Введение к работе
з
Актуальность темы. В основе современных открытых систем проектирования, как правило, лежат сервисные программные средства, обеспечивающие инфраструктуру (framework), или системную среду, помогающую быстро развивать и эффективно использовать САПР. Системная среда поддерживает проектные данные и обеспечивает управление ими, предоставляет средства интеграции прикладных программ и управления проектными процедурами, обеспечивает интерфейс с пользователем.
История эволюции системной среды САПР как отдельного направления исследований насчитывает всего около десяти лет, в течение которых были исследованы наиболее важные для промышленности аспекты организации системной среды, разработан ряд стандартов, ориентированных главным образом на сборку САПР из коммерческих программ, накоплен опыт создания открытых САПР и сформирована начальная концепция системной среды.
Несмотря на столь значительный прогресс, полученные результаты пока не в полной мере оправдали ожидания производителей СБИС, которые заинтересованы в эффективном совместном использовании сразу многих САПР и прикладных программ, как коммерческих, так и собственных. Для решения этой задачи необходимо создать системную среду нового поколения, которая обеспечивала бы открытость САПР и в то же время наряду с инкапсуляцией программ допускала бы их глубокую интеграцию, когда для взаимодействия модулей не требуется реализовывать дорогостоящие преобразования данных из одних форматов в другие. Она должна давать возможность решения комплексных проектных проблем на стыках предметных областей, з также поддерживать эффективное управление прикладными программами и проектными процедурами. Именно на создание такой системной среды нацелена настоящая диссертация.
Цель работы: создание и исследование новой концепции построения .системной среды, объединяющей в себе оригинальные и эффективные методы построении открытых и в то же время глубоко интегрированных
САПР СБИС. -
Основные задачи работы:
Формулирование новой концепции организации системной среды, которая объединяет в себе методы, обеспечивающие гибкость в представлении и обработке проектных данных, интегрированность и эффективность представления проекта, гибкость в подключении прикладных программ и управлении ими.
Разработка и исследование средств системной среды, обеспечивающих представление проектных данных и доступ к. ним на разных уровнях абстракции и тем самым дающих разработчику САПР возможность достижения нужного компромисса между эффективностью работы с данными и затратами на программирование интерфейса.
Комплексная проработка интегрированного представления проекта в ИБД, а именно: формализация основных аспектов предметной области СБИС, необходимых для иерархического проектирования; создание на основе формального описания предметной области и исследование метода тесной интеграции проектной информации; разработка информационной модели предметной области САПР; решение проблемы эффективного упорядочения больших объемов геометрических данных.
Исследование механизмов подключения различных классов прикладных программ к системной среде, обеспечивающих работу с интегрированным представлением проекта, ориентированных на сохранение открытости САПР и вместе с тем позволяющих достигнуть нужный компромисс между эффективностью ' подключения и трудоемкостью разработки интерфейсных программ.
Создание и исследование нового подхода к конструированию проектных потоков, обеспечивающего их быструю генерацию в процессе проектирования: формализация предметной области управления потоками, создание теоретического базиса для автоматической генерации потоков, разработка и исследование алгоритмов генерации.
Экспериментальная проверка предложенных методов путем создания системной среды, отвечающей концепции гибкой интеграции.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории множеств, теории графов, теории вероятностей, исследования операций, информационного моделирования и теории баз данных. Там, где затруднительно было получить строгое теоретическое обоснование, применялись экспертные оценки и логическое обоснование.
Научная вовнзаа:
Предложены и исследованы оригинальные методы создания открытых, глубоко интегрированных САПР, обеспечивающие: гибкость в представлении и обработке проектных данных, интегрированность л эффективность представления проекта, гибкость в подключении прикладных программных модулей и в управлении ими. Как совокупность зпгх методов сформулирована новая концепция организации системной среды, которая позволяет сохранить достоинства и в значительной мере избежать недостатков известных подходов к построению интегрированных САПР.
Предложена оригинальная иерархия моделей данных, обеспечивающая представление тесно интегрированной проектной информации на альтернативных уровнях абстракции и, таким образом, поддерживающая гибкость в представлении проектной информации.
Разработана новая многоуровневая организация средств управления проектными данными, поддерживающая доступ к информации на уровнях абстракции, предоставляемых иерархией моделей данных, и обеспечивающая гибкость в выборе средств обработки проектной информации, отсутствующую в известных СУПД.
