Sustavi za projektiranje parametara elektroničkih uređaja. Računalno potpomognuti sustavi projektiranja (CAD) res. unošenje promjena na temelju rezultata ispitivanja
Test na temu:
Faze projektiranja elektroničkih sustava
Projektno rješenje je posredni opis projektiranog objekta, dobiven na jednoj ili drugoj hijerarhijskoj razini, kao rezultat izvođenja postupka (na odgovarajućoj razini).
Procedura projektiranja sastavni je dio procesa projektiranja. Primjeri postupaka projektiranja su sinteza funkcionalnog dijagrama projektiranog uređaja, modeliranje, verifikacija, rutiranje međuveza na tiskanoj pločici itd.
Projektiranje elektrane podijeljeno je u faze. Faza je određeni slijed postupaka projektiranja. Opći slijed faza projektiranja je sljedeći:
izrada tehničkih specifikacija;
unos projekta;
projektiranje arhitekture;
funkcionalan i logičan dizajn;
projektiranje sklopova;
topološki dizajn;
izrada prototipa;
određivanje karakteristika uređaja.
Izrada tehničke specifikacije. Utvrđuju se zahtjevi za projektirani proizvod, njegove karakteristike i izrađuju tehnički zahtjevi za dizajn.
Unos projekta. Svaka faza projektiranja ima vlastita sredstva unosa, štoviše, mnogi sustavi alata pružaju više od jednog načina za opisivanje projekta.
Učinkoviti su grafički i tekstualni uređivači visoke razine za opise projekata modernih sustava dizajna. Takvi uređivači daju programeru mogućnost crtanja blok dijagrama velikog sustava, dodjeljivanja modela pojedinačnim blokovima i povezivanja potonjih kroz sabirnice i signalne staze. Urednici obično automatski povezuju tekstualne opise blokova i veza s odgovarajućim grafičkim slikama, čime se osigurava sveobuhvatno modeliranje sustava. To omogućava sistemskim inženjerima da ne mijenjaju svoj uobičajeni stil rada: oni i dalje mogu razmišljati, ocrtavajući dijagram toka svog projekta kao na komadu papira, dok će se u isto vrijeme unijeti i akumulirati točne informacije o sustavu.
Logičke jednadžbe ili dijagrami sklopova često se vrlo dobro koriste za opisivanje osnovne logike sučelja.
Tablice istinitosti korisne su za opisivanje dekodera ili drugih jednostavnih logičkih blokova.
Jezici za opis hardvera koji sadrže konstrukcije tipa stroja stanja obično su mnogo učinkovitiji u predstavljanju složenijih logičkih funkcionalnih blokova, kao što su kontrolni blokovi.
Projektiranje arhitekture. Predstavlja dizajn elektroničkog uređaja do razine prijenosa signala u CPU i memoriju, memoriju i upravljačku jedinicu. U ovoj fazi određuje se sastav uređaja u cjelini, određuju se njegove glavne hardverske i softverske komponente.
Oni. projektiranje cjelokupnog sustava s prikazom na visokoj razini za provjeru ispravnosti arhitektonskih rješenja obično se radi u slučajevima kada se razvija temeljno novi sustav i potrebno je pažljivo razraditi sva arhitektonska pitanja.
U mnogim slučajevima, kompletan dizajn sustava zahtijeva uključivanje neelektričnih komponenti i učinaka u dizajn koji se testira u jednom simulacijskom paketu.
Elementi ove razine su: procesor, memorija, kontroleri, sabirnice. Pri konstruiranju modela i simulaciji sustava ovdje se koriste metode teorije grafova, teorije skupova, teorije Markovljevih procesa, teorije čekanja, kao i logička i matematička sredstva za opisivanje funkcioniranja sustava.
U praksi se predviđa izgradnja parametrizirane arhitekture sustava i izbor optimalnih parametara za njegovu konfiguraciju. Posljedično, odgovarajući modeli moraju biti parametrizirani. Konfiguracijski parametri arhitektonskog modela određuju koje će funkcije biti implementirane u hardveru, a koje u softveru. Neke opcije konfiguracije za hardver uključuju:
broj, kapacitet i kapacitet sistemskih sabirnica;
vrijeme pristupa memoriji;
veličina predmemorije;
broj procesora, portova, registarskih blokova;
kapacitet međuspremnika za prijenos podataka.
A konfiguracijski parametri softvera uključuju, na primjer:
parametri planera;
prioritet zadataka;
interval "odvoz smeća";
najveći dopušteni CPU interval za program;
parametri podsustava za upravljanje memorijom (veličina stranice, veličina segmenta, kao i distribucija datoteka po sektorima diska;
Konfiguracijski parametri prijenosa podataka:
vrijednost intervala isteka;
veličina fragmenta;
parametri protokola za otkrivanje i ispravljanje grešaka.
Riža. 1 - Redoslijed postupaka projektiranja za fazu arhitektonskog projektiranja
U interaktivnom dizajnu na razini sustava, funkcionalne specifikacije na razini sustava prvo se uvode u obliku dijagrama toka podataka, a tipovi komponenti se odabiru za implementaciju različitih funkcija (Slika 1). Glavni zadatak ovdje je razviti arhitekturu sustava koja će zadovoljiti navedene funkcionalne, brzinske i troškovne zahtjeve. Pogreške na arhitektonskoj razini mnogo su skuplje od odluka donesenih tijekom procesa fizičke implementacije.
Arhitektonski modeli su važni i odražavaju logiku ponašanja sustava i njegove vremenske značajke, što omogućuje prepoznavanje funkcionalnih problema. Imaju četiri važne karakteristike:
točno predstavljaju funkcionalnost hardverskih i softverskih komponenti koristeći apstrakcije podataka visoke razine u obliku tokova podataka;
arhitektonski modeli apstraktno predstavljaju tehnologiju implementacije u obliku vremenskih parametara. Specifična tehnologija implementacije određena je specifičnim vrijednostima ovih parametara;
arhitektonski modeli sadrže sklopove koji omogućuju mnogim funkcionalnim blokovima dijeljenje (dijeljenje) komponenti;
ti se modeli moraju parametrizirati, tipizirati i ponovno koristiti;
Modeliranje na razini sustava omogućuje programeru da procijeni alternativne dizajne sustava u smislu odnosa između njihove funkcionalnosti, performansi i cijene.
Top-down sustav alata za dizajn (ASIC Navigator, Compass Design Automation) za ASIC-ove i sustave.
Pokušaj oslobađanja inženjera od projektiranja na razini ventila.
Logic Assistant (logički pomoćnik);
Asistent dizajna;
ASIC Synthesizez (ASIC sintesajzer);
To je jedinstveno okruženje za dizajn i analizu. Omogućuje vam stvaranje ASIC specifikacije unosom grafičkih i tekstualnih opisa vaših dizajna. Korisnici mogu opisati svoje dizajne korištenjem većine metoda unosa na visokoj razini, uključujući dijagrame toka, Booleove formule, dijagrame stanja, jezične izjave VHDL i Verilog i još mnogo toga. Softver sustava će podržati ove metode unosa kao osnovu za cijeli kasniji proces projektiranja ASIC sustava.
Opća arhitektura dizajniranog ASIC-a može se prikazati u obliku međusobno povezanih funkcionalnih blokova bez uzimanja u obzir njihove fizičke particije. Ti se blokovi zatim mogu opisati na način koji najbolje odgovara specifičnim značajkama svake funkcije. Na primjer, korisnik može opisati upravljačku logiku pomoću dijagrama stanja, aritmetičkih funkcijskih blokova pomoću dijagrama putova podataka i algoritamskih funkcija pomoću VHDL-a. Konačni opis može biti kombinacija teksta i grafike i služi kao osnova za analizu i implementaciju ASIC-a.
Podsustav Logic Assistant pretvara primljenu specifikaciju u bihevioralni VHDL kod. Ovaj se kod može obraditi korištenjem VHDL sustava za modeliranje koji je razvila treća strana. Modificiranje specifikacije na razini ponašanja omogućuje unos promjena i otklanjanje pogrešaka u početnim fazama dizajna.
Asistent dizajna
Nakon što se specifikacija provjeri, može se prikazati na ASIC uređaju. Prvo, međutim, korisnik mora odlučiti kako najbolje implementirati projekt tako visoke razine. Opis dizajna može se preslikati na jedan ili više nizova vrata ili IC-ova na temelju standardnih elemenata.
Dising Assistant pomaže korisnicima u procjeni različitih opcija kako bi se postigla optimalna implementacija. D.A. prema uputama korisnika, određuje procijenjenu veličinu čipa, moguće metode pakiranja, potrošnju energije i procijenjeni broj logičkih vrata za svaku opciju dekompozicije i za svaku vrstu ASIC-a.
Korisnik zatim može interaktivno izvršiti analizu što ako, istražiti alternativna tehnička rješenja s različitim raščlanjenim dizajnom ili rasporediti i premjestiti standardne elemente niza vrata. Na taj način korisnik može pronaći optimalan pristup koji zadovoljava zahtjeve specifikacije.
