САПР и объекты проектирования в промышленности.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Таганрогский технологический институт

Федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Приоритетный национальный проект «Образование» (2006-2007 г.г.)

 

В.В. Марков

Промышленные САПР

Учебное пособие

 

Таганрог

УДК 681.324.(075.8)

 

Марков В.В. Промышленные САПР: Учебное пособие. – Таганрог, Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. – 107 с.

 

Учебное пособие содержит лекционные материалы дисциплины «Промышленные САПР». Приведены цели и задачи дисциплины, даны основные понятия и сведения о системах автоматизированного проектирования, используемых в электронной промышленности. Изучаются типовые маршруты проектирования базовых объектов проектирования и возможности использования промышленных САПР для их реализации. Дана методика оценки эффективности систем проектирования и рекомендации по их выбору для нужд конкретного предприятия.

Пособие является теоретической поддержкой электронного образовательного ресурса по курсу «Промышленные САПР», разработанного в рамках проекта «Инновационные образовательные технологии».

Для студентов специальности 230104 – «Системы автоматизированного проектирования», а также может быть полезна студентам других специальностей, изучающих курсы, связанные с проблемами автоматизации проектирования электронно-вычислительной аппаратуры.

 

Табл.: 2; илл.: 12; библиогр.: 10 назв.

 

Печатается в рамках аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006 – 2008 гг.), гранты РНП.2.1.2.3193 и РНП.2.1.2.2238 и Приоритетного национального проекта «Образование» (2006 – 2007 гг.).

 

Рецензенты:

Кафедра прикладной математики и вычислительной техники Ростовской-на-Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения (заведующий кафедрой – профессор, д.т.н., Ю.О. Чернышев).

Н.И.Витиска – профессор, д.т.н., первый проректор Таганрогского государственного педагогического института

 

© Марков В.В., 2007

ISBN 978-5-8327-0256-8

© Технологический институт ЮФУ, 2007

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 5

1. САПР и объекты проектирования в
промышленности. 7

1.1 Классификация САПР. 7

1.2 Понятие «промышленной» САПР. 13

1.3 Основные объекты проектирования и производства
в электронной промышленности. 14

2. Промышленные системы автоматизированного проектирования электронных систем и устройств.. 18

2.1 САПР программируемых логических интегральных схем.. 18

2.1.1 Обобщенная технология проектирования ПЛИС.. 18

2.1.2 САПР производителей (вендоров) ПЛИС.. 20

2.1.2.1 САПР фирмы Actel Сo. 21

2.1.2.2 САПР фирмы ALTERA.. 24

2.1.2.3 САПР фирмы ATMEL. 27

2.1.2.4 САПР фирмы MINC Inc. 28

2.1.2.5 САПР фирмы Xilinx. 30

2.1.3 Универсальные САПР, поддерживающие проектирование
ПЛИС.. 35

2.1.3.1 САПР Synopsys. 35

2.1.3.2 САПР Cadence. 47

2.1.3.3 САПР Mentor Graphics. 49

2.2 Подсистемы САПР, решающие отдельные задачи проектирования. 51

2.2.1 Spice-подобные схемные симуляторы.. 52

2.2.2 Пакеты решения отдельных задач конструктор- ского проектирования 58

2.3 САПР цифро-аналоговой и смешанной аппаратуры.. 62

2.3.1 САПР Mentor Graphics. 63

2.3.2 САПР фирмы ACCEL Technologies (ACCEL EDA) 67

2.3.3 САПР P-CAD.. 68

2.3.4 САПР CADSTAR (ZUKEN Ltd.) 74

2.3.5 Advanced CAM Technologies (ACT) 77

3. Оценка эффективности и выбор САПР. 78

3.1 Составляющие эффективности САПР. 78

3.2 Методика расчета неэкономических показателей. 80

3.3 Экономические показатели эффективности САПР. 83

3.4 Организация проведения расчетов по экономической
эффективности. 84

3.5 Методы расчета экономической эффективности САПР. 86

ЛИТЕРАТУРА.. 90

ВВЕДЕНИЕ

 

