книги / Автоматизация конструкторского проектирования в радиоэлектронике и вычислительной технике. Автоматизация конструкторского проектирования вычислительной техники

Актуальными являются вопросы разработки и внедрения алгоритмов и программ, обеспечивающих интерактивное взаи­ модействие человека и ЭВМ в комплексной САПР на базе ЭВМ высокой производительности с современной алгоритмической и информационной базой. Эти вопросы рассмотрены недостаточно и требуют дальнейших исследований, а их решение представля­ ет практический и теоретический интерес.

Методологическую основу применения интерактивного ме­ тода проектирования составляет определение тех логических законченных этапов проектирования, которые контролирует че­ ловек (анализ ситуации и принятие решения).

Лингвистическую основу применения интерактивного мето­ да проектирования в комплексной САПР составляет оператив­ ное проблемно-ориентированное взаимодействие автоматических процедур и пользователя на основе взаимного дополнения. Це­ лью такого взаимодействия является получение локально-опти­ мального решения задачи проектирования топологии печатного монтажа. Лингвистическое обеспечение включает в себя сред­ ства управления системой на различных уровнях интерактивно­ го взаимодействия. Использование автоматических процедур в режиме интерактивного взаимодействия определяет некоторые требования к их быстродействию. Анализ существующих алго­ ритмов трассировки монтажа показал, что в зависимости от профессиональных навыков.пользователей и назначения печат­ ной платы (серийное или опытное производство), целесообраз­ но применять эвристические алгоритмы или алгоритмы поиска пути в лабиринте. Эвристические алгоритмы (типа зондирую­ щих линий линейного распространения) обеспечивают приемле­ мое время трассировки для интерактивного режима проектиро­ вания, обладают функциональными характеристиками, удовлет­ воряющими требованиям, их применения в режиме интерактив­ ного взаимодействия (разведенных трасс до 70 -90% ). Алго­ ритмы поиска пути в лабиринте выполняют большой объем вы­ числений, поэтому выполнение программ (реализующих данный алгоритм) занимает много времени. Предельно допустимое вре­

выполнения (частичный вывод результатов по мере их получе­ ния).

Использование алгоритмической и информационной базы

111

комплексной САПР, как основы для создания алгоритмов и программ графического взаимодействия, способствует расши­ рению возможностей САПР, сохраняя высокое быстродействие автоматических проектных решений.

Таким образом, комплексная САПР позволяет проектиро­ вать крупногабаритные, технологически и конструктивно неод­ нородные печатные платы, пригодные для серийного производ­ ства.

Язык J3за имодейств ия_ £бшие_

Большинство современных интерактивных систем ориенти­ рованы на конкретную область применения и учитывают общие психофизические характеристики пользователей (скорость вво­ да информации, время оценки ситуации, принятия решений и т.ц.);

Интерактивный режим позволяет распределять функции меж­ ду пользовгтелем и ЭВМ, передавая машине функции нетворче­ ских и рутинных операций, требующих больших затрат времени при их выполнении человеком. Пользователю интерактивной си­ стемы предоставляются сложные эвристические операции, тре­ бующие опыта и творческого подхода (оценка ситуации, выбор вариантов, принятие решений). Основу рационального распреде­ ления функций и организации интерактивного режима работы системы составляет язык взаимодействия "человек-машина*.

В процессе работы обмен информацией между пользователем и интерактивной системой осуществляется следующим образом: от системы к пользователю (вывод графической и текстовой информации на дисплей) и от пользователя к системе (клавиа­ турные команды, команды описательного типа,, движущийся мар­ кер или световое перо). Контроль введенной информации выпол­ няется при помощи специальных автоматических процедур про­ верки действий человека и процедур целостности проекта, и/или путем вывода на дисплей принятых или отвергнутых ко­ манд. Так как скорость обработки информаций на ЭВМ выше, чем у человека (процесс обработки информации человеком вклю­ чает в себя следующие этапы: восприятие, осмысленvie и запо­ минание, анализ ситуации, принятие решений [ 7 ] ) , поэтому не-: обходимо, чтобы интэрактивная система выводила крупные бло­ ки информации для ее оценки человеком.

