Automatisiertes Design ist ein Design, das von einer Person ausgeführt wird, die mit einem Computer interagiert. Der Grad der Automatisierung kann unterschiedlich sein und wird anhand des Anteils der Entwurfsarbeit geschätzt, die am Computer ohne menschliches Eingreifen durchgeführt wird. Bei =0 wird der Entwurf als nicht automatisiert bezeichnet, bei =1 als automatisch.

Das computergestützte Designsystem ist ein organisatorisches und technisches System, das aus einer Reihe von Designautomatisierungstools besteht, das mit den Abteilungen der Designorganisation interagiert und computergestütztes Design durchführt.

Die Entwicklung von Automatisierungswerkzeugen für den Entwurf komplexer elektronischer Systeme verfolgt folgende Ziele:

Reduzierung von Zeit und Kosten für die Produktentwicklung und -implementierung;

Reduzierung der Anzahl von Konstruktionsfehlern;

Gewährleistung der Möglichkeit, Designlösungen zu ändern und die für die Inspektion und Prüfung von Produkten erforderliche Zeit zu verkürzen.

In verschiedenen Phasen des Entwurfs gelöste Probleme lassen sich grob in drei Gruppen einteilen: Synthese und Analyse. Die Aufgabe der Analyse besteht darin, das Verhalten und die Eigenschaften des Systems für gegebene Merkmale der äußeren Umgebung, seiner Komponenten und der Struktur des Systems (oder seines Modells) zu untersuchen. Nach der allgemeinen Systemtheorie ist Synthese der Prozess der Generierung von Funktionen und Strukturen, die notwendig und ausreichend sind, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen. Indem sie die vom System implementierten Funktionen identifizieren, definieren sie ein bestimmtes System, über das nur bekannt ist, was es tun wird.

In diesem Zusammenhang wird die Stufe der Funktionssynthese als abstrakte Synthese bezeichnet. Es gibt auch Stufen der strukturellen und parametrischen Synthese. In der Struktursynthese wird die Struktur eines Objekts bestimmt – die Menge seiner Bestandteile und die Art ihrer Verbindung untereinander (innerhalb des Objekts und mit der äußeren Umgebung). Die parametrische Synthese besteht darin, die numerischen Werte der Parameter von Elementen unter gegebenen Struktur- und Leistungsbedingungen zu bestimmen (d. h. es ist notwendig, einen Punkt oder eine Region im Raum interner Parameter zu finden, in dem bestimmte Bedingungen erfüllt sind).

Die CAD-Entwicklung ist ein großes wissenschaftliches und technisches Problem. Trotz der hohen Arbeitskosten (50–200 qualifizierte Fachkräfte) ist die Schaffung integrierter ARPA in verschiedenen Technologiebereichen aufgrund der wachsenden Komplexität von Designobjekten eine Notwendigkeit. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten können wir die grundlegenden Anforderungen formulieren, die CAD-Systeme erfüllen müssen:

1. Eine universelle Struktur haben, die die Prinzipien der Zerlegung und Hierarchie umsetzt (blockhierarchischer Ansatz). Darüber hinaus müssen Designsysteme auf verschiedenen Ebenen der Hierarchie informationell konsistent sein. Informationskonsistenz bedeutet, dass bei sequentiellen Entwurfsverfahren die Ausgabe eines von ihnen die Eingabe eines anderen sein kann, ohne dass eine Transformation erforderlich ist.

2. Sie verfügen über ein hohes Maß an Integration. Der Grad der Integration sollte so bemessen sein, dass die Umsetzung des gesamten Entwurfspfads gewährleistet ist: von der Ideenfindung bis zur Umsetzung des Projekts. Eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Integration von Designtools spielen sogenannte Frameworks, CAD-Systeme, die sowohl die Integration verschiedener Designtools und Daten als auch die Ausführung von Managementfunktionen über eine einzige Benutzeroberfläche gewährleisten.

3. Führen Sie ein Echtzeitdesign durch. Die Reduzierung der für die Interaktion von CAD mit dem Benutzer erforderlichen Zeit wird durch die Verfügbarkeit betrieblicher technischer Mittel für die Interaktion zwischen Entwickler und System, die Effizienz von Entwurfsverfahren usw. gewährleistet.