Бурный прогресс в электронике, обеспечивающей элементную базу современных вычислительных систем, обуславливает высокие темпы развития вычислительной техники, возможность совершенствования
ее архитектуры. Современные нанотехнологии позволяют создавать СБИС с десятками и сотнями миллионов транзисторов на кристалле. Среди них микропроцессоры зарубежных компаний Intel, AMD, Cyrix, Motorola, DEC, Sun и др.; микросхемы динамической памяти фирм-производителей Hitachi, Hyundai, Samsung, OKI, Toshiba, Micron и др.; микросхемы со сложными программируемыми и перепрограммируемыми структурами, разрабатываемые усилиями многих фирм, среди которых ведущими являются Xilinx, Altera, Actel и некоторые другие. В отличие от зарубежной, отечественная элементная база компьютеров, начиная с 80-х годов прошлого века, существенно отстает и не может обеспечить создание конкурентоспособной вычислительной техники.

Очевидно, что, ввиду сложности разрабатываемых электронных узлов и конструкций, актуальной задачей является по возможности более полная автоматизация трудоемких процессов, встречающихся при проектировании конструкций. Многообразие изделий и методологий проектирования
изделий электронной техники в свою очередь породило большое число отличных друг от друга САПР. Исторически САПР складывались как средство автоматизации оформления графической и текстовой части документации. Эта тенденция легко прослеживается и сейчас. Программное обеспечение САПР представляет собой, как правило, специализированный профессиональный графический редактор, снабженный соответствующими инструментами проектирования и инженерных расчетов. Очень важно в этом смысле отметить разницу между системой проектирования и графическим редактором. Говоря о «соответствующих» программных инструментах, мы будем иметь в виду выраженную в той или иной степени направленность используемых в конкретной САПР программных продуктов на решение определенных проектных задач, каждая из которых обладает своей спецификой и характеристиками. Отсюда большое разнообразие систем автоматизированного проектирования на каждой из стадий создания объекта. Поэтому знакомство с «квалификационными» признаками современных САПР представляет и практический интерес в том числе. Не меньший интерес представляют и вопросы выбора наиболее эффективной системы для решения задач конкретного промышленного предприятия. Решение проблемы в данном случае достигается не только на основании назначения и возможностей той или иной САПР, но и с привлечением методик оценки эффективности существующих систем проектирования. Обсуждению перечисленных выше вопросов и посвящен лекционный курс дисциплины «Промышленные САПР».

Дисциплина «Промышленные САПР» является важной составляющей программы подготовки специалистов по специальности 230104 – САПР. Программа дисциплины предусматривает знакомство с современными средствами автоматизированного проектирования, помогает развивать творческое мышление, расширяет кругозор, усиливает успешную социализацию студентов. В рамках освоения дисциплины будущие специалисты приобретают практические навыки работы в среде современных САПР. Развивающий аспект обучения по дисциплине предполагает формирование и развитие логического мышления (анализа, синтеза, сравнения, умозаключения), мотивационной сферы, умения работать в команде, таких черт характера, как трудолюбие, воля, целеустремленность, активность, умение учиться. В результате изучения дисциплины студент должен знать основные принципы организации современных САПР и формирования технологий процессов проектирования, иметь навыки работы в среде промышленных систем проектирования.

Классификация САПР

Разработка и создание эффективных САПР на фоне большого количества существующих систем уже несколько десятилетий назад привели к созданию классификаторов САПР. В частности, в СССР с 1985 г. действовал ГОСТ 23501.108 – 85, устанавливавший классификационные признаки и обозначение САПР, использовавшихся в различных отраслях промышленности. ГОСТ опирался на фасетный метод классификации и включал 8 классификационных признаков (т.е. объектов классификации).