Языку взаимодействия "человек-машина* предъявляются

1 1 2

опреаеленные требования. Одним из основных требований яв­ ляется темп взаимодействия. Таким образом, время реакции системы на действия пользователя является важнейшей харак­ теристикой интерактивной системы. Команды пользователя подразделяются на следующие уровни: лексические, синтакси­ ческие и семантические. Команды этих уровней рассмотрены

В[4 ].

Вязыке команд необходимо предусмотреть возможность прерывания выполнения автоматической процедуры в любой мо­ мент времени (например, при обнаружении ошибки). Кроме то­ го, в системе необходимо организовать систему подсказок для

пользователя (обучение человека), а также предусмотреть важ­ ность обхода таких подсказок для опытных пользователей. Язык должен быть естественным для человека, т.е. интерактивная система должна приспосабливаться к человеку. С этой точки зрения язык взаимодействия должен быть эффективным, пол­ ным и естественным по св?ей грамматике. Под эффективностью языка понимается точность передачи информации пользователя. Полнота языка понимается, как возможность передачи всех действий, необходимых для взаимодействия. Естественность, грамматики языка обеспечивает минимум ограничений и про­ стоту при ее освоении.

Язык взаимодействия по своему назначению может быть универсальным или ориентированным на определенный класс прикладных задач. Универсальные языки - более сложные, и адаптация их проходит труднее. При использовании языков, предназначенных для конкретной сферы приложения, действия пользователя максимально облегчаются, так как он выполняет свои привычные функции.

Узкоспециализированный язык позволяет включать интер­ активные методы в процесс решения прикладных задач опреде­ ленной сферы (проектирование печатных плат, БИС и ар.),для которой предназначена САПР. Такой язык взаимодействия, ориентированный на проектирование печатных плат и удовлет­ воряющий вышеуказанным требовани$1М, рассмотрен в работах [5 , 6).

Ли т е р а т у р а

1.ЕЛШИН Ю.М. Автоматизированные рабочие места при проектировании РЭА. - М., Радио и Связь, 1983 .

1 1 3

2. БАХТИН Б.И. Автоматизация в проектировании и про­ изводстве печатных плат радиоэлектронной аппаратуры. - Л., Энергия, 1979 .

3. СОКОЛОВ В.А., ФИРДМАН М.Г., ШЕИН П.Д. Состоя­ ние и перспективы развития систем автоматизированного про­ ектирования двусторонних печатных плат. - Изв. АН ССС*3.

Техническая кибернетика, 1982, № 2.

4. ФОЛИ Д.У. Искусство организации естественного.гра­ фического диалога человек-машина. - ТИИЭР (пер. с англ.), 1 9 7 4 , N° 4.

5. ЖИЛЯВИЧЮС В.А., САКАЛАУС'КАС А.Ю. Язык команд интерактивной САПР. - В кн.: Вычислительная техника: Тези­ сы докладов республиканской конференции 1982 г. Автомати­ зированное техническое проектирование электронной аппарату­ ры. Каунас, 1982.

6. САКАЛАУСКАС А.Ю. Интерактивное проектирование пе­ чатных плат, - В межвуз,, сб.: Автоматизация конструкторско­ го проектирования в радиоэлектронике и вычислительной техни­ ке. Том 3, Автоматизация технического проектирования элект­ ронной аппаратуры. Вильнюс, 1983.

УДК 6 8 1 .3 2 6 .5 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ С БИС

А.Э. Т а р г а м а д э е , Э.В. Б а р е й ш а

В задачах логического и технического проектирования важ­ ное место занимает логическое моделирование. Известен ряд методов, дающих приемлемые результаты для схем с интег­ ральными схемами (ИС) к средними ИС. Однако с вэзрастани-

J.14

ем схем, а также с усложнением элементной базы, примене­ ние данных методов вызывает трудности. Имеется в виду появ­ ление ''нетипичных" ситуаций, непредвиденных алгоритмами. Например, тристабильные состояния логических элементов (ЛЭ), двунаправленные шины и т,д. В настоящее время открытым остается вопрос повышения адеквачкости моделирования таких схем.