4. Die CAD-Struktur muss offen sein, d.h. haben die Eigenschaft, Subsysteme bei der Verbesserung bequem zu erweitern.

5. Sie verfügen über Mittel zur Steuerung der Eingabe- und Ausgabeinformationen.

6. Sie verfügen über die Möglichkeit, automatisch Änderungen am Projekt vorzunehmen.

2. Struktur des CAD-Hardware- und Softwarekomplexes

Die gesamte Hardware und Software, aus der die grundlegende CAD-Software besteht, kann nach den von ihnen ausgeführten Funktionen klassifiziert werden:

Software (MS);

Sprachunterstützung (LS);

Software (Software);

technischer Support (TO);

Informationsunterstützung (IS);

organisatorische Unterstützung (OO);

ML umfasst: Theorie, Methoden, mathematische Modelle, Algorithmen, die im computergestützten Design verwendet werden.

LO wird durch eine Reihe von Sprachen repräsentiert, die im computergestützten Design verwendet werden. Der Hauptteil von LO sind die Sprachen der Kommunikation zwischen einer Person und einem Computer.

Unter Software versteht man eine Reihe von Maschinenprogrammen und der dazugehörigen Dokumentation. Es ist in systemweit und angewendet unterteilt. Komponenten systemweiter Software sind beispielsweise Betriebssysteme, Compiler usw. Diese Softwaretools dienen dazu, das Funktionieren technischer Mittel zu organisieren, d. h. zur Planung und Verwaltung des Rechenprozesses.

Anwendungssoftware wird für die Anforderungen des CAD erstellt. Sie werden in der Regel in Form von Anwendungssoftwarepaketen (APPs) präsentiert, die jeweils einer bestimmten Phase des Designprozesses dienen.

TO-Komponenten sind eine Reihe miteinander verbundener und interagierender technischer Mittel (z. B. Computer, Mittel zur Übertragung, Eingabe, Anzeige und Dokumentation von Daten), die für computergestütztes Design bestimmt sind.

KI integriert die für computergestütztes Design notwendigen Daten. Sie können in Form bestimmter Dokumente auf verschiedenen Medien präsentiert werden, die Referenzinformationen zu den Parametern des Entwurfsobjekts, Zwischenergebnissen usw. enthalten.

Der Hauptbestandteil des CAD IO ist eine Datenbank (DDB), bei der es sich um eine Reihe von Werkzeugen für die zentrale Sammlung und gemeinsame Nutzung von Daten im CAD handelt. Der BND besteht aus einer Datenbank (DB) und einem Datenbankmanagementsystem (DBMS). DB – die Daten selbst, die sich im Computerspeicher befinden und gemäß den in diesem BND angenommenen Regeln strukturiert sind. DBMS ist eine Reihe von Softwaretools, die das Funktionieren des BND sicherstellen. Mithilfe des DBMS werden Daten im BND aufgezeichnet, entsprechend den Anforderungen des Benutzers und der Anwendungsprogramme usw. abgerufen.

Der computergestützte Designprozess ist ein sequentielles Zusammenspiel einer Vielzahl von Softwaremodulen. Die Interaktion von Modulen manifestiert sich hauptsächlich in Kontrollverbindungen (geordnete Übergänge von der Ausführung eines Softwaremoduls zur Ausführung eines anderen) und Informationen (Verwendung derselben Daten in verschiedenen Modulen) (siehe Abb. 1 und 2).

Beim Entwurf komplexer Systeme ist das Problem der Informationskoordination verschiedener Softwaremodule von Bedeutung. Es gibt drei Hauptmethoden zur Implementierung von Informationslinks:

durch die Übergabe von Parametern vom aufrufenden Programm an das aufgerufene Programm;

durch Gemeinschaftsbereiche (Austauschzonen) interagierender Module;

über die Datenbank.

Die Realisierung von Informationsverbindungen durch die Übertragung von Parametern bedeutet, dass entweder Parameter oder deren Adressen übertragen werden. Es wird verwendet, wenn die Menge der übertragenen Daten relativ gering ist und seine Struktur einfach ist.