На сегодняшний день существует целый ряд других классификаторов, определяющих существенные отличительные параметры САПР. Так, например, существует классификационная структура, согласно которой САПР можно подразделять:

· по назначению систем (САПР изделий микроэлектроники, электротехнические, строительно-архитектурные, машиностроительные САПР и т.д.);

· по способу организации информационных потоков (автоматизированные рабочие места, локальные сети на базе объединения нескольких рабочих станций, распределенные и интегрированные многоуровневые системы);

· по специализации программных средств (узкоспециализированные утилиты и программные пакеты, специализированные, комплексные и универсальные системы);

· по способу организации внутренней структуры САПР (закрытые системы, масштабируемые модульные системы, формируемые вокруг базового ядра);

· по возможности функционального расширения системы пользователем (закрытые системы, системы с настраиваемой системой интерфейса пользователем, системы с пакетной обработкой команд, системы со встроенным макроязыком и библиотекой функций, системы с возможностью подключения внешних модулей, инструменты разработчика САПР);

· по возможности обмена информацией (замкнутые системы, системы со стандартными средствами обмена информацией, системы с текстовыми файлами обмена информацией);

· по способу организации диалога системы с пользователем (с помощью командной строки, с помощью системы иерархических меню и диалоговых окон с контекстно-зависимой помощью, с помощью объектно-ориентированного интерфейса и мультимедийной системы помощи);

· по методам моделирования функций создаваемых изделий (без специальных методов, проверочные расчеты с использованием метода конечных элементов, специализированные подсистемы моделирования);

· по способу создания прототипов элементов (неизменяемые готовые блоки, программно формируемые элементы, параметрически задаваемые элементы, адаптивно изменяемые элементы, комбинационно изменяемые элементы).

· по используемым средствам вычислительной техники (персональные компьютеры на базе процессоров Intel Pentium, рабочие станции на базе архитектур RISC, SPARC, MIPS, PowerPC, Pentium Pro и т.д.);

· по способу объединения технических средств (автономные рабочие станции, локальная сеть с выделенным сервером, многотерминальные ЭВМ);

 

Возможно использование более упрощенной классификации САПР, базирующейся всего на четырёх классификационных признаках:

1) по уровню формализации решаемых задач:

- системы, построенные на полностью формализуемых методах решения проектных задач;

- системы, связанные с решением задач, не поддающихся полной формализации;

- системы, нацеленные на решение неформализуемых задач;

2) по функциональному назначению можно выделить системы:

- расчетно-оптимизационные;

- графические;

- графоаналитические;

- автоматизированного проектирования конструкций;

- подготовки технической документации;

- обработки результатов экспериментальных исследований;

- информационные;

- технологической подготовки программ для станков с ЧПУ;

3) по специализации системы проектирования могут быть подразделены на системы:

- специализированные;

- инвариантные;

4) по технической организации можно выделить:

- системы с центральным процессорным управлением;

- комплектуемые автоматизированными рабочими местами конструктора (АРМ) с собственными вычислительными ресурсами.

 

Наибольшую известность у нас в стране и за рубежом получили системы автоматизированного проектирования, которые, в отличие от автоматических, способны осуществлять процесс проектирования при решении задач, не поддающихся полной формализации. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем проектировщика, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается формализации, т.е. активно используется профессиональный уровень проектировщика в том случае, когда оценка проектных решений не имеет количественного выражения.Системы автоматизированного проектированиястроятся, как правило, на дифференциальной основе, когда проектирование крупных узлов изделия осуществляется подсистемами проектирования – составными структурными частями САПР, которые по своим свойствам и функциям могут рассматриваться как отдельные системы. Можно различать подсистемы на уровне формализации решаемых задач и на уровне автоматизации проектирования.

