства.
Топологический аспект связан с учетом числа допустимых пересечений, числа слоев, пространственного расположения отдельных частей и соединений.
Для решения задач трассировки используются как конструктивные, так и итерационные алгоритмы. При конструктивном последовательном алгоритме трасса прокладывается одна за другой. Таким образом, осуществляется локальная оптимизация при прокладке каждой трассы. Выбор оптимального решения – эвристический.
Итерационные алгоритмы после прокладки всех трасс предполагают удаление наихудших с точки зрения критериев качества и повторение трассировки.
Рис. 9.4. Разновидности алгоритмов трассировки
В большинстве случаев используется, так называемый, волновой алгоритм определения трассы, который позволяет обходить занятые позиции. Идея волнового алгоритма заключается в выборе наименьшего пути из возможных путей обхода препятствия. При этом учитывается минимум изгибов и максимум плотности монтажа.
Существует другой эвристический алгоритм, который называется лучевым. Сущность алгоритма заключается в отыскании оптимальной трассы между двумя точками, соединенными отрезком прямой (лучом). При этом определяют минимальное отклонение от направления, заданного лучом. Трассировку осуществляют, как в прямом направлении от точки А к точке В, так и в обратном от точки В к точке А, и выбирают минимальную трассу.
В ряде случаев дополнительно используют параллельную прокладку трасс (например, для цифровых схем, при наличии шинной организации). Особый тип алгоритмов – трассировка без пересечений (для однослойного монтажа). Необходимо иметь в виду, что ни один из алгоритмов не гарантирует полную трассировку. Поэтому в программах трассировки имеется возможность доработки соединений вручную в режиме диалога с ЭВМ.