ASIC sintisajzer
Nakon što je određena opcija dizajna odabrana, njen opis ponašanja mora se pretvoriti u prikaz razine logičkih vrata. Ovaj postupak je vrlo radno intenzivan.
Na razini vrata, sljedeće se može odabrati kao strukturni elementi: logička vrata, okidači i tablice istine i logičke jednadžbe kao sredstva opisa. Kod korištenja razine registara strukturni elementi bit će: registri, zbrajači, brojači, multiplekseri, a sredstva opisa tablice istinitosti, mikrooperacijski jezici, prijelazne tablice.
Takozvani logički simulacijski modeli ili jednostavno simulacijski modeli (IM) postali su rašireni na funkcionalno-logičkoj razini. IM-ovi odražavaju samo vanjsku logiku i vremenska obilježja funkcioniranja projektiranog uređaja. Tipično, u MI, unutarnje operacije i unutarnja struktura ne bi trebale biti slične onima koje postoje u stvarnom uređaju. Ali simulirane operacije i vremenske značajke funkcioniranja, kako se promatraju izvana, u IM-u moraju biti primjerene onima koje postoje u stvarnom uređaju.
Automatizirani dizajn naziva se dizajn koji provodi osoba u interakciji s računalom. Stupanj automatizacije može biti različit, a procjenjuje se udjelom projektantskog posla obavljenog na računalu bez ljudske intervencije. Kada je =0, dizajn se naziva neautomatiziran, kada je =1 – automatski.
Sustav računalno potpomognutog projektiranja je organizacijski i tehnički sustav koji se sastoji od skupa alata za automatizaciju projektiranja koji su u interakciji s odjelima projektantske organizacije i izvode računalno potpomognuto projektiranje.
Razvoj automatiziranih alata za projektiranje složenih elektroničkih sustava ima sljedeće ciljeve:
smanjenje vremena i troškova razvoja i implementacije proizvoda;
smanjenje broja grešaka u dizajnu;
osiguranje mogućnosti izmjene projektnih rješenja i smanjenje vremena potrebnog za pregled i ispitivanje proizvoda.
Problemi koji se rješavaju u različitim fazama projektiranja mogu se općenito podijeliti u tri skupine: sinteza i analiza. Zadatak analize je proučavanje ponašanja i svojstava sustava za zadane karakteristike vanjskog okruženja, njegovih komponenti i strukture sustava (ili njegovog modela). Prema općoj teoriji sustava, sinteza je proces generiranja funkcija i struktura koje su potrebne i dovoljne za dobivanje određenih rezultata. Identificirajući funkcije koje sustav implementira, oni definiraju određeni sustav o kojem se zna samo što će raditi.
U tom smislu, stupanj sinteze funkcija naziva se apstraktna sinteza. Također postoje stupnjevi strukturne i parametarske sinteze. U strukturnoj sintezi utvrđuje se struktura objekta - skup njegovih sastavnih elemenata i načini njihove međusobne povezanosti (unutar objekta i s vanjskom okolinom). Parametarska sinteza sastoji se u određivanju numeričkih vrijednosti parametara elemenata pod zadanom strukturom i uvjetima izvedbe (tj. potrebno je pronaći točku ili područje u prostoru unutarnjih parametara u kojem su ispunjeni određeni uvjeti).
Razvoj CAD-a veliki je znanstveni i tehnički problem. Unatoč velikim troškovima rada (50-200 kvalificiranih stručnjaka), stvaranje integriranih ARPA u različitim područjima tehnologije je nužnost uzrokovana rastućom složenošću projektiranih objekata. Uzimajući u obzir gore navedeno, možemo formulirati osnovne zahtjeve koje CAD sustavi moraju zadovoljiti:
1. Imati univerzalnu strukturu koja implementira principe dekompozicije i hijerarhije (blokovno-hijerarhijski pristup). Štoviše, sustavi dizajna na različitim razinama hijerarhije moraju biti informacijski dosljedni. Konzistentnost informacija znači da za sekvencijalne postupke dizajna, izlaz jednog od njih može biti ulaz za drugi bez ikakve potrebne transformacije.
2. Imati visok stupanj integracije. Stupanj integracije trebao bi biti takav da osigurava provedbu cijelog puta dizajna: od iznošenja ideje do provedbe projekta. Važnu ulogu u osiguravanju integracije alata za projektiranje imaju tzv. okviri, CAD sustavi, koji osiguravaju kako integraciju različitih alata za projektiranje i podataka, tako i obavljanje funkcija upravljanja korištenjem jednog korisničkog sučelja.
3. Provedite dizajn u stvarnom vremenu. Smanjenje vremena potrebnog za interakciju CAD-a s korisnikom osigurava se dostupnošću operativnih tehničkih sredstava za interakciju između programera i sustava, učinkovitosti postupaka projektiranja itd.
4. CAD struktura mora biti otvorena, tj. imaju svojstvo pogodnog širenja podsustava kada ga poboljšavaju.
5. Imati sredstva za kontrolu ulaznih i izlaznih informacija.
6. Imajte sredstva za automatsko unošenje izmjena u projekt.
2. Struktura CAD hardversko-softverskog kompleksa
Sav hardver i softver koji čini osnovni CAD softver može se klasificirati prema funkcijama koje obavljaju:
softver (MS);
jezična potpora (LS);
softver (softver);
tehnička podrška (TO);
informacijska podrška (IS);
organizacijska podrška (OO);
ML uključuje: teoriju, metode, matematičke modele, algoritme koji se koriste u računalno potpomognutom dizajnu.
LO je predstavljen skupom jezika koji se koriste u računalno potpomognutom dizajnu. Glavni dio LO su jezici komunikacije između osobe i računala.
Softver je skup strojnih programa i pripadajuće dokumentacije. Dijeli se na sustavno i primijenjeno. Komponente sistemskog softvera su, na primjer, operativni sustavi, prevoditelji itd. Ovi programski alati dizajnirani su za organiziranje rada tehničkih sredstava, tj. za planiranje i upravljanje računalnim procesom.
Aplikativni softver kreiran je za potrebe CAD-a. Obično se predstavlja u obliku aplikacijskih softverskih paketa (APP), od kojih svaki služi određenoj fazi procesa projektiranja.
Komponente TO su skup međusobno povezanih tehničkih sredstava (npr. računala, sredstva za prijenos, unos, prikaz i dokumentiranje podataka) namijenjenih računalno potpomognutom projektiranju.
AI integrira podatke potrebne za računalno potpomognuto projektiranje. Mogu se prezentirati u obliku određenih dokumenata na različitim medijima koji sadrže referentne podatke o parametrima objekta projektiranja, međurezultate itd.
Glavni dio CAD IO je banka podataka (DDB), koja je skup alata za centralizirano prikupljanje i zajedničku upotrebu podataka u CAD-u. BND se sastoji od baze podataka (DB) i sustava za upravljanje bazom podataka (DBMS). DB - sami podaci koji se nalaze u računalnoj pohrani i strukturirani u skladu s pravilima usvojenim u ovom BND-u. DBMS je skup programskih alata koji osiguravaju funkcioniranje BND-a. Pomoću DBMS-a podaci se snimaju u BND, dohvaćaju prema zahtjevima korisnika i aplikacijskih programa itd.
Računalno potpomognuti proces projektiranja je sekvencijalna interakcija velikog broja programskih modula. Interakcija modula očituje se uglavnom u upravljačkim vezama (uređeni prijelazi s izvođenja jednog programskog modula na izvođenje drugog) i informacijama (upotreba istih podataka u različitim modulima) (vidi sl. 1 i 2).
Pri projektiranju složenih sustava značajan je problem informacijske koordinacije različitih programskih modula. Postoje tri glavna načina za implementaciju informacijskih veza:
kroz prijenos parametara iz pozivajućeg programa u pozvani program;
kroz zajedničke prostore (zone razmjene) modula koji međusobno djeluju;
kroz banku podataka.
Implementacija informacijskih veza putem prijenosa parametara znači da se prenose ili parametri ili njihove adrese. Koristi se kada je količina prenesenih podataka relativno mala, a njegova struktura jednostavna.
Provodeći informacijske veze kroz zonu razmjene, svaki modul mora slati podatke u zonu razmjene, prikazujući ih u obliku prihvatljivom sa stajališta zahtjeva bilo kojeg od ostalih modula. Budući da zahtjevi za strukturu podataka svakog modula potrošača podataka mogu biti različiti, način komunikacije kroz zone razmjene je relativno lako implementirati samo uz mali i stabilan broj informacijskih veza. Koriste se za programske module unutar određenog softvera.
Ako se isti moduli mogu uključiti u različite postupke projektiranja i komunicirati s mnogim modulima, tada je preporučljivo unificirati sredstva razmjene informacija. Ovo ujedinjenje provodi se pomoću koncepta BND. Glavna značajka informacija pohranjenih u BND je njihova struktura. Glavne prednosti informacijske interakcije BND-a su sljedeće:
Ukinuta su ograničenja na broj podržanih postupaka dizajna;
Moguća je izrada i izmjena programskog sustava;
Moguće je modificirati modernizaciju tehničkih sredstava za pohranu podataka bez promjene PPP-a;
Osiguran je integritet podataka.