Подсистемы на уровне формализации решаемых задач – это отдельные единицы, основные функции которых – автоматизация отдельных участков наиболее трудоемких процессов проектирования, т. е. ввода и вывода информации, изготовления документации и т. д. Подсистемы на уровне автоматизации проектирования – это сложные комплексы проектирования, направленные на автоматизацию проектирования отдельных узлов сложных изделий. Говоря об уровнях проектирования, нужно отметить, что в данном случае возможно их выделение по степени подробности, с которой отражаются свойства проектируемой системы, а также по характеру учитываемых свойств создаваемого объекта. В первом случае мы имеем дело с горизонтальными, а во втором – с вертикальными уровнями проектирования. Для горизонтальных уровней проектирования, обусловленных блочно-иерархическим подходом к проектированию, характерно следующее:

- при переходе с основного уровня K₁ описания системы S на более низкий уровень К₂ происходит переход к рассмотрению любого из блоков S_j, на которые может быть разбита исходная система;

- рассмотрение каждого из блоков S_j на уровне К₂ дается с большей степенью детализации, чем на уровне K₁. При этом сложность задач проектирования системы S на уровне K₁ и блока S_j на уровне К₂ примерно одинакова именно вследствие разной степени детализации описания;

- на каждом иерархическом уровне используется свое понятие системы и элемента. При этом если на высшем уровне некоторый блок считался элементом системы, то на следующем, низшем, уровне этот же элемент уже сам выступает как система по отношению к своим составляющим.

Под вертикальными уровнями проектирования понимают разбиение процесса проектирования в соответствии с решаемыми задачами. Таким образом, выделяются системное, схемотехническое, функционально-логическое, конструкторское и технологическое проектирование. При проектировании ЭВА возможно также выделение подуровня алгоритмического проектирования, связанного с разработкой алгоритмов функционирования ЭВМ и ВС.

Естественно, что каждая подсистема САПР может создаваться как отдельный элемент процесса проектирования. В дальнейшем с увеличением количества подсистем и ростом их качества при наличии достаточной базы типовых структур становится возможным объединение их в рамках систем автоматизированного проектирования. Очевидно, что такие САПР обладают программным обеспечением различного уровня, в том числе активными графическими системами, и обеспечивают глубину проработки проектируемого изделия от его описания до полных чертежей основных узлов. Проблема проектирования в целом может быть описана процессом формирования функциональных элементов объекта и может быть представлена в виде структурно-функционального графа. В таком аспекте проектирование объекта состоит из решения идентичных задач, которые в САПР классифицируются как проектные операции.

ü проектная операция есть действие или формализованная совокупность действий, составляющих часть некоторой проектной процедуры. При этом алгоритм реализации проектной операции может оставаться неизменным для ряда проектных процедур, куда включена данная проектная операция;

ü проектная процедура представляет собой формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается получением проектного решения. Возможен случай, когда алгоритм реализации проектной процедуры остается неизменным при проектировании различных объектов или для различных стадий проектирования. Тогда такую проектную процедуру называют унифицированной.

С другой стороны, пожалуй, самая многочисленная на сегодняшний день группа систем проектирования- расчетно-оптимизационные САПР. Основой таких САПР служат пакеты управляющих и прикладных программ, объединяемых графическим интерфейсом.

Достаточно часто сегодня можно встретить применение графических и графоаналитических средств проектирования. В плане работы с такой системой графоаналитическая САПР служит контролёром правильности действий конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Как показывает опыт эксплуатации таких систем, в большинстве случаев за 8-10 итераций, выполненных проектировщиком в интерактивном режиме, прорабатываются основные конструкторские решения. В заключение отметим, что графоаналитические САПР в основном ориентированы на проектирование небольших узлов и деталей.

Близкими к описанной выше разновидностями САПР являются графические системы, предназначенные для непосредственного вычерчивания на экране различных узлов и деталей конструкций. Графические системы особенно необходимы на стадии технического проектирования, когда выполняется значительный объем чертежных работ и требуется большое количество чертежно-графической документации. Задачи графических систем состоят в том, чтобы облегчить и ускорить доработку конструкций, уменьшить вероятность появления технических ошибок.

