Введение к работе
Актуальность темм.
Одной из важнейших особенностей современного этапа научно-технического прогресса является широкое применение ЭВМ и средств автоматизации в различных сферах хозяйственной деятельности, и, в первую очередь, в наукоемких отраслях. Только с использованием средств вычислительной техники возможно проектирование и изготовление сложных технических изделий, организация гибких производственных систем, выполнение проектно-конструк-торских работ в сжатые календарные сроки, обеспечение выпуска изделий с привлечением ограниченных людских ресурсов.
Постоянное услокнение функциональных характеристик радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). комплексная миниатюризация, вызывающая необходимость применения микроэлектронной технологии, использование новых типов конструкций и способов монтажа элект-ро - радио - изделий (ЭРИ), возрастающие требования к надежности и качеству, сокращению сроков проектирования и изготовления обусловили потребность в создании высокоэффективных систем автоматизированного проектирования РЭА (САПР РЭА).
Основные области применения ИСАПР радиоэлектронных устройств - это функциональное (схемотехническое) и конструкторское (топологическое) проектирование.. Этап конструирования, многие оптимизационные задачи которого относятся к классу NP - трудных задач . является наиболее слогным к трудоемким. Поэтому, не смотря на значительные успехи в разработке теоретических и практических методов и систем в области проектирования устройств РЭА. исследования по данной проблеме по-преетему остаются крайне актуальными. -
Для аналоговой н аналогово-цифровой техники (ПП, микросбор-ки. гибридные интегральные микросхемы (ПІС)) . КПП с открытия контактными площадками (НПП с ОКЙ) . фуккцкок&льких устройств микроэлектроники, т.е. устройстз с существенно нерегулярной структурой и. в особенности, с однослойной коммутацией суцест-вувзие конструкторские САПР либо недостаточно эффективны, либо не ориентированы на современные средства вычислительной техка-
ки. До сих пор задача трассировки для подобных устройств решается недостаточно качественно, результаты машинного проектирования остаются хуяе "ручных". В связи с этим необходимо продол-гать исследования новых методов" и математических моделей, применяемых для-трассировки блоков РЭА с нерегулярной структурой и однослойной коммутацией.
Настояная работа посвящена исследованию и разработке системы конструкторского проектирования топологии гибких полиимидных носителей (ГПН) в автоинтерактивном режиме на базе ПЭВМ типа IBM PC, подготовлена по открытому плану НИИ измерительных' систем в соответствии с научно-исследовательской программой "Разработка комплекса технологических процессов и средств автоматизации, обеспечивающих проектирование и изготовление печатных плат 4-5 класса точности" (тема "Точность").
Цель работы. '
Целью диссертационной работы является исследование и разработка математических моделей коммутационного поля, алгоритмов и программных модулей для трассировки устройств РЭА, имеющих нерегулярную структуру и однослойную коммутацию. Разработанные алгоритмы реализованы в виде САПР конструкторского проектирования гибких полиимидных носителей. - которые представляют собой односторонние металлополимерные ІШ и предназначены для соединения бескорпусных кристаллов ИС с монтанно-коммутационныки платами. Основной задачей, возникающей при конструкторском проектировании ГПН. "является трассировка соединений с соблюдением конструкторско-технологических ограничений.' Однослойная коммутация устройства выдвигает'в качестве базового критерия эффективности алгоритмов трассировки требование 100-процентной реализации связей. Программное обеспечение системы функционирует на ПЭВМ класса IBM PC. реализует полный цикл проектирования устройства (от ввода исходных данных до выдачи программ для технологического оборудования), обеспечивает интерактивный рении работы. Для достижения^ данной цели решались следующие задачи:
- исследование и разработка математических моделей . и алгоритмов их формирования, способных учитывать метрические характеристики монтааного поля при решешш задачи планаризации графа
соединений;
исследование генетических алгоритмов и разработка программного обеспечения, позволяющих форкировать оптимальное упорядочение электрических связей для трассировки;
исследование и разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения, . реализующих эвристические процедуры трассировки на основе геометрических методов в комбинации с методами гибкой трассировки;
разработка структур данных, системной и программной реализации системы конструкторского проектирования ГЛН.
Методы исследования,
При решении указанных задач был использован математический аппарат: теория графов, теория множеств, элементы теории алгоритмов, методы математической логики, методы оптимизации, методы структурного программирования.
Научная новизна работы:
задача конструкторского проектирования ГПН представлена в виде набора многокритериальных задач оптимизации, для которых определены методы решения с использованием различных моделей принятия решений;
разработаны структуры данных для описания метрических характеристик монтаяно - коммутационного пространства (МКП) устройств МЭА и РЭА с нерегулярной топологией, отличающиеся от известных более-точным учетом метрических параметров;
разработаны алгоритмы формирования макродискретного рабочего поля (МРП) ка основе триангуляционной модели, ребра которой оптимально соединяв? особые точки КШ:
- предложен и опробован генетический алгоритм, реиавцай задачу определения оптимального порядка трассировки электрических связей;
- разработан комбинированный алгоритм трассировки мезсоеди-нений в одном слое,- сочеташй геометрические методы п принципы гибкой трассировки, в котором построение трассы цепи рассматривается как задача поиска пути в лабиринте, образованном запретными областями и ранее реализованными прозоднишзі:
- ка базе разработанных методов, структур данных, сценариев
проектирования реализована азгокятерактквкая САПР ГПН.
Практическая ценности работы состоит в разработке на базе ПЭВМ начальной версии развивающейся, автоинтерактивной системы конструкторского проектирования ГПН с возможностью ее интеграции с САПР МШ], что позволяет в сквозном цикле проектировать функциональные устройства МЭА на базе многоуровневых коммутационных плат.
' Реализованные в системе алгоритмы и программные модули могут быть эффективно применены для проектирования и верификации топологии других устройств МЭА и РЭА: ГИС. ЕЛ. имеющих однослойную коммутацию -и нерегулярную структуру.
Внедрение результатов работы.
САПР ГПН используется в НИИ измерительных систем (г. Н.Новгород) для.разработки приборов по ряду тем с целью повышения уровня интеграции МЭА и.снижения ее массогабаритных характеристик.
Апробация, работа.
Основные пологения и результаты, полученные в ходе выполнения работы, докладывались на следующих семинарах и научных конференциях:
научно - практической конференции "Состояние н перспективы развития САПР ИРАМ 5.3-91" г. С.-Петербург, 1991.г.;
научно - техническом семинаре "Применение персональных ЭВМ в проектировании и технологии* г. С.-Петербург. 1991 г.;
отраслевых научно - практических семинарах "Состояние работ по САПР РЭА в отрасли" г. Москва. 1991-1992 г.;
научно - техническом семинаре "Прикладные интеллектуальные системы" г. Иосква. 1992 г.;
- отраслевом семинаре "Проблемы и перспективы развития работ по САПР в отрасли" г. Протвино. 1992 г.;
- научном семинаре при кафедре "Информатика и автоматизация
научных исследований" НГУ г. Н.Новгород. 1995 г.
С целью апробации разработанная система демонстрировалась и обсуздалась со специалистами в области САПР и конструирования РЭА НГУ. НПУ, БНИИА (г. Москва). НПО "Физика" (г. Москва).
Публикации. ' '
Научные результаты были изложены и опубликованы в 7 печатных работах и і монографии. .
' Структура и объем рароты.
Работа состоит из введения, четырех глаз, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 155 страницах машинописного текста . иллюстрировано 40 рисунками и 2 таблицами.
Похожие диссертации на Разработка системы проектирования гибких полиимидных носителей на базе геометрических методов трассировки
