Структура сапр

Технические средства – совокупность применяемых в процесс проектирования компьютеров и периферийного оборудования.

Математическое обеспечение – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования.

Информационное обеспечение – совокупность БД и СУБД.

Программное обеспечение – программы алгоритмов проектирования, определяющие назначение и функциональные возможности конкретной САПР.

Лингвистическое обеспечение – совокупность языков проектирования.

Организационное обеспечение – определяет форму представления результатов проектирования и взаимодействие пользователей САПР.

Методическое обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения САПР.

1. Математические модели конструкций и схем ву

Конструкторское проектирование является одним из наиболее трудоемких и ответственных этапов всего процесса проектирования сложной ЭВА, имеющей многоуровневое иерархическое деление. При проектировании таких устройств постановка и решение задачи структурной оптимизации сталкиваются с двумя трудностями. Во-первых - слишком большое число переменных, во-вторых - переменные на разных уровнях имеют неравноценное влияние на обобщенный критерий качества, что заведомо приводит к большому числу не всегда эффективных шагов поиска.

Указанные затруднения можно преодолеть, имея в виду, что проектно-конструкторские задачи допускают двухуровневое (фрагмент В на рис. 1.1) или трехуровневое (фрагмент А на рис. 1.1) представление устройства.

При двухуровневом представлении элемент (i + l)-гo уровня рассматривается как некоторое устройство (блок) с соответствующим делением на составные элементы (компоненты) i -го уровня.

При трехуровневом представлении элемент (i + 2)-гo уровня рассматривается как некоторое устройство (псевдосхема) с соответствующим его делением на блоки (элементы (i + l)-ro уровня и компоненты (элементы i-гo уровня).

Для автоматизации процесса проектирования в первую очередь необходима высокая унификация узлов проектируемой ЭВА, так как состав и последовательность задач, решаемых при конструкторском проектировании, определяются делением устройства на конструктивные единицы (блоки). Представление устройства в виде совокупности блоков разного уровня определяет формальную структурную модель конструкции ВУ, в которой каждый блок содержит блоки нижних уровней. Таким образом, конструктивное деление цифрового устройства обладает иерархией. В иерархических системах обычно пользуются понятием ранга блока.

Блок I уровня — конструктивно законченная схема, в которой не­возможно выделить элементы, не нарушив целостности конструкции.

Блок II уровня — типовой элемент замены (ТЭЗ) — основная кон­структивная единица, служащая для электрического объединения блоков I уровня на монтажной плате.

Блок III уровня — панель, объединяющая ТЭЗы.

Блок IV уровня — рама, на которой размещаются панели.

Блок V уровня — стойка, объединяющая несколько рам и допол­нительных устройств.

Иерархическая структурная модель конструкции ВУ, заданная делением всей конструкции на блоки разного уровня, обеспечивает удобство проектирования, изготовления, эксплуатации и является необходимым условием для применения машинных методов проекти­рования.

Постановка и решение конструкторских задач невоз­можны без определения математической модели мон­тажного пространства для каждого уровня блоков. Мон­тажным пространством блока i-ro уровня называется не­которая область, ограниченная габаритами этого блока. Монтажное пространство является метрическим про­странством, в котором размещаются блоки (i—1)-го уровня и осуществляется их электрическое соединение. Различают регулярные и нерегулярные монтажные про­странства

Рис 1.1 Иерархическое деление устройства на блоки разных уров­ней

Регулярное МКП харак­теризуется конечным числом заранее заданных пози­ций т для размещения блоков (i—1)-го уровня и числом слоев r, в которых располагаются трассы соединительных проводников. Координаты позиций при этом опре­деляются размерами размещаемых компонентов и мон­тажного пространства, а также конструктивными огра­ничениями, задаваемыми технологией изготовления блока рассматриваемого ранга. Само монтажное пространство обычно имеет прямоугольную форму, а позиции распо­лагаются с постоянным шагом по вертикали и по гори­зонтали (рис. 1.2). Регулярное монтажное пространство имеет, как правило, блоки старших рангов (5, 4, 3 и 2).

Рис. 1.2 Примеры монтажных пространств: а — плата с элементами; б — панель с выходами разъемов.

Блоки первого ранга (иногда второго) реализуются обычно в нерегулярных монтажных пространствах, в ко­торых нельзя заранее определить координаты позиций, так как размещаемые компоненты имеют различные раз­меры и форму. Типичным нерегулярным пространством является полупроводниковый кристалл или подложка интегральной схемы (ИС).

Регулярное монтажное пространство может быть представлено в виде неориентированного взвешенного графа G_m, в котором каждой вершине х_{ (i=l, 2, ., N) соответствует одна позиция монтажного пространства.