Системы подготовки технической документации обеспечивают автоматизированный выпуск рабочих чертежей деталей или конструкций. Они позволяют воспроизвести формы детали по одной ее проекции или разрезу на сборочном чертеже, определить все размеры с допусками на изготовление и техническими условиями. Однако количество таких систем в общей массе САПР пока незначительно, и проблема массового выпуска рабочих чертежей пока не решена.

Еще одно бурно развивающееся направление САПР намечается в области обработки результатов экспериментальных исследований. Это обусловлено, с одной стороны, возросшим числом экспериментальных исследований новой техники, с другой стороны – появлением программно-экспериментальных комплексов, позволяющих осуществлять автоматизацию экспериментальных исследований. В связи с этим на крупных предприятиях организуются замкнутые системы получения, обработки и передачи экспериментальной информации на вход других подсистем САПР; при этом образуется эффективная система проектирования изделия, что, в свою очередь, позволяет производить оценку тех аналитических или численных методов, которые были заложены в основе других подсистем, и дает толчок к совершенствованию последних.

Специфическую группу САПР составляют системы технологической подготовки программ для станков с ЧПУ. Сегодня это направление во многом определяет эффект, который дает автоматизация проектирования. Необходимость разработки, внедрения и эксплуатации таких систем обоснована требованиями к эффективному включению САПР в процесс производства проектируемых изделий.

Информационные источники, использованные при подготовке раздела: [1],[2].

Понятие «промышленной» САПР

Рассмотренные выше классификаторы САПР позволяют сделать вывод о том, какой же должна быть эффективная система проектирования. Идеальная САПР должна отвечать следующим требованиям: обеспечивать максимальную производительность; иметь более высокие технические показатели САПР по сравнению с показателями на других предприятиях; иметь четкую формализацию представления проекта на всех этапах его прохождения; наилучшие технические средства, быстродействие центрального процессора, емкость дисковой памяти, наличие необходимой периферии; иметь простые языки общения с САПР, оптимальное соотношение специалистов различного профиля, совершенный аппарат спецификации проекта, достаточное число терминалов и рабочих станций; иметь локальные и глобальные сети ЭВМ, связь автоматизированного проектирования с автоматизированным производством. Система должна быть открытой к новациям и быть гибкой по отношению к новым техническим средствам и новым методологиям проектирования

Все сказанное выше можно отнести к любой системе автоматизированного проектирования. Однако следует упомянуть, что в западных промышленно развитых странах понятие «система автоматизированного проектирования» (Computer Aided Design System) в «чистом» виде сейчас практически не употребляется. Используемые системы решают комплексные задачи обеспечения проектирования не только собственно объекта, но и проектирования технологических процессов его изготовления и производства, т.е. речь идет о так называемых CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing/ Computer Aided Engineering System), в полной мере пригодных для использования в промышленности. Кроме того, за последнее десятилетие отмечено появление в составе САПР систем PDM (Product Data Management Systems – системы управления производственными (проектными) данными). О роли и важности PDM-систем говорит тот факт, что уже в начале 90-х мощные САПР не рисковали предлагать «встроенные» модули управления совместно используемой проектной информацией, предпочитая использовать независимо разработанные профессиональные системы.

Другими словами, вместо понятия «САПР» появилось понятие «промышленная САПР». В чем же особенности и отличия промышленной САПР? Промышленная САПР выполняет следующие функции:

- поддерживает методы проектирования и приемы расчетов для формирования проектных решений в заданной области;

- поддерживает необходимые промышленные и государственные проектные стандарты;

- обладает информационным и методическим обеспечением, представленным в виде стандартизованных библиотек (базы данных и знаний) проектируемых объектов заданного класса;

- ориентирована на использование технологических решений, используемых для изготовления конкретного класса изделий на конкретном предприятии (или группе предприятий);

- обеспечивает достаточный уровень сквозного проектирования для заданного класса объектов проектирования;

- использует, как правило, специализированное системное программное обеспечение, поддерживающее решение сложных проектных задач, многопотоковость и параллелизм сопутствующих вычислительных процессов.

