Введение к работе
і.
Актуальность проблеми. При заказном проектировании сложных цифровых- устройств в виде СБИС используют подход, основанный на библиотечных элементах. По мере увеличения сложности цифровых устройств и повышения степени их интеграции библиотеки элементов, как и сами элементы, усложняются. При развитии' такого подхода к созданию и использованию библиотеки 'возникла проблема получения, храпения и использования большого числа элементов с большим числом разновидностей каждого, так как даже функционально одинаковые библиотечные элементы могут различаться структурно и иметь разные характеристики. Поскольку число разновидностей одного и того же элемента может достигать нескольких тысяч, то с учетом множества самих элементов общее их число в библиотеке становится недопустимо большим.
Разработчик СБИС должен выбрать необходимые варианты библиотечных элементов и оценить параметры проектируемой системы по их параметрам. В случае же, когда параметры системы, построенной с использованием данных библиотечных элементов, не удовлетворяют техническому заданию, разработчик возвращается к выбору библиотечных элементов и повторяет цикл проектирования. При отсутствии необходимого библиотечного элемента он вынужден создавать новый библиотечный элемент с требуемыми параметрами. Таких итераций на практике бывает несколько. При этом основную часть времени занимает проектирование новых вариантов библиотечных элементов с характеристиками,- заданными после анализа предыдущих итерация.
После создания библиотечного элемента необходимо быстро получить его характеристики с представлением их в наглядной, графической форме, что также является сложной задачей.
По мере перехода к макроэлементам их проектирование становится важной и сложной проблемой. Существуют устройства, проектирование которых основано на сложных методиках синтеза. В этом случае разработчик системы должен либо сам изучать все тонкости проектирования таких элементов для последуюшрго самостоятельного их синтеза, либо передать эту работу
разработчику элементов с последующими 'адогократными согласованиями и коррекциями, полученных результатов. Практика ' показала, что. такие пути создания . .элементов не .решают ; проблему из-за ж неэффективности, трудоемкости,, а часто, и.
невозможности. . Г "/ .'. ". '..'/..'
Можно повысить эффективность'-/ процесса "; '.синтеза библиотечного макроэлемента, если разработчик системы будет . синтезировать его с помощью автоматизированной- .методики проектирования, созданной разработчиком этого элемента.". Для автоматизации различных методик проектирования макроэлементов необходимо , разработать , -процедуру ";, формализации знаний, разработчиков макроэлементов, а- также достаточно'. простые, ; имеющие большие . интеллектуальньй,.'. технические ; и программистски возможности, единые и .гибкие .сродства.. Это " определяет актуальность предлагаемой работы. .' "-" "'-..'-
Целью работы шляется повышение , эффективности .
проотттрованйя" библиотечных : 'макроэлементов .СБИС- путем
создания средств их автоматизированного ;.сиктеза, анализа-и
визуализации с , использованием методик проектирования и
разработка метода синтеза многостабильных триггеров как
макроэлементов. . ,
Для достижения данной цели решались следующие основные задачи исследования:
- определение" перечня знаний,. необходимых при
проектировании макроэлементов, и создание процедуры их
формализация дта использования на ЭВМ;
- разработка программных средств автоматизации методик
проектирования макроэлементов .СБИС;
разработка . автоматизированной. . системы.; анализа и моделирования работы макроэлементов; -. \.:. .;...-
- разработка алгоритма"и средств визуализации результатов
анализа' и проектирования;''. .,.;.- .'...'.. '-. ;
- автоматизация методик проекгирования макроэлементов; с
помощью созданных средств. ' с получением библиотечных"'
элементов; .'-:-.
- разработка, исследование и теоретическое обоснование
формализованной методшш . проектирования многостабильных
триггеров как макроэлементов СБИС и создание математического
и программного обеспечения их синтеза.
Методы исследования. Для решения, поставленных задач в работе используются системный- анализ, методы синтеза цифровых элементов, математическая, логикз, теория математического и системного программирования, элементы комбинаторики.
Научная новизна.
1. Разработана процедура формализации знаний, содержащихся в
моториках проектирования - макроэлементов, для последующей
автоматизации методик.
2. Разработан алгоритмический ' язык описания методик
проектирования макроэлементов, позволяющий представлять
формализованные знания разработчика.
3. Предложена концепция использования в ЭВМ формализованных
знаний разработчика макроэлементов, заключающаяся в
применении объект - ориентированного программирования и
позволяющая использовать преимущества объектно
ориентированного подхода при автоматизации.
4. Газработанз иерархия программных объектов для
представления макроэлементов, отличающаяся единым, их описанием при моделировании и визуализации, что позволило создать систему автоматизации методик их проектирования.
.5. С использованием - разработанной иерархии объектов предложена и создана система логического моделирования и -. анализа характеристик цифровых устройств, отличающаяся открытой - структурой и ориентацией на разработчика методик проектирования,, .что .позволило разработчику макроэлементов адаптировать ее.для конкретных методик проеісгировашш.
в.. Предложен' алгоритм создания графических . образов макроэлементов, отличающийся сочетанием . задаваемых разработчиком параметров, построения графического образа с его "автоматическим представлением, что позволило при минимуме параметров управлять автоматическим процессом построения графического образа.