Bei der Implementierung von Informationsverbindungen über die Austauschzone muss jedes Modul Daten an die Austauschzone senden und diese in einer Form präsentieren, die im Hinblick auf die Anforderungen aller anderen Module akzeptabel ist. Da die Anforderungen an die Datenstruktur jedes Datenkonsumentenmoduls unterschiedlich sein können, ist die Kommunikationsmethode über Austauschzonen nur mit einer kleinen und stabilen Anzahl von Informationsverbindungen relativ einfach zu implementieren. Sie werden für Programmmodule innerhalb einer bestimmten Software verwendet.

Wenn die gleichen Module in verschiedene Entwurfsverfahren eingebunden werden können und mit vielen Modulen interagieren, ist es ratsam, die Mittel zum Informationsaustausch zu vereinheitlichen. Diese Vereinheitlichung erfolgt nach dem BND-Konzept. Das Hauptmerkmal der im BND gespeicherten Informationen ist ihre Struktur. Die wesentlichen Vorteile der Informationsinteraktion des BND sind folgende:

Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl der unterstützten Entwurfsverfahren werden aufgehoben;

Eine Weiterentwicklung und Änderung des Softwaresystems ist möglich;

Es ist möglich, technische Mittel zur Datenspeicherung zu ändern und zu modernisieren, ohne das PPP zu ändern;

Die Datenintegrität ist gewährleistet.

Allerdings hat die Implementierung von Informationsverbindungen über die Datendatenbank auch Nachteile, die vor allem mit einem erheblichen Zeitaufwand für die Suche nach Daten in der Datenbank verbunden sind.

Reis. 1. Diagramm, das Managementverbindungen widerspiegelt.

Reis. 2. Diagramm, das Informationszusammenhänge widerspiegelt.

Reis. 3. Implementierung von Informationsverbindungen über ein DBMS.

3 . Aufbau elektronischer CAD-Systeme

Modernes CAD ist ein komplexer Software- und Hardwarekomplex, der in der wissenschaftlichen und technischen Literatur als „Workstation“ (PC) bezeichnet wird.

Reis. 3. Aufbau des Arbeitsplatzes für den Entwurf elektronischer Systeme.

Reis. 4. Struktur der CAD-Software.

4 . Hierarchische Ebenen der Darstellung elektronischer Geräte

Die wichtigste Entwurfsmethode mit CAD ist die blockhierarchische Methode oder die Methode der Zerlegung eines komplexen Objekts in Subsysteme (Blöcke, Knoten, Komponenten). Dabei wird die Beschreibung eines komplexen Systems in hierarchische Ebenen (Abstraktionsebenen) unterteilt, je nachdem, in welchem ​​Detaillierungsgrad sich die Eigenschaften des Systems widerspiegeln. Auf jeder Ebene der Projektpräsentation gibt es ein eigenes Konzept eines Systems, eines Subsystems, eines Elements des Systems, des Funktionsgesetzes der Elemente des Systems als Ganzes und äußerer Einflüsse.

Es sind diese Konzepte, die die eine oder andere Ebene der Gerätedarstellungshierarchie bestimmen. Ein Subsystem ist ein Teil eines Systems, das eine Sammlung einiger seiner Elemente ist, die anhand eines bestimmten Funktionsmerkmals identifiziert werden und in seinem Funktionszweck einem einzigen Funktionszweck des gesamten Systems untergeordnet sind. Unter einem Element eines Systems wird ein Teil davon verstanden, der eine bestimmte Funktion(en) erfüllt und auf einer bestimmten Betrachtungsebene keiner Zersetzung unterliegt. Die Unteilbarkeit eines Elements ist ein Konzept, aber keine physikalische Eigenschaft dieses Elements. Unter Verwendung des Konzepts eines Elements behält sich der Designer das Recht vor, ausgehend von einem Teil oder durch die Kombination mehrerer Elemente zu einem auf eine andere Ebene zu wechseln.