Вес ребер графа определяется в соответствии с выбираемой метрикой мон­тажного пространства

d_ij=(x_i-y_i^k+y_i-y_j^k)^s

где d_ij— расстояние между позициями i и j; (x_i, y_i) и ( x_j, , y_j) — соответ­ственно координаты позиций i и j в монтажном пространстве; а k{1; 2), s{0,5; 1}. Так, при k=2, s=0,5 расстояние между позициями определяется в евклидовом пространстве, т. е. расстояние равно длине прямолинейного отрезка, соединяющего эти две пози­ции (Рис. 1.3). Такая метрика обычно используется при проводном соединении монтажного пространства. Если k=1, s=l, то расстояние опреде­ляется на ортогональной евклидовой решетке, т. е. расстояние равно суммарной длине двух ортогональных отрезков, соединяющих рас­сматриваемые позиции. Эта метрика обычно используется при печатном монтаже с орто­гональной структурой.

Рис. 1.3. Фрагмент графа

Отметим, что все сказанное относительно метрики регуляр­ного монтажного пространства распространяется и на метрику нерегулярного пространства. Однако в НМП нельзя заранее определить координаты установочных позиций компонентов, т.к. последние имеют неодинаковые геометрические размеры. В этом случае ребра трасс могут проходить по любому ребру графа трасс.

При электрическом соединении компонентов в монтажном простран­стве различают соедине­ния, построенные на регулярных (трассы печатных схем, металлизирован­ные и диффузионные соединения интегральных схем, жгутовые проводные соединения) и нерегулярных (проводные соединения, некоторые виды печатных трасе) структурах.

Для построения соединений на ре­гулярных структурах плоскость монтажного пространст­ва, предназначенную для осуществления соединений, разбивают на ряд квадратов равной величины, размеры которых определяются технологией изготовления монта­жа (рис. 1.4,а). Каждому квадрату ставится в соответ­ствие одна вершина графа трасс G=(C, L). Вершины c_iС и c_jC соединяются ребром, если соответствую­щие им квадраты являются соседними, т. е. если при реализации соединений допускается прокладка трассы из квадрата c_i в c_j. Для ортогонального монтажа сосед­ними квадрату c_i (рис. 1.4,а) являются квадраты (c_j , с_е , с_k , c_р }. При этом граф трасс имеет структуру решетки (рис. 1.4,б). Если допускается прокладка трасс под углом 45^о , то соседними по квадрату с_i являются квадраты .Соответствующий граф трасс для этого случая показан на рис. 1.5. Соединительные трассы могут проходить только по ребрам (i и j) L графа трасс.

а) б)

Рис. 1.4. Дискретизация монтажного пространства.

Рис. 1.5. Фрагмент графа трасс. Рис. 1.6. Фрагмент графа трасс многослойной

структуры

При этом длина трассы определяется суммарной длиной ребер графа G, по которым проходит трасса. Для графа трасс G также задается система условий (ограничений) на прокладку трасс, которая определяется типом монтажа. Так, например, для печатного монтажа трассы различных электрических цепей не должны пересекаться, в частности, не должны иметь общих вершин инциденций в модели, показанной на рис. 1.4,6.

Напомним, что электрической цепью называется часть принципиальной схемы, у которой все точки имеют одинаковый потенциал. При жгутовом монтаже ограничивается число проводов, которое может быть проложено вдоль одного ребра графа G и т. д.

В случае многослойного монтажа G образуется объединением графов трасс отдельных слоев (рис. 1.6) путем введения дополнительных ребер переходов между слоями в соответствии с технологией изготовления мон­тажа.

При построении соединений на нерегулярных струк­турах соединительные проводники могут проходить по любому ребру полного графа (рис. 1.3), вершинам кото­рого соответствуют контакты элементов. Как правило, при этом ограничивается число проводников, инцидент­ных одной вершине.

Задачи конструкторского проектирования ВС принадле­жат к классу комбинаторных оптимизационных задач. Применяемые методы решения существенно зависят от выбираемой формальной мате­матической модели схем электронных устройств. К тому же различные модели с различной точностью описывают одни и те же параметры устройства при решении каж­дой конкретной задачи конструкторского проектирова­ния. Поэтому на различных этапах проектирования ВС, в зависимости от конкретных оптимизируемых крите­риев, могут быть использованы разные модели.

При сравнении мо­делей учитывают следующие показатели;

1. Степень применимости для решения конкретной задачи конструирования.

2. Точность описания основных параметров устрой­ства.

3. Сложность работы с моделью (сложность алгорит­мов обработки).

4. Сложность определения параметров модели (слож­ность перехода от схемы к модели).

5. Сложность описания модели.

6. Степень разработанности математического аппа­рата для данной модели.

7. Информационную сложность модели (возможность перехода от описания одной модели к более простой).