Međutim, implementacija informacijskih veza kroz bazu podataka ima i svoje nedostatke koji se uglavnom odnose na značajno vrijeme utrošeno na traženje podataka u bazi podataka.
Riža. 1. Grafikon koji odražava veze upravljanja.
Riža. 2. Grafikon koji odražava informacijske veze.
Riža. 3. Implementacija informacijskih veza kroz DBMS.
3 . Sastav CAD elektroničkih sustava
Moderni CAD je složen softverski i hardverski kompleks, koji se u znanstvenoj i tehničkoj literaturi naziva "radna stanica" (PC).
Riža. 3. Struktura radne stanice za projektiranje elektroničkih sustava.
Riža. 4. Struktura CAD softvera.
4 . Hijerarhijske razine zastupljenosti elektroničkih uređaja
Glavna metoda projektiranja pomoću CAD-a je blok-hijerarhijska metoda ili metoda dekompozicije složenog objekta na podsustave (blokove, čvorove, komponente). U tom se slučaju opis složenog sustava dijeli na hijerarhijske razine (razine apstrakcije) prema stupnju detalja u kojem se odražavaju svojstva sustava. Na svakoj razini prikaza projekta postoji vlastiti koncept sustava, podsustava, elementa sustava, zakonitosti funkcioniranja elemenata sustava kao cjeline i vanjskih utjecaja.
Ovi koncepti određuju jednu ili drugu razinu hijerarhije predstavljanja uređaja. Podsustav je dio sustava koji je skup njegovih elemenata identificiranih prema određenom funkcionalnom svojstvu, a koji je u svojoj svrsi funkcioniranja podređen jednoj svrsi funkcioniranja cijelog sustava. Element sustava shvaća se kao njegov dio koji obavlja određenu funkciju(e) i nije predmet dekompozicije na danoj razini razmatranja. Nedjeljivost elementa je koncept, ali ne i fizičko svojstvo tog elementa. Koristeći koncept elementa, dizajner zadržava pravo prelaska na drugu razinu na temelju dijela ili spajanjem više elemenata u jedan.
Na višoj hijerarhijskoj razini, cijeli kompleksni objekt se smatra skupom podsustava koji međusobno djeluju. Na sljedećoj hijerarhijskoj razini podsustavi se promatraju zasebno kao sustavi koji se sastoje od određenih komponenti (elemenata) i imaju više detalja u svom opisu. Ova hijerarhijska razina je razina podsustava. Broj razina hijerarhije uvijek je ograničen. Razine karakterizira činjenica da je skup vrsta elemenata od kojih se može sastaviti projektni podsustav ograničen. Takav skup naziva se baza razine.
Metoda dekompozicije stvara ozbiljne probleme pri stvaranju CAD sustava:
određivanje hijerarhijskih razina i temelja za njih;
razvoj matematičkog softvera;
preslikavanje s jedne baze na drugu itd.
Metoda hijerarhijskog predstavljanja projektiranog objekta, koju koriste razvijači elektroničkih sklopova i sustava, može se temeljiti na dvije metode reprezentacije (opisivanja) elemenata: strukturnoj i biheviorističkoj.
Strukturna metoda uključuje opisivanje elementa sustava kao skupa međusobno povezanih elemenata niže razine, čime se definira osnova te razine. Strukturni oblik hijerarhije projekta podrazumijeva proces dekompozicije ili particioniranja projekta tako da se na bilo kojoj razini koja je odabrana za modeliranje gradi model sustava kao skup međusobno povezanih elemenata definiranih za tu razinu. Ovdje se odmah postavlja pitanje: kako se ti elementi određuju? Najčešće se formiraju pomoću elemenata sljedeće, niže razine. Dakle, kao što je prikazano na Sl. 5, projekt se može prikazati kao stablo, s različitim razinama hijerarhije apstrakcije koje odgovaraju njihovim vlastitim razinama ovog stabla. Na razini lista stabla određuje se ponašanje elemenata dizajna najniže razine. Bihevioralna metoda uključuje opisivanje elementa sustava na temelju ulazno/izlaznih ovisnosti pomoću određene procedure. Štoviše, taj je opis određen nekim vlastitim postupkom, a ne opisuje se drugim elementima. Stoga se model ponašanja koristi za opisivanje elemenata razine lista stabla projekta. Budući da model ponašanja projekta može postojati na bilo kojoj razini, različiti dijelovi projekta mogu imati opise ponašanja na različitim razinama.
Riža. 5. Projekt prikazan u obliku cjelovitog (a) i nepotpunog (b) stabla.
Na sl. Slika 5(a) prikazuje "potpuno" stablo projekta, gdje su svi opisi ponašanja formirani na istoj razini. Slika 5(b) prikazuje dizajn predstavljen u obliku djelomičnog stabla, gdje opisi ponašanja pripadaju različitim razinama. Ova situacija nastaje jer je često poželjno da programer izgradi i analizira odnose između komponenti sustava prije dovršetka dizajna. Dakle, nije potrebno imati specifikacije svih komponenti sustava, na primjer na razini logičkih vrata, kako bi se moglo kontrolirati dizajn kao cjelina radi odsutnosti grešaka. Takva se kontrola provodi modeliranjem na više razina, odnosno modeliranjem u kojem se opisi ponašanja komponentnih modela odnose na različite razine hijerarhije. Važna dodatna prednost ovog pristupa je da poboljšava učinkovitost modeliranja.
Sa stajališta programera hardvera, postoji šest glavnih razina hijerarhije, prikazanih na sl. 6.
Riža. 6. Razine hijerarhije prikaza elektroničkih sustava.
To su sustav, mikrosklop (ili IC), registar, vrata, sklop i topološka razina. Slika pokazuje da hijerarhija razina prezentacije ima oblik krnje piramide. Širenje piramide prema dolje odražava povećanje stupnja detalja, tj. broj elemenata koji se moraju uzeti u obzir pri opisu projektiranog uređaja na ovoj razini.
U tablici 1 prikazuje karakteristike razina - naznačeni su strukturni elementi i prikaz ponašanja za svaku razinu.
Tablica 1. Hijerarhija modela
| Razina | Strukturni primitivi | Formalni aparat za reprezentaciju ponašanja |
| Sustav | Središnji procesori, sklopke, kanali, sabirnice, uređaji za pohranu itd. | Analiza sustava, teorija igara, teorija čekanja itd. |
| Mikrosklop | Mikroprocesori, RAM, ROM, UART, itd. | Input-output ovisnosti, GSA |
| Registar | Registri, ALU, brojači, multiplekseri, dekoderi | Teorija digitalnih automata, tablice istine, GSA |
| Ventil | Logička vrata, japanke | Logička algebra, sustavi logičkih jednadžbi |
| krug | Tranzistori, diode, otpornici, kondenzatori | Teorija električnih krugova, sustavi linearnih, nelinearnih, diferencijalnih jednadžbi |
| Siličić | Geometrijski objekti | Ne |
Na najnižoj razini, silikonski, geometrijski oblici se koriste kao osnovni primitivi koji predstavljaju područja difuzije, polisilicija i metalizacije na površini silicijske matrice. Kombinacija ovih oblika izgleda kao da oponaša proces izrade kristala sa stajališta dizajnera. Ovdje je reprezentacija samo čisto strukturalna (ne bihevioralna).
Na sljedećoj višoj razini, razini sklopa, oblik dizajna se formira korištenjem međusobnog povezivanja tradicionalnih aktivnih i pasivnih elemenata kruga: otpornika, kondenzatora te bipolarnih i MOSFET tranzistora. Povezanost ovih komponenti koristi se za modeliranje ponašanja električnog kruga, izražena korištenjem odnosa između napona i struja. Diferencijalne jednadžbe mogu se koristiti za opis ponašanja na ovoj razini.
Treća razina, razina logičkih vrata, tradicionalno igra glavnu ulogu u dizajnu digitalnih sklopova i sustava. Koristi osnovne elemente kao što su I, ILI i NE logička vrata i razne vrste flip-flopova. Povezivanje ovih primitiva omogućuje obradu kombinacijskih i sekvencijalnih logičkih sklopova. Formalni aparat za opis ponašanja na ovoj razini je Booleova algebra.
Iznad razine vrata u hijerarhiji je razina registra. Ovdje su osnovni elementi komponente kao što su registri, brojači, multiplekseri i aritmetičko-logičke jedinice (ALU). Bihevioralni prikaz dizajna na razini registra moguć je pomoću tablica istine, tablica stanja i jezika za prijenos registara.