Целью настоящей работы является рассмотрение возмож­ ностей моделирования логических схем с большими ИС (БИС). Алгоритмы моделирования будем рассматривать в двух аспек­ тах: разработка модели ЛЭ, имитирующей его функционирова­ ние, и организация процесса моделирования в схеме на основе разработанной модели. Процесс моделирования схемы зависит от используемого алгоритма моделирования и мало чувствите­ лен к сложности ЛЭ. Поэтому основное внимание обратим на разработку моделей ЛЭ. Вопросы моделирования схемы в це­ лом будут затронуты по мере необходимости обеспечения пра­ вильного моделирования ЛЭ, а также при рассмотрении струк­ тур схемы, обусловленных появлением БИС.

Большинство используемых ЛЭ являются синхронизирован­ ными. Синхронизацию можно учитывать при любом алфавите моделирования используя принцип "зпшелки". В модели ЛЭ вы­ деляется дополнительная фиктивная точка для хранения старо­ го значения сигнала входа синхронизации. С каждым обраще­ нием-к модели ЛЭ в данную точку переписывается текущее значение сннхровхода. Если старое и новое значения сигналов синхрэвхоца образуют синхронизирующий переход, то модель выполняет необходимую операцию.

При данном способе имитации синхросигнала существен­ ное значение имеет порядок моделирования ЛЭ. Например, на входы D и С J> -триггера могут прийти изменения, что сви­ детельствует о неизвестном состоянии триггера после сраба­ тывания (неизвестно, который сигиал приходит раньше). Поря­ док моделирования ЛЭ может быть выбран такой, что вначале придет синхросигнал, тогда 2> -триггер сработает при ста­ ром значении входа 2?; что не соответствует истине. Недо­ статком является тэт факт, что изменения сигналов на входах ЛЭ не накапливаются, а гасятся после каждого моделирования элемента. Это в ряде случаев не позволяет обнаружить воз­ можных состязаний сигналов.

1 1 5

Возможен и другой способ учета синхронизации, основан­ ный на дополнительных сигналах, отображающих фронты пере­ ходов. В дальнейшем символом £ будем обозначать передний фронт (J~) а символом И - задний фронту1 ) переходов.Дополнительные сигналы позволяют легко проверять наличие синх­ ронизирующего перехода. Обычный пятизначный алгоритм моде­ лирования позволяет 'накапливать* на входах ЛЭ фронты и во. всех случаях обнаруживать состязания сигналов. Однако пяти­ значный алгоритм довольно чувствителен к состязаниям сигна­ лов и обнаруживает их там, где На самом деле они отсутству­ ют. Для адекватного моделирования аналогичных ситуаций при­ ходится проводить дополнительный анализ схемы, что замедля­ ет работу алгоритма [ I ] . Усложняется модель ЛЭ, т.к. необ­ ходимо учитывать возможность появления сигналов £ и Ц как на входах элемента, так и их выдачу на выходы. Также пяти­ значный алгоритм трудно реализуем в случае параллельного моделирования.

Перспективной является комбинация нескольких алгорит­ мов моделирования. Схема может моделироваться на пятизнач­ ном алфавите. Модели сложных ЛЭ могут составляться исполь­

О соответственно. После моделирования ЛЭ на его выходах пятизначный алфавит может быть восстановлен путем анализа старого и нового сигналов.

Заметим, что тот же результат, что получается в случае 'защелки*, можно получить и при пятизначном моделировании гася сигналы £ и И на входах ЛЭ после моделирования в 1 и О.