В целях достижения более тесной, по сравнению с известными подходами, интегрированное представления проекта выполнена математическая формализация предметной области САПР, необходимой для иерархического проектирования. Это в свою очередь позволило разработать новый метод глубокой интеграции проектной информации в интегрированной базе данных САПР. Метод даёт возможность подцерживать связи между схемными и топологическими фрагментами, создавать и использовать альтернативные решения, работать с различными видами топологических моделей.
Для представления лроектной информации на семантическом уровне разработана оригинальная информационная модель предметной области САПР БИС, которая отличается от известных информационных моделей большей полнотой, возможностью поддержания альтернативных решений и описания мелко- и крупнодисперсных данных;
Для обеспечения эффективной обработки топологической информации разработан и исследован новый метод иерархической сортировки информации, являющийся обобщением известных методов иерархической сортировки. Выявлена система параметров, которая не только позволяет получить известные методы иерархической сортировки как частные случаи обобщённого метода, но и предоставляет дополнительные возможности поиска компромисса между временем выполнения операций над топологией и объёмом требуемой памяти.
Предложен и исследован наиболее полный набор механизмов подключения различных типов прикладных программ к системной среде, предложена классификация этих механизмов. Показано, что все они поддерживаются имеющимися средствами представления данных и управления данными. Тем самым сохраняется открытость САПР, допускается выбор компромисса между трудоёмкостью и эффективностью подключения, обеспечивается возможность прямого доступа из программ к интегрированному представлению проекта.
. Предложен новый подход к решению проблемы управления проектными задачами, отличающийся от известных возможностью автоматической генерации проектных потоков непосредственно в процессе проектирования ИС. Впервые формализована предметная область управления задачами, теоретически исследована математическая модель схемы задач, разработаны специальные теоретико-графовые представления схемы задач, дано формальное определение проектного потока.
Созданы новые метод и алгоритмы оперативной автоматической
генерации проектных потоков, позволяющие по сравнению с известными
подходами повысить производительность системы управления потоками не
менее, чем на порядок.
Заедчшдемые в работе положения:
Нооая концепция построения системной среды для открытой, глубоко интегрированной САПР СБИС. Концепция сформулирована как сопокупность методов, обеспечивающих: гибкость в представлении и обработке, проектных данных, интегрироважюсть и эффективность представления проекта, гибкость в подключении прикладных программных модулей и управлении ими. Она позволяет сохранить достоинства и в значительной мере избежать недостатков современных подходов к построению САПР.
Оригинальная иерархия моделей данных, обеспечивающая представление проектной информации на альтернативных уровнях абстракции и тем самым поддерживающая гибкость в представлении информации.
Новая многоуровневая организация средств управления проектными данными, обеспечивающая доступ к информации на уровнях, предоставляемых иерархией моделей данных, и дающая возможность выбора наиболее подходящих средств обработки информации.
Новый метод глубокой интеграции проектной информации, основанный на формальном описании предметной области иерархического проектирования и позволяющий поддерживать необходимые связи между схемой и топологией, создавать и использовать альтернативные решения, работать с различными видами топологических моделей. |
Оригинальная информационная модель предметной области САПР БИС, отличающаяся от известных моделей большей полнотой, возможностью поддержания альтернативных решений и описания мелко- и круннодисперсных данных.
Метод иерархической сортировки топологической информации, являющийся обобщением известных методов иерархической сортировки \% позволяющий получить известные методы как частные случаи. Он дополнительно предоставляет возможности поиска компромисса между временем выполнения операций над топологией и объёмом требуемой памяти.
Расширенный набор механизмов подключения различных классов прикладных программ к системной среде, реализация которых даёт новые возможности для сборки САПР и сохраняет её открытость.
Новый подход к решению проблемы управления проектными задачами, отличающийся от известных возможностью автоматической генерации проектных потоков; формальное описание предметной области управления проектными потоками; оригинальные теоретико-графовые модели, метод и алгоритмы оперативной автоматической генерации проектных потоков, позволяющие, по сравнению с известными, существенно повысить производительность системы управления задачами.