 

Информационные источники, использованные при подготовке раздела:

САПР фирмы Actel Сo

Американская компания Actel Corporation была основана в 1985 году. Особенностью ПЛИС, производимых этой компанией, является применение технологии Antifuse, представляющей собой создание металлизированной перемычки при программировании. Данная технология обеспечивает высокую надежность и гибкие ресурсы трассировки, кроме того, не требуется конфигурационное ПЗУ. По технологии Antifuse выпускаются семейства ACT1, ACT2, 1200XL, а также семейства SX, SX-A, eX, А40МХ, А42МХ (со встроенными модулями памяти), имеющие хорошие показатели «цена — логическая емкость». Данные ПЛИС являются хорошей альтернативой БМК при среднесерийном производстве.

Микросхемы Actel, выпускаемые по технологии Antifuse, требуют применения специального программатора. Устройство Flash Pro предназначено для конфигурации в системе ПЛИС семейств Pro ASIC и Pro ASIC Plus и представляет собой дешевое и простое решение. ПЛИС Actel отличает высокая надежность, поэтому они являются весьма перспективной базой для специальных применений. ПЛИС фирмы Actel выпускаются в коммерческом и индустриальном диапазоне температур, а также с военной и космической приемкой.

Для проектирования устройств на базе своих ПЛИС Actel предлагает сегодня пакет Libero (предыдущая известная разработка фирмы – САПР Design Series). ACTEL Libero v5.2 IDE представляет собой комплексный пакет средств проектирования ПЛИС, доступный даже для начинающих дизайнеров. В состав Libero IDE входят:

􀂃 ViewDraw от ACTEL (ввод HDL);

􀂃 Synplify от Synplicity (синтез);

􀂃 ModelSim от Mentor Graphics (верификация);

􀂃 Designer от ACTEL (размещение на кристалле);

Libero IDE поддерживает все существующие на сегодняшний день ПЛИС ACTEL и выпускается в трех различных версиях: Libero Silver, Libero Gold и Libero Platinum.

Возможности Libero IDE:

􀂃 Создание RTL-модели на языках Verilog и VHDL;

􀂃 Схематический ввод (schematic entry);

􀂃 Синтез на VHDL / Verilog;

􀂃 Трассировка и размещение на кристалле (place-and-route) с учетом физических характеристик ПЛИС;

􀂃 Проведение симуляции поведенческой модели VHDL или Verilog после синтеза и трассировки кристалла;

􀂃 Симуляция и отладка в кристалле для получения "xорошей" верификации;

􀂃 Возможность реализации ПЛИС дизайна комбинируя схемный ввод и описание RTL модели на языке VHDL или схемный ввод и описание на языке Verilog.

Выпускаются несколько различных программаторов:

􀂃 Silicon Sculptor II – программатор для всех семейств ПЛИС ACTEL (с переходными адаптерами для разных типов корпусов);

􀂃 Flash Pro – компактный программатор для всех семейств flash* ПЛИС;

􀂃 Flash Pro Lite – компактный программатор для flash семейства ProASICPLUS;

􀂃 Activator – программатор для antifuse ПЛИС первого поколения.

Логические анализаторы:

􀂃 Silicon Explorer II – 18-канальный внутрикристальный логический анализатор;

􀂃 FS2 CLAM – внутрикристальный логический анализатор для flash ПЛИС.

Маршрут проектирования в пакете Libero (design flow) включает следующие этапы:

· создание проекта с помощью схемы, только как описание на языках описания аппаратуры и в смешанном режиме (mixed schematic-HDL flows);

· синтез проекта;

· моделирование;

· программирование ПЛИС;

· верификация системы.

