Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных направлений развития современных электронных средств (ЭС) является ее микроминиатюризация. Особенно актуальна эта задача для устройств обработки цифровой информации и сигналов. Увеличение вычислительной мощности с одновременным уменьшением габаритов и массы цифровых ЭС привело к созданию сверхбольших интегральных схем (СБИС) со степенью интеграции равной 25 млн. транзисторов на кристалле. Однако стремительное увеличение сложности интегральных схем не позволило окончательно отказаться от коммутационных плат, выполняющих функцию несущих конструкций для элементов схемы и проводников коммутации. Наряду с этим возросло число различных дополнительных ограничений, вызванных требованиями повышения быстродействия и улучшения показателей надежности ЭС. В результате увеличения степени интеграции БИС и сложности электрических схем, реализуемых на плоскости коммутационной платы, значительно возросла размерность решаемых задач в процессе автоматизированного проектирования ячеек ЭС.
Увеличение размерности решаемых задач можно преодолеть использованием более мощных ЭВМ с большим объемом оперативной памяти, применением более быстродействующих алгоритмов или иерархических методов проектирования. Однако проблемы укладки стремительно растущего числа соединений коммутации на плоскости платы не могут быть решены простой адаптацией существующего программного обеспечения.
Известные методы проектирования топологии коммутационных плат ориентируются на поэтапную разработку конструкции электронного модуля, включая схемотехническое и конструкторское проектирование. В результате разобщенности и.критериальной несовместимости отдельных этапов не удается создать сквозной цикл автоматического проектирования топологии коммутационных плат, что ведет к доработке топологии ручными методами и снижает эффективность автоматизированной разработки плат коммутации. Особенно сложно проектировать ячейки ЭС, в схеме которых в качестве элементной базы используются полузаказные БИС, число внешних выводов коммутации которых достигает 400. Директивное назначение функции каждого внешнего вывода полузаказной БИС в процессе проектирования топологии кристалла создает трудности при реализации соединений коммутации БИС на плоскости коммутационной платы. Рост числа конфликтов межсоединений приводит к увеличению суммарной длины коммутационных соединений и, как следствие, площади занимаемой проводниками коммутации (30-50 % всей площади платы). Увеличивается количество межслойных переходов, коммутирующих разные слои коммутации, что приводит к снижению показателя выхода годных плат коммутации.
Очевидно, что в современных САПР слабо используются возможности программируемых БИС и БИС на основе БМК, которые позволяют синтезировать интегральную топологию с учетом предъявляемых ограничений. Одновременно с этим программируемые БИС все чаще используются в качестве элементов с программируемой логикой при проектировании электрических схем ЭС.
Отсутствие программного обеспечения, позволяющего решать задачи проектирования на уровне требований современного конструирования и технологии производства, приводит к необходимости разработки принципиально новой схемы организации процесса проектирования. В первую очередь требует решения задача трассировки соединений как одна из наиболее трудоемких задач конструкторского проектирования ячеек ЭС.
Учитывая изложенное выше, в число задач проектирования топологии коммутационных плат ЭС, требующих решения, выдвигается создание метода гибкого проектирования топологии (ГПТ), позволяющего проектировать топологический рисунок коммутационной платы на этапе схемотехнического проектирования модуля ЭС с учетом конструктивных и технологических ограничений.
Цель работы состоит в разработке автоматизированного метода гибкого проектирования топологии коммутационных плат ячеек ЭС, использующих в качестве элементной базы БИС с программируемой логикой, и позволяющего осуществлять перенос конфликтов межсоединений с базовой коммутационной платы на плоскость кристалла полузаказной БИС.
Поставленная цель может быть достигнута при условии решения следующих задач:
- создания математической модели схемы ЭС для проектирования ее
методом ГПТ;
разработки математического и программного обеспечения, реализующих предложенный в работе метод;
синтеза алгоритма локализации конфликтов межсоединений и переноса их на уровень интегрального исполнения;
разработки методического обеспечения проектирования коммутационных плат методом ГПТ.
Метод исследования состоит в развитии и применении математического аппарата теории множеств и теории графов к исследованию особенностей конструкции ячейки ЭС, выполненной с использованием БИС, разработке и экспериментальной проверке алгоритмов их автоматизированного проектирования.
Научная новизна работы заключается в разработке метода ГПТ и алгоритмов, позволяющих использовать кристалл полузаказной БИС для реализации коммутационных соединений схемы, имеющих конфликты на базовой коммутационной плате.
В работе:
-_впервые предложен принцип переноса конфликтов межсоединений с
базовой коммутационной платы на уровень дискретных элементов (БИС);
разработан метод гибкого проектирования топологии коммутационных плат на основе переноса конфликтов межсоединений;
разработана методика синтеза графовой модели электрической схемы ячейки ЭС для проектирования методом ГПТ и методика ее планаризации ;
разработан алгоритм локатизации конфликтов межсоединений и переноса их на уровень интегрального исполнения.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Разработан программно-методический комплекс, реализующий метод гибкого проектирования топологии коммутационных плат, который позволяет:
уменьшить массогабаритные показатели ячейки ЭС за счет сокращения суммарной длины проводников коммутации и, как следствие, уменьшения занимаемой ими площади;
сократить затраты на проектирование электронных модулей за счет сокращения сложности рисунка топологии коммутационной платы, следствием чего является снижение числа доработок конструкции, а также параллельное выполнение ряда проектных операций.
Реализация и внедрение результатов. Разработанные в диссертации метод, модели, алгоритмы, программные и методические средства использовались при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ с участием автора диссертации.
Основные результаты диссертационной работы используются в учебном процессе факультета Радиофизики и электроники Владимирского государственного университета и в ВКБ «Радиосвязь» г. Владимир.
Апробация работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: II Международной научно-технической конференции " Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии "( г. Владимир, 1996 г.); Всероссийской молодежной научной конференции " XXIII Гагаринские чтения " ( г. Москва, 1997г.); Общеинститутской научно-технической конференции Владимирского государственного технического университета ( г. Владимир 1996 г.); на научно-технических семинарах кафедры "Конструирования и технологии РЭС" ВлГУ.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 6 работах. По результатам работы подана заявка на изобретение под №96103285. Получена дата приоритета. В настоящее время заявка проходит экспертизу.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 167 страницах и иллюстрированных 51 рисунком и 5 таблицами, а также списка литературы из 117 наименований.