Развитие микроэлектроники привело к появлению ЛЭ с тристабильными со^ гояниями. Имеется в виду возможность отклю­ чить выход ЛЭ. Данная ситуация обычно отображается допол­ нительным сигналом Г шестизначного алфавита (0i iJх , £ t Ht Tj^ Однако, как уже отмечалось раньше, учет в моделях ЛЭ до­ полнительных сигналов сильно увеличивает их объем. К тому же не подключенные входы ЛЭ обычно воспринимаются как имеющие постоянный сигнал 1 либо О. Поэтому рекомендует­ ся гасить на входах ЛЭ сигнал /* в сигнал I либо О, в за­ висимости от того, какое значение сигнала принимает непод­ ключенный вход.

1 1 6

В схемах с БИС’ами распространились структуры с шина­ ми, когда выходы нескольких ЛЭ объединяются одним соеди­ нением, Обычно на шину работает один ЛЭ, выходы других ЛЭ отключены. Определить значения сигнала в шине нельзя до тех пор, пока не смоделированы все ЛЭ, работающие на шину. Си­ туации, когда на шину работают несколько выходов, либо все

ные выходы образуют монтажную функцию И, вычисляемую про­ граммно, Если все выходы отключены, шине присваивается сиг­ нал Г*

Появление ЛЭ с выводами двунаправленного действия ус­ ложнило моделирование шин. Алгоритм вычисления результиру­ ющего сигнала в шине должен учитывать режим работы каждо­ го вывода, не рассматривая выводов; работающих в данный мо­ мент времени как входы,

ЛЭ с двунаправленным выводом обычно моделируется пу-

. тем расчленения данного вывода на 2 фиктивных вывода - вход и выход, объединенные одним внешним соединением [2 ] . Когда двунаправленный вывод работает как выход, то в моде­ ли значение фиктивного входа игнорируется, а фиктивный вы­ вод выдает сигнал. Когда двунаправленный вывод работает как вход, то фиктивному выходу присваивается сигнал Г, а модель воспринимает сигнал фиктивного входа.

Заметим, что если шина с двунаправленными выводами вы­ ходит на разъем, то он тоже рассматривается как двунаправ­ ленный вывод. Если все ЛЭ шины работают как входы, то кон­ такт разъема становится выходом схемы и определяет сигнал в шине. Если же хотя бы один ЛЭ шины работает как выход, то контакт разъема становится выходом схемы.

схемы принимают следующие сигналы: вК-О^Уд-0j 8 X1a0,У8 1* t

1 1 7

да может быть предусмотрен разработчиком схемы. Указывать режим работы контакту разьема можно лиш£ в

том случае, когда к нему подключена двунаправленная шина. В остальных ситуациях это может быть неправильно. Напри­

Дублирование выводов двунаправленного действия не всег-

,да удобно и приводит к увеличению модели. Возможен другой подход, когда модель ЛЭ помимо вектора сигналов выводов выдает дополнительно вектор признаков входов-выходов. При вычислении результирующего сигнала в шине сигнал с призна­ ком входа просто не рассматривается. Заметим, что один спо­ соб составления модели не исключает другого способа и воз­ можна их комбинация.

Использование вектора входов-выходов позволяет правиль­ но моделировать более широкий класс ситуаций. Рассмотрим в качестве примера подсхему, приведенную на рис, 3. Предполо­ жим, что входами А, В выводы Л ъ у скоммутированы соот-

1 1 9

ветс-т'венно с выводами ХО и в е х э ц С разрешает переда­ чу информации между ними. ЛЭ КП1 работает как коммутируе­ мое реле. Направление передачи информации определяется из способа включения ЛЭ в схему, В данном случае X является выходом ЛЭ и сигнал из ХО передается в / , а У является входом ЛЭ и сигнал передается из У в УО* Модели ЛЭ не­ обходимо сообщить, в каком направлении должен передаваться сигнал.

Правильномоделировать рассмотренные ситуации можно следующим образом, В качестве исходных данных модели ЛЭ предоставляются два вектора: вектор С сигналов выводов ЛЭ и вектор ВВ предполагаемых входов-выходов. Вектор ВВ со­ ставляется исходя на способа включения ЛЭ в схему. В вектЭ' ре С сигналы Т заменены сигналами, которые принимают не­ подключенные выводы.

11Ш-