Создание проекта (Design Creation) осуществляется путем генерации по введенной схеме или описанию генерации списка цепей, проведении функционального и временного моделирования с использованием тестов (testbench/test fixture). Для ввода схемы (schematic capture) в пакете Libero используется графический редактор ViewDraw, который включает редактор схем (schematic editor) и редактор символов (symbol editor), позволяющий пользователю создавать собственные символы, что удобно при смешанном методе описания схемы. После ввода схемы генерируется список цепей в формате EDIF и производится трассировка проекта на ПЛИС.

Функциональное моделирование (Functional Simulation) позволяет проверить правильность работы схемы. Для этих целей в пакете Libero используется широко известный продукт ModelSim. Кроме того, для генерации тестовых воздействий применяется продукт WaveFormer Lite фирмы SynaptiCAD. Трассировка проекта в выбранную пользователем ПЛИС осуществляется с помощью собственного продукта Designer, который также имеет средство анализа временных характеристик Designer's Timer tool, позволяющее провести статический анализ задержек сигналов на кристалле; средство размещения макросов ChipEdit; средство назначения контактов PinEdit. После размещения и трассировки проекта на кристалле с помощью пакета ModelSim выполняется временнóе моделирование (timing simulation).

Непосредственно программирование ПЛИС осуществляется с использованием программатора и программного средства Actel Designer. Программатор подключается к компьютеру через SCSI-контроллер (SCSI – Small Computer System Interface, промышленный стандарт параллельного интерфейса подключения периферийных устройств), который входит в комплект поставки. Тестирование ИС возможно или в программаторе, или прямо в устройстве, в котором предполагается использовать ИС. В этом случае для отладки используется устройство Actionprobe, с помощью которого можно полностью контролировать процессы, происходящие в любой точке схемы. Проект завершается верификацией всей системы (System Verification), осуществляемой с помощью средства Silicon Explorer (или FS2 CLAM).

 

Информационные источники, использованные при подготовке раздела:

САПР фирмы ALTERA

Фирма ALTERA, ориентирующаяся на выпуск семейств FPGA и CPLD схем (MAX7000, MAX9000, FLEX8000, FLEX10K и др.), предлагает для проектирования этих схем такие современные программные решения, как Quartus II и MAX+PLUS II. САПР MAX+PLUS II (Multiple Array matriX Programmable Logic User System – Пользовательская система программируемой логи­ки матричных упорядоченных структур) представляет собой многоплатформную, архитектурно независимую интегрированную среду, обеспечивающую выполнение всех этапов, необходимых для выпуска готовых изделий:

· создание проектов устройств;

· синтез структур и трассировку внутренних связей ПЛИС;

· подготовку данных для программирования или конфигурирования ПЛИС (компиляцию);

· верификацию проектов (функциональное моделирование и временной анализ);

· программирование или конфигурирование ПЛИС.

В состав пакета MAX+PLUSII входят связанные между собой программные решения, реализующие все перечисленные выше этапы разработки цифровых устройств на ПЛИС фирмы ALTERA:

- приложения для ввода проектов (редакторы проектов):

-Graphic Editor – графический редактор, предназначенный для ввода проекта в виде схемы соединений символов элементов, извлекаемых из стандартных библиотек пакета либо из библиотеки пользователя;

-Waveform Editor – редактор временных диаграмм (некоторые авторы называют это приложение сигнальным редактором), который выполняет двойную функцию: на этапе ввода обеспечивает ввод логики проекта в виде диаграмм (эпюр) состояний входов и выходов, а на этапе моделирования обеспечивает ввод диаграмм тестовых (эталонных) входных состояний моделируемого устройства и задание перечня тестируемых выходов;