7. Впервые определены и обоснованы общие закономерности
построения структур мнагостабильных триггеров. -Формализована к автоматизирована методика их проектирования как макроэлементов СБИС, отличающаяся расчетом. небольшого числа простых формул, что позволило параллельно получать множества вариантов схем больших размерностей, за малое время.
Практическая, ценность работы.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что
предложены и реализованы новые подходы к созданию единого,
программного комплекса проектирования цифровых устройств на
элементном и системном уровнях. ....
Отличительной чертой предлагаемых средств „(системы ешь) является то, что разработчик; сам -автоматизирует 'методику проектирования макроэлемента, учитывая свой опыт . и особенности конкретной методики. . Разработанные средства позволяют' значительно сократить трудоемкость автоматизации, методек проектирования за - счет созданных овцих подсистем, таких как подсистемы логического моделирования,-графического представления, вывода.в общепринятые форматы описания схем и -т.п. за счет трансляторе с разработанного языка описания методик и акцентирования -усилия разработчика только на особенности конкретной методики.
Благодаря этому разработчик макроэлементов может представлять методику проектирования макроэлемента в виде готового программного продукта и исследовать характеристики синтезированного библиотечного макроэлемента при различных параметрах, представляя результаты в наглядной форме. А разработчик систем может быстро синтезировать библиотечный макроэлемент с заданными параметрами и получать ; его характеристики, не обращаясь к разработчику макроэлемента. Это существенно повышает эффективность проектирования.
Разработанная и ароматизированная . с помощью созданных средств методика синтеза многостабильных триггеров как макроэлементов позволила параллельно получать все возможные схемы, структуры и их варианты за малое время синтеза и с практически неограниченными\'размерностями. .'.;.-
— 7 -
Реализация результатов работы. Результаты работы:
-
использованы пры проектировании блока корректирующей логики ИС аналого-цифрового преобразователя, разрабатываемого в рамках ШІ0КР НИИ "ДЕЛЬТА", что позволило по экспертным оценкам в два раза уменьшить время проектирования, оптимизировать структуру по интегральному параметру и в' итоге получить схемы макроэлементов. СБИС хорошего качества.1
-
использованы при разработке алгоритмов и программного
Обеспечения ' ПОЛСИСТеМЫ САПР МАСШЫА-М в АО
Научно-производственного предприятия "САПФИР" для проектирования основных блоков модернизированной БИС перестраиваемого синхрогенератора Б1325ВБ1-2 и 8-разрядного умножителя Б1825ВР5-2, что позволило существенно упростить и ускорить в 1,3 раза проектирование матричных блоков на логическом уровне, а также оптимизировать схему по потребляемой мощности и быстродействию, что имеет принципиальное значение для БИС данного класса.
3. использованы при моделировании "на зташ струїсгурного
проектирования , разработки и изготовления первого
отечественного транспьютерного комплекта СБИС по теме
"ИНИЦИАТИВА" в НИЦ ЭЛВИС НГ1А0 ЭЛАС, что позволило ускорить
разработку и получить решения, удовлетворяющие заданный
требованиям.
4. методики проектирования цифровых устройств, разработанные
с участием автора, изданы в виде методических пособии для
студентов дневного, отделения и используются в учебном
процессе в Ю ВУЗах России и СНГ.
Использование результатов диссертации подтгерздепо актами о внедрении.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту. Г. Процедура формализации знаній разработчика макроэлементов
для синтеза макроэлементов на базе формализованных методик
проектирования. 2. Принцип и алгоритм построения системы автоматизации
методик проектирования, моделирования- и визуализации' макроэлементов СБИС.
3. Алгоритмический язык описания методик проектирования
макроэлементов.
4. Теоретическое обоснование, методика и алгоритм.
' проектирования многостабильных триггеров.
5. Программный комплекс , автоматизации" методик-. синтеза
макроэлементов СЕКС с анализом'и визуализацией структур. .
6. Результаты автоматизации проектирования и отображения
структурных схем макроэлементов по методикам их синтеза.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты, диссортационной работы - докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях, среди которых: "Комплексная. автоматизация проектных и конструкторских работ в машиностроении" (Ленинград, '. 199І), "Автоматизированное проектирование и схемотехника МДЇЇ СБИС" (Новосибирск, 1991), Всесоюзная научно-техническая конференция "Микросистема-93" (Москва, 1Э93), а также на заседаниях научно-технического семинара кафедры "Электропика" МИФИ, Использованы для обучения. . студентов з -.лекциях, семинарских занятиях и лабораторных работах, при выполнении, курсового проекта.
Публикации. По теме диссертации . опубликовано 14 научных работ (из них" 13 печатных) в ведущих профилирующих' журналах страны, изданиях Всесоюзных конференций и методических пособиях для студентов, э также отражены в научно-техническом отчете гю НИР.
Структура и объем работы. Диссертация'состоит из введения, четырех глав, "заключения, списка литературы, включающего 61 наименование, приложений и содержит 150 страниц основного текста, 35 рисунков и 7 таблиц.