Iznad razine registra je razina čipa (ili IC). Na razini čipa komponente kao što su mikroprocesori, uređaji glavne memorije, serijski i paralelni priključci i kontroleri prekida djeluju kao elementi. Iako su granice mikrosklopova ujedno i granice modela elemenata, moguće su i druge situacije. Dakle, skup mikrokrugova koji zajedno čine jedan funkcionalni uređaj može se predstaviti kao jedan element. Ilustrativan primjer ovdje je modeliranje bit-modularnog procesora. Moguća je i alternativna opcija - kada elementi predstavljaju zasebne dijelove jednog mikro kruga, na primjer, u fazi analize tehničkih specifikacija i razgradnje. Glavna značajka ovdje je da je element predstavljen velikim blokom logike, gdje je za duge i često konvergirajuće putove obrade podataka potrebno predstaviti ovisnosti izlaza o ulazima. Kao i kod elemenata nižih razina, elementi razine mikrokruga nisu izgrađeni hijerarhijski od jednostavnijih primitiva, već predstavljaju pojedinačne objekte modela. Dakle, ako trebate modelirati serijski I/O port (univerzalni asinkroni primopredajnik, UART), odgovarajući model se ne gradi povezivanjem jednostavnijih funkcionalnih modela blokova kao što su registri i brojači, ovdje sam UART postaje osnovni model. Ove vrste modela važne su proizvođačima originalne opreme koji kupuju čipove od drugih proizvođača, ali ne znaju njihovu internu strukturu na razini logičkih vrata jer je to obično vlasnička tajna. Opis ponašanja modela razine mikrosklopa temelji se na odnosu ulaz-izlaz svakog specifičnog IC algoritma implementiranog od strane danog IC. Najviša razina je razina sustava. Elementi ove razine su procesor, memorija i sklopka (sabirnica), itd. Opis ponašanja na ovoj razini uključuje takve osnovne podatke i karakteristike kao što je, na primjer, brzina procesora u milijunima instrukcija u sekundi (megoflops) ili propusnost puta obrade podataka (bit/s). Sa stola 1 i gore navedenog može se vidjeti da se strukturne karakteristike ili karakteristike ponašanja susjednih razina u određenoj mjeri preklapaju. Na primjer, i na razini registra i na razini mikro kruga, može se koristiti prikaz pomoću GSA. Međutim, strukturni prikaz za obje razine je potpuno različit, zbog čega su razdvojene. Razine mikrokruga i sustava imaju u biti iste elemente, ali su potpuno različite u svojim karakteristikama ponašanja. Dakle, modeli ponašanja na razini IC-a omogućuju izračun detaljnih pojedinačnih odgovora u obliku cjelobrojnih i bitnih vrijednosti. I bihevioralna reprezentacija razine sustava ima ozbiljno ograničenje - prvenstveno služi za modeliranje kapaciteta sustava ili određivanje stohastičkih parametara sustava. U praksi se prikaz projektiranja na razini sustava prvenstveno koristi za komparativnu procjenu različitih arhitektura. Općenito, modeli različitih razina trebaju se koristiti ako su zahtjevi, bilo bihevioralni ili strukturni, različiti.
Posljednji koncept povezan s hijerarhijskim prikazom projekta je takozvani prozor projekta.
Ovaj se pojam odnosi na skupinu razina projektnog stabla s kojima svaki programer radi. Dakle, projektni prozor za VLSI dizajn pokriva razine silicija, sklopa, vrata, registra i čipa. Dizajner računala, s druge strane, obično je zainteresiran za prozor koji pokriva razine vrata, registara, čipa i sustava. To je koncept projektnog prozora koji je osnova za dizajn na više razina. Kako se složenost VLSI-ja povećava, postat će nepraktično uključiti sloj vrata u prozor dizajna budući da se stotine tisuća logičkih vrata može postaviti na jedan čip. Razina registra, iako je svakako manje složena od razine vrata, također može sadržavati dodatne detalje za one koje zanimaju samo VLSI I/O signali.
Tako će, sa stajališta dizajnera stroja, sam VLSI postati element dizajna.
Riža. 7. Primjer implementacije prezentacijskih razina višeprocesorskog sustava.
Napomena: Predavanje daje osnovne definicije, svrhu i principe sustava za računalno potpomognuto projektiranje (CAD). Dana je suština i shema rada CAD-a. Prikazano je mjesto CAD RES među ostalim automatiziranim sustavima. Razmatraju se struktura i vrste CAD-a. Glavna svrha predavanja je pokazati suštinu procesa projektiranja OIE, osnovne principe projektiranja. Posebna pozornost posvećena je sustavnom pristupu projektiranju dizajna i tehnologiji proizvodnje OIE
4.1. Definicija, svrha, svrha
Po definiciji, CAD je organizacijski i tehnički sustav koji se sastoji od skupa alata za automatizaciju dizajna i tima stručnjaka odjela projektantska organizacija, izvođenje automatiziranog dizajna objekta, koji je rezultat aktivnosti projektantska organizacija [ , ].
Iz ove definicije proizlazi da CAD nije sredstvo automatizacije, već sustav ljudske aktivnosti u projektiranju objekata. Stoga se automatizacija projektiranja kao znanstvena i tehnička disciplina razlikuje od uobičajene uporabe računala u procesima projektiranja po tome što se bavi pitanjima izgradnje sustava, a ne skupom pojedinačnih zadataka. Ova je disciplina metodološka jer sažima značajke koje su zajedničke različitim specifičnim primjenama.
Idealna shema za funkcioniranje CAD-a prikazana je na sl. 4.1.
Riža. 4.1.
Ova je shema idealna u smislu potpune usklađenosti s formulacijom prema postojećim standardima i neusklađenosti sa sustavima iz stvarnog života, u kojima se svi radovi na projektiranju ne provode pomoću alata za automatizaciju i ne koriste svi dizajneri te alate.
Dizajneri se, kao što definicija sugerira, pozivaju na CAD. Ova izjava je sasvim legitimna, budući da je CAD više računalno potpomognut sustav dizajna nego automatski sustav. To znači da neke od operacija dizajna mogu i uvijek će izvoditi ljudi. Štoviše, u naprednijim sustavima udio rada koji obavljaju ljudi bit će manji, ali će sadržaj tih radova biti kreativniji, a uloga ljudi u većini slučajeva odgovornija.
Iz definicije CAD-a proizlazi da je svrha njegovog rada projektiranje. Kao što je već spomenuto, dizajn je proces obrade informacija, koji u konačnici vodi do dobivanja potpunog razumijevanja dizajniranog predmeta i metoda njegove proizvodnje.
U praksi ručnog projektiranja, cjelovit opis projektiranog predmeta i načina njegove izrade sadrži dizajn proizvoda i tehničku dokumentaciju. Za uvjete računalno potpomognutog projektiranja još nije legaliziran naziv konačnog dizajnerskog proizvoda koji sadrži podatke o objektu i tehnologiji njegove izrade. U praksi se to još uvijek naziva “projekt”.
Dizajn je jedan od najsloženijih vrsta intelektualnog rada koji obavljaju ljudi. Štoviše, proces dizajniranja složenih objekata je izvan moći jedne osobe i provodi ga kreativni tim. To zauzvrat čini proces projektiranja još složenijim i težim za formaliziranje. Da biste automatizirali takav proces, morate jasno znati što je to zapravo i kako ga programeri provode. Iskustvo pokazuje da je proučavanje procesa projektiranja i njihova formalizacija bilo dano stručnjacima s velikim poteškoćama, stoga se automatizacija dizajna provodila posvuda u fazama, dosljedno pokrivajući sve nove projektne operacije. Sukladno tome, postupno su se stvarali novi sustavi i poboljšavali stari sustavi. Što je sustav podijeljen na više dijelova, to je teže ispravno formulirati početne podatke za svaki dio, ali je lakše provesti optimizaciju.
Projektiranje objekta automatizacije su djela, ljudske radnje koje on izvodi tijekom procesa dizajna. I zove se ono što dizajniraju objekt dizajna.
Osoba može dizajnirati kuću, automobil, tehnološki proces, industrijski proizvod. CAD je dizajniran za projektiranje istih objekata. U ovom slučaju, CAD proizvodi (CAD I) i Proces CAD(CAD TP).
Stoga, objekti dizajna nisu projektiranje objekata automatizacije. U proizvodnoj praksi objekt automatizacije projektiranja je cjelokupni skup radnji dizajnera koji razvijaju proizvod ili tehnološki proces, ili oboje, te dokumentiranje rezultata razvoja u obliku projektne, tehnološke i pogonske dokumentacije.
Podijelivši cijeli proces projektiranja na faze i operacije, možete ih opisati određenim matematičkim metodama i definirati alate za njihovu automatizaciju. Tada je potrebno razmotriti odabrano projektne operacije I alati za automatizaciju u kompleks i pronađite načine da ih kombinirate u jedan sustav koji ispunjava ciljeve.
Pri projektiranju složenog objekta razni projektne operacije ponavljaju mnogo puta. To je zbog činjenice da je dizajn proces koji se prirodno razvija. Počinje s razvojem općeg koncepta projektiranog objekta, na njegovoj osnovi - idejni projekt. Ispod su približna rješenja (procjene): idejni projekt specificiraju se u svim kasnijim fazama projektiranja. Općenito, takav se proces može prikazati kao spirala. Na donjem zavoju spirale nalazi se koncept projektiranog objekta, na gornjem - konačni podaci o projektiranom objektu. Na svakom zavoju spirale, sa stajališta tehnologije obrade informacija, izvode se identične operacije, ali u sve većem opsegu. Dakle, instrumental alati za automatizaciju operacije koje se ponavljaju mogu biti iste.