Практическая ценность. Результаты выполненных исследований позволяют разработать системную среду, которая предоставляет новые возможности в плане построения систем проектирования. Во-первых, за счёт применения иерархии моделей данных и системы манипулирования данными обеспечиваются необходимые альтернативы при выборе средств для представления данных и их обработки. Тем самым достигается возможность как быстрого создания прототипа, так и окончательной отработки рабочего варианта САПР.
Во-вторых, за счёт тесного сочленения разных аспектов представления проекта в интегрированной базе данных появляется новая возможность решать прикладные задачи на стыках предметных областей, а также поддерживать альтернативные реализации фрагментов СБИС.
И, наконец, системной средой поддерживается более полный набор альтернативных методов подключения прикладных программ к САПР, а также методов управления проектными потоками.
Таким образом, практическая ценность предлагаемой системной среды состоит в том, что она, по сравнению с известными, предоставляет дополнительные возможности и в результате обеспечивает большую пібкость при создании и использовании САПР.
Реализация научно-технических результатов работы. Результаты диссертации нашли практическое применение при создании отраслевых систем проектирования в НИИ Автоматики и НИИ Молекулярной
электроники, систем проектирования в НИИМА "Прогресс", НИИ "Аргон", НПО "Субмикрон", НИИ Телевидения. На основе результатов диссертации в Научно-исследовательском центре "Международная компьютерная инициатива" разработана системная среда, являющаяся базой для проведения международных исследования в области САПР БИС. Методические и научно-технические материалы, подготовленные в рамках диссертации, переданы в ассоциацию "Фонд УНИЭТ", где используются при создании отечественных стандартов в области САПР.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и
обсуждались на Научно-техническом семинаре "Машинные методы
проектирования электронных схем" (МДНТП, Москва, 1975), на Втором
Всесоюзном координационном совещании по проблеме автоматизации
проектирования интегральных схем (Киев, 1977), на Отраслевой
конференции "Автоматизация проектирования изделий электронной
техники" (Москва, 1977), на Восьмой Всесоюзной научно-технической
конференции по микроэлектронике (Москва, 1978), на Республиканской
конференции "Методологические и прикладные аспекты систем
автоматизированного проектирования" (Ташкент, 1981), на Научно-
техническом семинаре "Разработка и применение информационных систем
на основе баз данных сложной структуры" (Севастополь, 1981), на
Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация
проектирования ЭВМ и систем" (Ереван, 1983), на Научно-техническом
семинаре "Автоматизация проектирования в радноэлектррнике и
вычислительной технике" (МДНТП, Москва, 1984), на Второй
Республиканской конференции "Методологические и прикладные аспекты
лістем автоматизированного проектирования и управления в отраслях
народного хозяйства" (Ташкент, 1985), на Всесоюзной конференции
'Теоретические и прикладные вопросы разработки и эксплуатации САПР
?ЭА и БИС" (Москва, 1986), на Республиканской школе-семинаре "Методы
штоматизированнсго проектирования электронно-вычислительной
шпаратуры и СБИС" (Черновцы, 1987), на Третьей Республиканской сонференции "Методологические и прикладные аспекты систем
автоматизированного проектирования" (Ташкент, 1987), на Межреспубликанском семинаре "Интеллектуальные САПР СБИС" (Ереван, 1988), на школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы интеллектуальных САПР РЭА и СБИС" (Гурзуф, J 989), на Всесоюзной конференции "Теория я практика построения интеллектуальных интегрированных САПР РЭА и БИС" (Звенигород, 1989), на Всесоюзной школе-семинаре ''Методы искусственного интеллекта в САПР" (Гурзуф, 1990), на совместном симпозиуме ИПИАН, НИИСАПАН и фирмы Сименс (Германия) "Information Processing and Software System Design Automation" (Москва, 1990), на Международной школе молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в проектировании" (Гурзуф, 1991), на Третьем Международном семинаре по автоматизации проектирования "Russian Workshop'93" (Москва, 1993), на Европейской конференции по автоматизации проектирования EuroDAC'93 (Германия, ,1993), на научных семинарах университета Карнеги-Меллона (США, 1993-94), на Российской конференции "Млкроэлектроника-94" (Звенигород, 1994), на . Второй Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, 1995), на Европейской конференции по автоматизации проектирования EuroDAC'96 (Швейцария, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 63 печатные работы, в том числе монография "Системная среда САПР СБИС".
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 202 наименований и приложения. Материал диссертации изложен на 343 страницах, включая рисунки, графики и таблицы.
