5.3. Система автоматизированного проектирования в радиоэлектронике

Мировые лидеры среди программ конечно-элементного анализа являются программ-

но-методические комплексы Nastran и Patran (компания MSC Software Corporation) и

Ansys (компания Ansys Inc.).

Как правило, эти комплексы включают в себя ряд программ, родственных по матема-

тическому обеспечению, интерфейсам, общности некоторых используемых модулей.

Эти программы различаются ориентацией на разные приложения, степенью специали-

зации, ценой или выполняемой обслуживающей функцией. Например, в комплексе Ansys

основные решающие модули позволяют выполнять анализ механической прочности,

теплопроводности, динамики жидкостей и газов, акустических и электромагнитных по-

лей. Во все варианты программ входят пре- и постпроцессоры, а также интерфейс с

базой данных. Предусмотрен экспорт (импорт) данных между Ansys и ведущими комп-

лексами геометрического моделирования и машинной графики.

Мировой лидер среди средств моделирования механических процессов на макро-

уровне путем решения СОДУ - программа Adams, а примером отечественных систем

подобного назначения следует назвать программы ПА7 и ПА9.

5.3. Системы автоматизированного проектирования

в радиоэлектронике

Процедуры проектирования СБИС и РЭА

В электронике САПР имеют примерно сорокалетнюю историю. Первые

программы анализа электронных схем и проектирования печатных плат появи-

лись в начале 60-х годов XX века. Значительным стимулом для прогресса ав-

томатизации проектирования в электронике (ECAD — Electronics Computer

Aided Design) стали разработка и развитие технологии, схемотехники и систе-

мотехники интегральных схем. В настоящее время на рынке интеллектуаль-

ных технологий имеется большое число программ ECAD, причем процесс об-

новления состава ПО в САПР ведущих фирм происходит весьма динамично.

Системы ECAD создавались и совершенствовались параллельно с прогрес-

сом микроэлектроники. Разработчикам систем ECAD приходилось решать

разнообразные проблемы по развитию методологии проектирования сверхболь-

ших интегральных схем (СБИС), являющихся одними из наиболее наукоемких

создаваемых людьми объектов. В этой методологии заметное место отводит-

ся языкам проектирования СБИС и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Сре-

ди этих языков особое место принадлежит языку VHDL, получившему статус

международного стандарта. Выполняя роль интегрирующего элемента в мар-

шрутах проектирования электронных устройств, язык VHDL стал входным

языком для многих программ моделирования и синтеза проектных решений,

связывающим различные этапы проектирования в единый процесс.

В электронике наиболее наукоемкими процедурами, насыщенными слож-

ным математическим обеспечением, являются процедуры проектирования

СБИС. В значительной мере методы, алгоритмы, языки, ориентированные на

проектирование СБИС, могут применяться и в маршрутах проектирования ра-

диоэлектронных устройств, в которых микросхемы составляют элементную

базу.

223

5. Методическое и программное обеспечение автоматизированных систем

Проектирование СБИС многоуровневое, каждый уровень характеризуется

своим МО, используемым для моделирования и анализа схем. В функциональ-

ном проектировании выделяют уровни системный, регистровый (RTL — Register

Transfer Level, уровень регистровых передач), логический, схемотехнический,

компонентный (приборно-технологический). Общее название регистрового и

логического уровней — уровень функционально-логический. Преобладает нис-

ходящий стиль проектирования, при котором последовательно выполняются про-

цедуры системного, регистрового и логического уровней. В этих процедурах

широко используются ранее принятые унифицированные решения, закреплен-

ные в библиотеках функциональных ячеек, например, сумматоров, мультиплек-

соров, регистров и т. п. Эти библиотеки разрабатывают с помощью процедур

схемотехнического и компонентного проектирования вне маршрутов проекти-

рования конкретных СБИС.

После получения результатов функционально-логического проектирования

приступают к конструкторско-технологическому проектированию, синтезу те-

стов и окончательной верификации принятых проектных решений.

Верхний иерархический уровень называют системным, архитектурным или

поведенческим. Последнее название связано с тем, что на этом уровне опери-

руют алгоритмами, подлежащими реализации в СБИС, которые выражают по-

веденческий аспект проектируемого изделия. Алгоритмы, как правило, пред-

ставляют на языках проектирования аппаратуры (HDL — Hardware Description

Language). Далее на системном уровне формулируют требования к функцио-

нальным и схемным характеристикам, определяют общую архитектуру по-

строения СБИС, выделяют операционные (datapath) и управляющие (FSM—Finite

State Machine) блоки. Составляют расписание операций заданного алгоритма,

т. е. распределяют операции по временным тактам (scheduling) и функциональ-

ным блокам (allocation). Тем самым принимают решения по распараллелива-

нию и (или) конвейеризации операций, реализуемым в СБИС.

На уровне регистровых передач выполняют синтез и верификацию схем операцион-

ных и управляющих блоков, получают функциональные схемы СБИС.

На логическом уровне, иначе называемом вентильным (gate level), преобразуют

RTL-спецификации в схемы вентильного уровня с помощью программ-компиляторов

логики; здесь используются библиотеки логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ и т. п.

В последнее время все заметнее проявляется тенденция учета физических

характеристик (в основном это задержки) на возможно более ранних этапах

нисходящего проектирования. В частности, эта тенденция выражается в пла-

нировании кристалла (floorplanning) на системном уровне. При этом определя-

ется взаимное расположение блоков структурной схемы на кристалле (при

многокристальном исполнении блоки предварительно распределяются между

кристаллами) и намечается ориентировочное расположение внешних выводов

блоков. Это позволяет приблизительно оценить длины связей и, следовательно,

задержки в передаче данных в самом начале разработки, что способствует

сокращению числа итераций и соответственно времени проектирования.

Основными HDL-языками, используемыми в современных САПР при фун-

кционально-логическом проектировании, начиная с описания алгоритмов и кон-

224