U praksi je vrlo teško u potpunosti riješiti problem formalizacije cjelokupnog procesa projektiranja, međutim, ako je barem dio operacija projektiranja automatiziran, to će i dalje biti opravdano, jer će omogućiti daljnji razvoj stvorenog CAD-a. sustav temeljen na naprednijim tehničkim rješenjima i s manjim utroškom resursa.
Općenito, za sve faze dizajna proizvoda i tehnologiju njihove proizvodnje mogu se razlikovati sljedeće glavne vrste tipičnih operacija obrade informacija:
- pretraživanje i odabir iz različitih izvora potrebnih informacija;
- analiza odabranih informacija;
- izvođenje proračuna;
- donošenje dizajnerskih odluka;
- registracija dizajnerskih rješenja u obliku pogodnom za daljnju upotrebu (u kasnijim fazama dizajna, tijekom proizvodnje ili rada proizvoda).
Automatizacija navedenih operacija obrade informacija i procesa za upravljanje korištenjem informacija u svim fazama projektiranja je bit funkcioniranja suvremenih CAD sustava.
Koje su glavne značajke sustava računalno potpomognutog dizajna i njihove temeljne razlike od metoda automatizacije "temeljenih na zadacima"?
Prva karakteristična osobina je sposobnost sveobuhvatan rješavanje općeg problema projektiranja, uspostavljanje tijesne veze između pojedinih zadataka, odnosno mogućnost intenzivne razmjene informacija i interakcije ne samo pojedinih postupaka, već i faza projektiranja. Na primjer, u odnosu na tehničku (dizajn) fazu projektiranja, CAD RES omogućuje rješavanje problema izgleda, postavljanja i usmjeravanja u bliskom odnosu, koji mora biti ugrađen u hardver i softver sustava.
U odnosu na sustave više razine, može se govoriti o uspostavljanju bliske informacijske veze između sklopovlja i tehničkih faza projektiranja. Takvi sustavi omogućuju stvaranje radioelektroničkih sredstava koja su učinkovitija sa stajališta skupa funkcionalnih, dizajnerskih i tehnoloških zahtjeva.
Druga razlika između CAD RES je interaktivni način rada dizajn u kojem se provodi kontinuirani proces dijalog"čovjek-stroj". Koliko god formalne metode projektiranja bile složene i sofisticirane, koliko god moć računalnih alata bila velika, nemoguće je stvoriti složenu opremu bez kreativnog sudjelovanja ljudi. Po dizajnu, sustavi za automatizaciju dizajna ne bi trebali zamijeniti dizajnera, već djelovati kao snažan alat za njegovu kreativnu aktivnost.
Treća značajka CAD RES-a je sposobnost simulacijsko modeliranje radioelektronički sustavi u radnim uvjetima bliskim stvarnim. Simulacijsko modeliranje omogućuje predviđanje reakcije dizajniranog objekta na razne smetnje, omogućuje dizajneru da "vidi" plodove svog rada na djelu bez izrade prototipa. Vrijednost ove CAD značajke je u tome što je u većini slučajeva izuzetno teško formulirati sustav kriterij izvedbe RES. Učinkovitost je povezana s velikim brojem zahtjeva različite prirode i ovisi o velikom broju parametara OIE i vanjskih čimbenika. Stoga je u složenim problemima projektiranja gotovo nemoguće formalizirati postupak pronalaženja optimalnog rješenja prema kriteriju sveobuhvatne učinkovitosti. Simulacijsko modeliranje omogućuje testiranje različitih mogućnosti rješenja i odabir najboljeg, i to brzo i uzimajući u obzir sve vrste čimbenika i smetnji.
Četvrta značajka je značajno kompliciranje programske i informacijske podrške projektiranju. Ne govorimo samo o kvantitativnom, volumetrijskom povećanju, već io ideološkoj složenosti, koja je povezana s potrebom stvaranja komunikacijskih jezika između dizajnera i računala, razvijenih banaka podataka, programa za razmjenu informacija između sastavnih dijelova sustava i dizajn programa. Kao rezultat dizajna nastaju novi, napredniji OIE, koji se razlikuju od svojih analoga i prototipova u većoj učinkovitosti zbog korištenja novih fizičkih pojava i principa rada, naprednije baze elemenata i strukture, poboljšanih dizajna i progresivnih tehnoloških procesa.
4.2. Principi kreiranja sustava i tehnologija potpomognutog projektiranja
Prilikom izrade CAD sustava vodimo se sljedećim načelima koja važe za cijeli sustav:
- Načelo uključenje, Ubrajanje je da se zahtjevi za stvaranje, rad i razvoj CAD-a određuju sa strane složenijeg sustava, koji uključuje CAD kao podsustav. Takav složeni sustav može biti, na primjer, složeni sustav ASNI - CAD - automatizirani sustav upravljanja poduzeća, CAD industrije itd.
- Načelo sistemsko jedinstvo osigurava cjelovitost CAD sustava kroz komunikaciju između njegovih podsustava i funkcioniranja CAD upravljačkog podsustava.
- Načelo složenost zahtijeva koherentnost u oblikovanju pojedinih elemenata i cjelokupnog objekta u cjelini u svim fazama projektiranja.
- Načelo informacijsko jedinstvo unaprijed određuje dosljednost informacija pojedinih podsustava i CAD komponenti. To znači da sredstva za pružanje CAD komponenti moraju koristiti jedinstvene pojmove, simbole, konvencije, problemski orijentirane programske jezike i metode prezentiranja informacija, koje su obično utvrđene relevantnim regulatornim dokumentima. Načelo informacijskog jedinstva posebno osigurava smještaj svih datoteka koje se više puta koriste u dizajnu različitih objekata u bankama podataka. Zbog informacijskog jedinstva, rezultati rješavanja jednog problema u CAD-u bez ikakvog preslagivanja ili obrade rezultirajućih nizova podataka mogu se koristiti kao početne informacije za druge zadatke projektiranja.
- Načelo kompatibilnost je da jezici, kodovi, informacije i tehničke karakteristike strukturnih veza između podsustava i CAD komponenti moraju biti usklađeni kako bi se osiguralo zajedničko funkcioniranje svih podsustava i očuvalo otvorena struktura CAD općenito. Stoga uvođenje bilo kakvog novog hardvera ili softvera u CAD ne bi trebalo dovesti do bilo kakvih promjena alata koji se već koriste.
- Načelo nepromjenjivost propisuje da CAD podsustavi i komponente trebaju biti što univerzalniji ili standardni, tj. nepromjenjivi prema projektiranim objektima i specifičnostima industrije. To, naravno, nije moguće za sve CAD komponente. Međutim, mnoge komponente, kao što su programi za optimizaciju, obradu podataka i druge, mogu se napraviti jednake za različite tehničke objekte.
Kao rezultat dizajna nastaju novi, napredniji OIE, koji se od svojih analoga i prototipova razlikuju u većoj učinkovitosti zbog korištenja novih fizikalnih pojava i principa.
Projektno rješenje je posredni opis projektiranog objekta, dobiven na jednoj ili drugoj hijerarhijskoj razini, kao rezultat izvođenja postupka (na odgovarajućoj razini).
Procedura projektiranja sastavni je dio procesa projektiranja. Primjeri postupaka projektiranja su sinteza funkcionalnog dijagrama projektiranog uređaja, modeliranje, verifikacija, rutiranje međuveza na tiskanoj pločici itd.
Projektiranje elektrane podijeljeno je u faze. Faza je određeni slijed postupaka projektiranja. Opći slijed faza projektiranja je sljedeći:
izrada tehničkih specifikacija;
unos projekta;
projektiranje arhitekture;
funkcionalan i logičan dizajn;
projektiranje sklopova;
topološki dizajn;
izrada prototipa;
određivanje karakteristika uređaja.
Izrada tehničke specifikacije. Utvrđuju se zahtjevi za projektirani proizvod, njegove karakteristike i izrađuju tehnički zahtjevi za dizajn.
Unos projekta. Svaka faza projektiranja ima vlastita sredstva unosa, štoviše, mnogi sustavi alata pružaju više od jednog načina za opisivanje projekta.
Učinkoviti su grafički i tekstualni uređivači visoke razine za opise projekata modernih sustava dizajna. Takvi uređivači daju programeru mogućnost crtanja blok dijagrama velikog sustava, dodjeljivanja modela pojedinačnim blokovima i povezivanja potonjih kroz sabirnice i signalne staze. Urednici obično automatski povezuju tekstualne opise blokova i veza s odgovarajućim grafičkim slikama, čime se osigurava sveobuhvatno modeliranje sustava. To omogućava sistemskim inženjerima da ne mijenjaju svoj uobičajeni stil rada: oni i dalje mogu razmišljati, ocrtavajući dijagram toka svog projekta kao na komadu papira, dok će se u isto vrijeme unijeti i akumulirati točne informacije o sustavu.