-Text Editor – текстовый редактор, предназначенный для создания и редактирования текстовых файлов, содержащих описание логики проекта на языке описания устройств AHDL (Altera Hardware Description Language) или на близких к нему языках типа VHDL, «Verilog»;

-Symbol Editor – символьный редактор, позволяющий редактировать существующие символы и создавать новые. Кстати, любой откомпилированный проект может быть свёрнут в символ, помещён в библиотеку символов и использован как элемент в любом другом проекте;

-Floorplan Editor – редактор связей (поуровневый планировщик), который на плане расположения основных логических элементов позволяет вручную распределять выводы ПЛИС (закреплять выводы за конкретными входными и выходными сигналами) и перераспределять некоторые внутренние ресурсы ПЛИС.

- приложения пакета компиляции

Приложения этого базового пакета системы предназначены для синтеза структуры, трассировки связей, проверки корректности проекта и локализации ошибок, формирования файлов программирования или конфигурирования ПЛИС:

-Netlist Extractor – приложение, обеспечивающее извлечение списка соединений из исходного файла представления проекта, созданного при вводе проекта;

-Database Builder – приложение, предназначенное для построения базы данных проекта;

-Logic Synthesizer – приложение, обеспечивающее проверку корректности проекта по формальным правилам и синтез оптимальной структуры проекта;

-Partitioner– приложение, обеспечивающее разбиение проекта на части в тех случаях, когда ресурсов одного кристалла (микросхемы) недостаточно для реализации проекта;

-Fitter – трассировщик внутренних связей, обеспечивающий реализацию синтезированной структуры;

-SNF Extractor – приложение, обеспечивающее извлечение параметров проекта, необходимых для функционального моделирования и временного анализа.

- приложения для верификации проектов

-Simulator – приложение, которое совместно с редактором временных диаграмм предназначено для функционального моделирования проекта с целью проверки правильности логики его функционирования;

-Timing Analyzer – приложение, обеспечивающее расчет временных задержек от каждого входа до каждого логически связанного с ним выхода.

- приложение-программатор

Программное решение MAX+plus II Programmer предназначено для программирования или конфигурирования ПЛИС. Программирование и перепрограммирование микросхем, имеющих встроенную систему программирования (ISP), может осуществляться непосредственно в составе конечного изделия через специальный кабель, подключаемый либо к LPT-порту (Byte Blaster), либо к COM-порту (Bit Blaster) компьютера и технологического 10-контактного соединителя интерфейса JTAG, устанавливаемого на плате изделия. Если на плате изделия устанавливается несколько ПЛИС со встроенными системами программирования, то все они могут программироваться через один технологический разъём. Для этой цели приложение имеет режим Multi-Device.

- сервисные приложения

В состав САПР MAX+PLUSII входят и три сервисных приложения:

- Design Doctor – приложение, предназначенное для проверки корректности проекта с использованием эмпирических правил;

- Message Processor – процессор сообщений, обеспечивающий обработку, вывод на отображение и локализацию (указание места в проекте, к которому оно относится) сообщений об ошибках («Error»), предупреждений («Warning») и информационных сообщений («Info»);

- Hierarhy Display – приложение, обеспечивающее обзор иерархической структуры проекта, который может состоять из множества составленных в различных редакторах и свёрнутых в символы проектов более низких уровней, причём число уровней не ограничивается. Однако при этом основной проект (проект самого верхнего уровня) должен быть создан в графическом редакторе.

САПР MAX+plus II Compiler разворачивается на PC платформе под Windows NT/XP. Имеется также версия САПР, работающая под Linux (Red Hat).

Интерес представляет стратегия проектирования, в последнее время все шире используемая фирмой Altera (и другими фирмами также). Основная идея этой стратегии заключается в том, чтобы на начальных этапах проектирования использовать сторонние САПР, и лишь на заключительных этапах переходить на собственные программные средства.

 

Информационные источники, использованные при подготовке раздела:

САПР фирмы ATMEL