Logičke jednadžbe ili dijagrami sklopova često se vrlo dobro koriste za opisivanje osnovne logike sučelja.
Tablice istinitosti korisne su za opisivanje dekodera ili drugih jednostavnih logičkih blokova.
Jezici za opis hardvera koji sadrže konstrukcije tipa stroja stanja obično su mnogo učinkovitiji u predstavljanju složenijih logičkih funkcionalnih blokova, kao što su kontrolni blokovi.
Projektiranje arhitekture. Predstavlja dizajn elektroničkog uređaja do razine prijenosa signala u CPU i memoriju, memoriju i upravljačku jedinicu. U ovoj fazi određuje se sastav uređaja u cjelini, određuju se njegove glavne hardverske i softverske komponente.
Oni. projektiranje cjelokupnog sustava s prikazom na visokoj razini za provjeru ispravnosti arhitektonskih rješenja obično se radi u slučajevima kada se razvija temeljno novi sustav i potrebno je pažljivo razraditi sva arhitektonska pitanja.
U mnogim slučajevima, kompletan dizajn sustava zahtijeva uključivanje neelektričnih komponenti i učinaka u dizajn koji se testira u jednom simulacijskom paketu.
Elementi ove razine su: procesor, memorija, kontroleri, sabirnice. Pri konstruiranju modela i simulaciji sustava ovdje se koriste metode teorije grafova, teorije skupova, teorije Markovljevih procesa, teorije čekanja, kao i logička i matematička sredstva za opisivanje funkcioniranja sustava.
U praksi se predviđa izgradnja parametrizirane arhitekture sustava i izbor optimalnih parametara za njegovu konfiguraciju. Posljedično, odgovarajući modeli moraju biti parametrizirani. Konfiguracijski parametri arhitektonskog modela određuju koje će funkcije biti implementirane u hardveru, a koje u softveru. Neke opcije konfiguracije za hardver uključuju:
broj, kapacitet i kapacitet sistemskih sabirnica;
vrijeme pristupa memoriji;
veličina predmemorije;
broj procesora, portova, registarskih blokova;
kapacitet međuspremnika za prijenos podataka.
A konfiguracijski parametri softvera uključuju, na primjer:
parametri planera;
prioritet zadataka;
interval "odvoz smeća";
najveći dopušteni CPU interval za program;
parametri podsustava za upravljanje memorijom (veličina stranice, veličina segmenta, kao i distribucija datoteka po sektorima diska;
Konfiguracijski parametri prijenosa podataka:
vrijednost intervala isteka;
veličina fragmenta;
parametri protokola za otkrivanje i ispravljanje grešaka.
Riža. 1
U interaktivnom dizajnu na razini sustava, funkcionalne specifikacije na razini sustava prvo se uvode u obliku dijagrama toka podataka, a tipovi komponenti se odabiru za implementaciju različitih funkcija (Slika 1). Glavni zadatak ovdje je razviti arhitekturu sustava koja će zadovoljiti navedene funkcionalne, brzinske i troškovne zahtjeve. Pogreške na arhitektonskoj razini mnogo su skuplje od odluka donesenih tijekom procesa fizičke implementacije.
Arhitektonski modeli su važni i odražavaju logiku ponašanja sustava i njegove vremenske značajke, što omogućuje prepoznavanje funkcionalnih problema. Imaju četiri važne karakteristike:
točno predstavljaju funkcionalnost hardverskih i softverskih komponenti koristeći apstrakcije podataka visoke razine u obliku tokova podataka;
arhitektonski modeli apstraktno predstavljaju tehnologiju implementacije u obliku vremenskih parametara. Specifična tehnologija implementacije određena je specifičnim vrijednostima ovih parametara;
arhitektonski modeli sadrže sklopove koji omogućuju mnogim funkcionalnim blokovima dijeljenje (dijeljenje) komponenti;
ti se modeli moraju parametrizirati, tipizirati i ponovno koristiti;
Modeliranje na razini sustava omogućuje programeru da procijeni alternativne dizajne sustava u smislu odnosa između njihove funkcionalnosti, performansi i cijene.
Top-down sustav alata za dizajn (ASIC Navigator, Compass Design Automation) za ASIC-ove i sustave.
Pokušaj oslobađanja inženjera od projektiranja na razini ventila.
Logic Assistant (logički pomoćnik);
Asistent dizajna;
ASIC Synthesizez (ASIC sintesajzer);
Test na temu:
Faze projektiranja elektroničkih sustava
Projektno rješenje je posredni opis projektiranog objekta, dobiven na jednoj ili drugoj hijerarhijskoj razini, kao rezultat izvođenja postupka (na odgovarajućoj razini).
Procedura projektiranja sastavni je dio procesa projektiranja. Primjeri postupaka projektiranja su sinteza funkcionalnog dijagrama projektiranog uređaja, modeliranje, verifikacija, rutiranje međuveza na tiskanoj pločici itd.
Projektiranje elektrane podijeljeno je u faze. Faza je određeni slijed postupaka projektiranja. Opći slijed faza projektiranja je sljedeći:
·crtanje tehničkih specifikacija;
·unos projekta;
· projektiranje arhitekture;
·funkcionalno i logično oblikovanje;
· projektiranje sklopova;
topološki dizajn;
·izrada prototipa;
· određivanje karakteristika uređaja.
Izrada tehničke specifikacije. Utvrđuju se zahtjevi za projektirani proizvod, njegove karakteristike i izrađuju tehnički zahtjevi za dizajn.
Unos projekta. Svaka faza projektiranja ima vlastita sredstva unosa, štoviše, mnogi sustavi alata pružaju više od jednog načina za opisivanje projekta.
Učinkoviti su grafički i tekstualni uređivači visoke razine za opise projekata modernih sustava dizajna. Takvi uređivači daju programeru mogućnost crtanja blok dijagrama velikog sustava, dodjeljivanja modela pojedinačnim blokovima i povezivanja potonjih kroz sabirnice i signalne staze. Urednici obično automatski povezuju tekstualne opise blokova i veza s odgovarajućim grafičkim slikama, čime se osigurava sveobuhvatno modeliranje sustava. To omogućava sistemskim inženjerima da ne mijenjaju svoj uobičajeni stil rada: oni i dalje mogu razmišljati, ocrtavajući dijagram toka svog projekta kao na komadu papira, dok će se u isto vrijeme unijeti i akumulirati točne informacije o sustavu.
Logičke jednadžbe ili dijagrami sklopova često se vrlo dobro koriste za opisivanje osnovne logike sučelja.
Tablice istinitosti korisne su za opisivanje dekodera ili drugih jednostavnih logičkih blokova.
Jezici za opis hardvera koji sadrže konstrukcije tipa stroja stanja obično su mnogo učinkovitiji u predstavljanju složenijih logičkih funkcionalnih blokova, kao što su kontrolni blokovi.
Projektiranje arhitekture. Predstavlja dizajn elektroničkog uređaja do razine prijenosa signala u CPU i memoriju, memoriju i upravljačku jedinicu. U ovoj fazi određuje se sastav uređaja u cjelini, određuju se njegove glavne hardverske i softverske komponente.
Oni. projektiranje cjelokupnog sustava s prikazom na visokoj razini za provjeru ispravnosti arhitektonskih rješenja obično se radi u slučajevima kada se razvija temeljno novi sustav i potrebno je pažljivo razraditi sva arhitektonska pitanja.
U mnogim slučajevima, kompletan dizajn sustava zahtijeva uključivanje neelektričnih komponenti i učinaka u dizajn koji se testira u jednom simulacijskom paketu.
Elementi ove razine su: procesor, memorija, kontroleri, sabirnice. Pri konstruiranju modela i simulaciji sustava ovdje se koriste metode teorije grafova, teorije skupova, teorije Markovljevih procesa, teorije čekanja, kao i logička i matematička sredstva za opisivanje funkcioniranja sustava.
U praksi se predviđa izgradnja parametrizirane arhitekture sustava i izbor optimalnih parametara za njegovu konfiguraciju. Posljedično, odgovarajući modeli moraju biti parametrizirani. Konfiguracijski parametri arhitektonskog modela određuju koje će funkcije biti implementirane u hardveru, a koje u softveru. Neke opcije konfiguracije za hardver uključuju:
·broj, bitni kapacitet i kapacitet sistemskih sabirnica;
vrijeme pristupa memoriji;
veličina predmemorije;
broj procesora, portova, registarskih blokova;
·kapacitet međuspremnika za prijenos podataka.
A konfiguracijski parametri softvera uključuju, na primjer:
parametri planera;
prioritet zadataka;
· interval "odvoz smeća";
·maksimalni dopušteni CPU interval za program;
·parametri podsustava za upravljanje memorijom (veličina stranice, veličina segmenta, kao i raspodjela datoteka po sektorima diska;
Konfiguracijski parametri prijenosa podataka:
·vrijednost intervala isteka;
veličina fragmenta;
·parametri protokola za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka.
Riža. 1 - Redoslijed postupaka projektiranja za fazu arhitektonskog projektiranja
U interaktivnom dizajnu na razini sustava, funkcionalne specifikacije na razini sustava prvo se uvode u obliku dijagrama toka podataka, a tipovi komponenti se odabiru za implementaciju različitih funkcija (Slika 1). Glavni zadatak ovdje je razviti arhitekturu sustava koja će zadovoljiti navedene funkcionalne, brzinske i troškovne zahtjeve. Pogreške na arhitektonskoj razini mnogo su skuplje od odluka donesenih tijekom procesa fizičke implementacije.
Arhitektonski modeli su važni i odražavaju logiku ponašanja sustava i njegove vremenske značajke, što omogućuje prepoznavanje funkcionalnih problema. Imaju četiri važne karakteristike:
Oni točno predstavljaju funkcionalnost hardverskih i softverskih komponenti koristeći apstrakcije podataka visoke razine u obliku tokova podataka.
·arhitektonski modeli apstraktno predstavljaju tehnologiju implementacije u obliku vremenskih parametara. Specifična tehnologija implementacije određena je specifičnim vrijednostima ovih parametara;
·arhitektonski modeli sadrže sklopove koji omogućuju mnogim funkcionalnim blokovima dijeljenje (dijeljenje) komponenti;
· ovi modeli moraju omogućiti parametrizaciju, tipkanje i ponovnu upotrebu;
Modeliranje na razini sustava omogućuje programeru da procijeni alternativne dizajne sustava u smislu odnosa između njihove funkcionalnosti, performansi i cijene.
Top-down sustav alata za dizajn (ASIC Navigator, Compass Design Automation) za ASIC-ove i sustave.
Pokušaj oslobađanja inženjera od projektiranja na razini ventila.
Logic Assistant (logički pomoćnik);
·Asistent dizajna;
·ASIC Synthesizez (ASIC sintesajzer);
·Asistent za testiranje;
To je jedinstveno okruženje za dizajn i analizu. Omogućuje vam stvaranje ASIC specifikacije unosom grafičkih i tekstualnih opisa vaših dizajna. Korisnici mogu opisati svoje dizajne korištenjem većine metoda unosa na visokoj razini, uključujući dijagrame toka, Booleove formule, dijagrame stanja, jezične izjave VHDL i Verilog i još mnogo toga. Softver sustava će podržati ove metode unosa kao osnovu za cijeli kasniji proces projektiranja ASIC sustava.
Opća arhitektura dizajniranog ASIC-a može se prikazati u obliku međusobno povezanih funkcionalnih blokova bez uzimanja u obzir njihove fizičke particije. Ti se blokovi zatim mogu opisati na način koji najbolje odgovara specifičnim značajkama svake funkcije. Na primjer, korisnik može opisati upravljačku logiku pomoću dijagrama stanja, aritmetičkih funkcijskih blokova pomoću dijagrama putova podataka i algoritamskih funkcija pomoću VHDL-a. Konačni opis može biti kombinacija teksta i grafike i služi kao osnova za analizu i implementaciju ASIC-a.
Podsustav Logic Assistant pretvara primljenu specifikaciju u bihevioralni VHDL kod. Ovaj se kod može obraditi korištenjem VHDL sustava za modeliranje koji je razvila treća strana. Modificiranje specifikacije na razini ponašanja omogućuje unos promjena i otklanjanje pogrešaka u početnim fazama dizajna.
Asistent dizajna
Nakon što se specifikacija provjeri, može se prikazati na ASIC uređaju. Prvo, međutim, korisnik mora odlučiti kako najbolje implementirati projekt tako visoke razine. Opis dizajna može se preslikati na jedan ili više nizova vrata ili IC-ova na temelju standardnih elemenata.
Dising Assistant pomaže korisnicima u procjeni različitih opcija kako bi se postigla optimalna implementacija. D.A. prema uputama korisnika, određuje procijenjenu veličinu čipa, moguće metode pakiranja, potrošnju energije i procijenjeni broj logičkih vrata za svaku opciju dekompozicije i za svaku vrstu ASIC-a.
Korisnik zatim može interaktivno izvršiti analizu što ako, istražiti alternativna tehnička rješenja s različitim raščlanjenim dizajnom ili rasporediti i premjestiti standardne elemente niza vrata. Na taj način korisnik može pronaći optimalan pristup koji zadovoljava zahtjeve specifikacije.
ASIC sintisajzer
Nakon što je određena opcija dizajna odabrana, njen opis ponašanja mora se pretvoriti u prikaz razine logičkih vrata. Ovaj postupak je vrlo radno intenzivan.
Na razini vrata, sljedeće se može odabrati kao strukturni elementi: logička vrata, okidači i tablice istine i logičke jednadžbe kao sredstva opisa. Kod korištenja razine registara strukturni elementi bit će: registri, zbrajači, brojači, multiplekseri, a sredstva opisa tablice istinitosti, mikrooperacijski jezici, prijelazne tablice.
Takozvani logički simulacijski modeli ili jednostavno simulacijski modeli (IM) postali su rašireni na funkcionalno-logičkoj razini. IM-ovi odražavaju samo vanjsku logiku i vremenska obilježja funkcioniranja projektiranog uređaja. Tipično, u MI, unutarnje operacije i unutarnja struktura ne bi trebale biti slične onima koje postoje u stvarnom uređaju. Ali simulirane operacije i vremenske značajke funkcioniranja, kako se promatraju izvana, u IM-u moraju biti primjerene onima koje postoje u stvarnom uređaju.
Modeli ove faze koriste se za provjeru ispravne implementacije određenih algoritama za funkcioniranje funkcionalnog ili logičkog sklopa, kao i vremenskih dijagrama uređaja, bez posebne hardverske implementacije i uzimajući u obzir značajke elementne baze.
To se radi pomoću metoda logičkog modeliranja. Logičko modeliranje znači računalnu simulaciju rada funkcionalnog sklopa u smislu premještanja informacija predstavljenih u obliku logičkih vrijednosti “0” i “1” od ulaza sklopa do njegovog izlaza. Provjera funkcioniranja logičkog sklopa uključuje i provjeru logičkih funkcija koje implementira sklop i provjeru vremenskih odnosa (prisutnost kritičnih putova, rizika od kvara i utrke signala). Glavni zadaci koji se rješavaju uz pomoć modela na ovoj razini su provjera funkcionalnih i strujnih dijagrama, analiza dijagnostičkih testova.
Dizajn strujnog kruga je proces razvoja osnovnih električnih krugova i specifikacija u skladu sa zahtjevima tehničkih specifikacija. Projektirani uređaji mogu biti: analogni (generatori, pojačala, filtri, modulatori i dr.), digitalni (razni logički sklopovi), mješoviti (analogno-digitalni).
U fazi projektiranja sklopa, elektronički uređaji su predstavljeni na razini sklopa. Elementi ove razine su aktivne i pasivne komponente: otpornik, kondenzator, induktor, tranzistori, diode itd. Tipični fragment sklopa (vrata, okidač, itd.) također se može koristiti kao element na razini sklopa. Elektronički sklop projektiranog proizvoda kombinacija je idealnih komponenti koja vrlo točno odražava strukturu i elementarni sastav projektiranog proizvoda. Pretpostavlja se da idealne komponente sklopa dopuštaju matematički opis sa zadanim parametrima i karakteristikama. Matematički model komponente elektroničkog sklopa je ODE s obzirom na varijable: struju i napon. Matematički model uređaja predstavljen je skupom algebarskih ili diferencijalnih jednadžbi koje izražavaju odnose između struja i napona u različitim komponentama kruga. Matematički modeli tipičnih fragmenata sklopova nazivaju se makromodeli.
Faza projektiranja sklopa uključuje sljedeće postupke projektiranja:
strukturna sinteza - konstrukcija nadomjesnog kruga projektiranog uređaja
·proračun statičkih karakteristika uključuje određivanje struja i napona u bilo kojem čvoru kruga; analiza strujno-naponskih karakteristika i proučavanje utjecaja parametara komponenti na njih.
·proračun dinamičkih karakteristika sastoji se od određivanja izlaznih parametara sklopa ovisno o promjenama unutarnjih i vanjskih parametara (jednovarijantna analiza), kao i procjene osjetljivosti i stupnja disperzije u odnosu na nazivne vrijednosti izlaznih parametara ovisno o ulaznim i vanjskim parametrima elektroničkog sklopa (multivarijatna analiza).
· parametarska optimizacija, koja određuje takve vrijednosti unutarnjih parametara elektroničkog sklopa koji optimiziraju izlazne parametre.
Postoje top-down (top-down) i bottom-up (bottom-up) dizajn. U dizajnu odozgo prema dolje, koraci koji koriste više razine predstavljanja uređaja izvode se prije koraka koji koriste niže hijerarhijske razine. Kod dizajna odozdo prema gore, slijed je suprotan.
Kada gledate stablo projekta, možete ukazati na dva koncepta dizajna: odozdo prema gore (bottom-up) i odozgo prema dolje (top-down). Ovdje se riječ "vrh" odnosi na korijen stabla, a riječ "dno" na lišće. S top-down dizajnom, rad može započeti već kada programer već zna samo funkcije roota - i on (ili ona) prije svega razbija root na određeni skup primitiva niže razine.
Nakon toga programer nastavlja raditi s osnovnom razinom i razbija primitive ove razine. Ovaj proces se nastavlja sve dok ne dođe do lisnih čvorova projekta. Za karakterizaciju top-down dizajna, važno je napomenuti da je particija na svakoj razini optimizirana prema jednom ili drugom objektivnom kriteriju. Ovdje podjela nije ograničena okvirom "onoga što već postoji".
Izraz "dizajn odozdo prema gore" pomalo je pogrešan naziv jer proces dizajna još uvijek počinje definiranjem korijena stabla, ali u ovom slučaju particioniranje se vrši na temelju komponenti koje su već tamo i mogu se koristiti kao primitivne ; drugim riječima, prilikom particioniranja, programer mora pretpostaviti koje će komponente biti predstavljene u lisnim čvorovima. Ovi vrlo "niži" dijelovi bit će prvi dizajnirani. Dizajn odozgo prema dolje čini se najprikladnijim pristupom, ali njegova slabost je što rezultirajuće komponente nisu "standardne", što povećava cijenu projekta. Stoga se kombinacija metoda projektiranja odozdo prema gore i odozgo prema dolje čini najracionalnijom.
Predviđa se da će velika većina elektronike i računalnih inženjera koristiti top-down metodologiju. Oni će zapravo postati inženjeri sustava, sa značajnim dijelom svog vremena provedenog na dizajnu proizvoda na razini ponašanja.
Dizajn elektroničkih sustava danas slijedi metodologiju odozdo prema gore, pri čemu je prvi korak u procesu dizajna obično unos opisa sklopa na strukturnoj razini (očito na razini IC i diskretnih komponenti). Nakon utvrđivanja strukture, uvodi se opis ponašanja ovog sustava na jednom ili drugom jeziku za opis te opreme i provodi se modulacija. U ovom slučaju, elektronički dio projekta izvodi se ručno, odnosno bez upotrebe dizajnerskih alata.
Sve veća složenost projektiranih sustava dovodi do toga da programeri praktički gube mogućnost intuitivne analize projekta, odnosno procjene kvalitete i karakteristika projektirane specifikacije sustava. A modeliranje na razini sustava korištenjem arhitektonskih modela (kao prva faza procesa projektiranja odozgo prema dolje) pruža takvu priliku.
U slučaju dizajna odozgo prema dolje, dva gore opisana koraka dizajna odozdo prema gore izvode se obrnutim redoslijedom. Dizajn odozgo prema dolje fokusira se na prikaz ponašanja sustava koji se dizajnira, a ne na njegovu fizičku ili strukturnu reprezentaciju. Naravno, krajnji rezultat top-down dizajna također je strukturni ili shematski prikaz projekta.
Poanta je da dizajn odozgo prema dolje zahtijeva arhitektonske modele sustava, a dizajn odozdo prema gore zahtijeva strukturalne modele.
Prednosti (za sve CAD sustave):
1) Metodologija projektiranja odozgo prema dolje služi kao preduvjet za paralelni dizajn: koordinirani razvoj hardverskih i softverskih podsustava.
2) Uvođenje top-down metode projektiranja je olakšano alatima za logičku sintezu. Ovi alati omogućuju transformaciju logičkih formula u opise na razini fizički implementiranih logičkih vrata.
Time:
fizička implementacija je pojednostavljena
učinkovito korištenje vremena projektiranja
·tehnološki predlošci se učinkovito koriste
Međutim, za složene dizajne s skalama od nekoliko stotina tisuća logičkih vrata, poželjno je imati mogućnost globalne optimizacije kroz modeliranje i analizu na razini sustava.
3) Metodologija projektiranja odozgo prema dolje temelji se na činjenici da se specifikacija projekta automatski kreira na temelju početnih funkcionalnih zahtjeva. Upravo su funkcionalni zahtjevi početna komponenta u projektiranju složenih sustava. Zahvaljujući tome, ovaj pristup smanjuje vjerojatnost neoperativnog sustava. U mnogim slučajevima, kvar dizajniranog sustava uzrokovan je neusklađenošću između funkcionalnih zahtjeva i specifikacija dizajna.
4) Još jedna potencijalna prednost top-down dizajna je ta što omogućuje razvoj učinkovitih testova za provjeru i validaciju dizajna, kao i test vektora za praćenje proizvedenih proizvoda.
5) Rezultati modeliranja na razini sustava mogu poslužiti kao osnova za kvantitativnu ocjenu projekta već u početnim fazama projektiranja. U kasnijim fazama potrebna je simulacija na razini logičkih vrata za provjeru i validaciju dizajna. Homogeno projektno okruženje omogućit će vam usporedbu rezultata simulacije dobivenih u prvoj i sljedećim fazama projektiranja.
Slični sažeci:
Polazni podaci, opća struktura i glavne faze projektiranja sustava tehničkog vida. Razmatranje funkcija i njihova implementacija na temelju mikroprocesora s jednim čipom KR1810. Razvoj hardvera i proračun vremena izvođenja programa.
Karakteristike CAD aplikacijskih paketa. Proučavanje značajki rada SCADA sustava, koji mogu značajno ubrzati proces izrade vrhunskog softvera. Analiza skupa alata za prikupljanje podataka i kontrolu aplikacija Genie.
Proučavanje tehničkih karakteristika i sastava elementne baze suvremenog računala. Razvoj razdjelnika satova. Sinteza mogućnosti implementacije čvorova na razini funkcionalnih dijagrama korištenjem formalnih i heurističkih tehnika projektiranja.
Analiza mogućnosti implementacije kombinacijskih sklopova za različite vrste programabilnih logičkih integriranih sklopova (FPGA). Mogućnosti programskih paketa Decomposer i WebPACK ISE. Opis zbrajala u VHDL-u, njegova sinteza pomoću paketa Decomposer.
Tipični dijagram procesa računalno potpomognutog projektiranja elektroničkih distribucijskih sustava. Klasifikacija projektnih problema koji se rješavaju tijekom procesa projektiranja OIE. CAD struktura, matematička podrška, jezična podrška. Dijaloški jezici, njihove vrste i vrste.
Projektiranje suvremenih elektroničkih sredstava i karakteristike postojećih metoda njihova projektiranja. Državni standardi za izradu projektne dokumentacije, njihovo evidentiranje i čuvanje u zavodu za tehničku dokumentaciju. Vrste medija za pohranu.
Metode i faze projektiranja elektroničke opreme. Uloga programskog jezika u sustavima za projektiranje potpomognutim računalom. Kratak opis računala koja se koriste u rješavanju problema automatizacije projektiranja elektroničke opreme.
Dizajn uređaja koji obavlja funkciju osmobitnog sinkronog reverzibilnog posmačnog registra i sinkronog reverzibilnog kruga za skaliranje. Projektiranje i proračun okidačkog uređaja. Sinteza strukture projektiranog uređaja.
Proučavanje temeljnih principa izgradnje baza podataka - imenovane zbirke podataka koja odražava stanje objekata i njihovih odnosa u predmetnom području koje se razmatra. Sustav za upravljanje bazom podataka. Koncepti njihove konstrukcije i faze projektiranja.
Programski alati za projektiranje radiotehničkih uređaja. Osnovne tehničke mogućnosti Microsoft Worda. Usporedne karakteristike programa za matematičke proračune. Programi za modeliranje procesa u radioelektroničkim sklopovima.
Načela projektiranja kompleksa tehničkih sredstava automatiziranih sustava upravljanja. Zahtjevi za specijalizirane uređaje i troškovi njihove implementacije. Uređaji za kodiranje grafičkih informacija. Ploteri i semafori.
Bit metodologije projektiranja sklopova bistabila, stupnjevi apstraktne i strukturne sinteze. Karakteristična tablica funkcija pobude RS flip-flopa, dizajn PCB. P-CAD sustav i uvjetno grafičko označavanje elemenata.
Razvoj računalnih komunikacija. Zahtjevi za ekonomske informacije. Značajke informacijskih procesa u poduzećima. Problemi uvođenja informacijskih tehnologija u humanitarnu sferu. Metodologija informativnog istraživanja poduzeća.
Algoritamske metode naširoko se koriste za mjerenje i izračunavanje parametara matematičkih modela radijskih komponenti u sustavima za računalno potpomognuto projektiranje elektroničkih sklopova. Za njihovo projektiranje koriste se elektronička računala.
Optimizacija upravljanja u različitim sferama ljudske djelatnosti. Klasifikacija automatiziranih sustava za upravljanje informacijama. Metode projektiranja i faze razvoja. Blok dijagram, kapacitet memorije, oprema za ispis i prikaz informacija.