Auf der oberen hierarchischen Ebene wird das gesamte komplexe Objekt als eine Reihe interagierender Subsysteme betrachtet. Auf der nächsten Hierarchieebene werden Subsysteme separat als Systeme betrachtet, die aus bestimmten Komponenten (Elementen) bestehen und eine detailliertere Beschreibung aufweisen. Diese hierarchische Ebene ist die Ebene der Subsysteme. Die Anzahl der Hierarchieebenen ist immer begrenzt. Ebenen zeichnen sich dadurch aus, dass die Menge der Elementtypen, aus denen ein Design-Subsystem zusammengestellt werden kann, begrenzt ist. Eine solche Menge wird als Ebenenbasis bezeichnet.

Bei der Erstellung von CAD-Systemen führt die Zerlegungsmethode zu gravierenden Problemen:

Festlegung von Hierarchieebenen und deren Grundlagen;

Entwicklung von Software;

Zuordnung von einer Basis zur anderen usw.

Die Methode der hierarchischen Darstellung des entworfenen Objekts, die von Entwicklern elektronischer Schaltkreise und Systeme verwendet wird, kann auf zwei Methoden zur Darstellung (Beschreibung) von Elementen basieren: strukturelle und verhaltensbezogene.

Bei der Strukturmethode wird ein Systemelement als eine Menge miteinander verbundener Elemente einer niedrigeren Ebene beschrieben und damit die Basis dieser Ebene definiert. Die strukturelle Form der Projekthierarchie impliziert einen Prozess der Zerlegung oder Partitionierung des Projekts, sodass auf jeder für die Modellierung ausgewählten Ebene ein Systemmodell als Satz miteinander verbundener Elemente erstellt wird, die für diese Ebene definiert sind. Hier stellt sich sofort die Frage: Wie werden diese Elemente bestimmt? Meistens werden sie aus Elementen der nächstniedrigeren Ebene gebildet. Also, wie in Abb. 5 kann das Projekt als Baum dargestellt werden, wobei verschiedene Ebenen der Abstraktionshierarchie ihren eigenen Ebenen dieses Baums entsprechen. Auf der Blattebene des Baums wird das Verhalten der Designelemente der untersten Ebene bestimmt. Bei der Verhaltensmethode wird ein Systemelement anhand von Ein-/Ausgabeabhängigkeiten mit einem bestimmten Verfahren beschrieben. Darüber hinaus wird diese Beschreibung durch ein eigenes Verfahren bestimmt und nicht durch andere Elemente beschrieben. Daher wird ein Verhaltensmodell verwendet, um die Elemente auf Blattebene des Projektbaums zu beschreiben. Da das Verhaltensmodell eines Projekts auf jeder Ebene existieren kann, können verschiedene Teile des Projekts Verhaltensbeschreibungen auf unterschiedlichen Ebenen haben.

Reis. 5. Das Projekt, dargestellt in Form eines vollständigen (a) und unvollständigen (b) Baums.

In Abb. Abbildung 5(a) zeigt den „vollständigen“ Projektbaum, in dem alle Verhaltensbeschreibungen auf derselben Ebene gebildet werden. Abbildung 5(b) zeigt das Design in Form eines Teilbaums, in dem Verhaltensbeschreibungen zu verschiedenen Ebenen gehören. Diese Situation entsteht, weil es für den Entwickler oft wünschenswert ist, die Beziehungen zwischen Systemkomponenten aufzubauen und zu analysieren, bevor er den Entwurf abschließt. Daher ist es nicht erforderlich, Spezifikationen aller Systemkomponenten, beispielsweise auf Logikgatterebene, zu haben, um den Entwurf als Ganzes auf Fehlerfreiheit kontrollieren zu können. Eine solche Steuerung erfolgt mittels Mehrebenenmodellierung, also einer Modellierung, bei der sich Verhaltensbeschreibungen von Komponentenmodellen auf verschiedene Ebenen der Hierarchie beziehen. Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die Effizienz der Modellierung verbessert.

Aus Sicht eines Hardwareentwicklers gibt es sechs Haupthierarchieebenen, die in Abb. dargestellt sind. 6.

Reis. 6. Ebenen der Hierarchie der Präsentation elektronischer Systeme.

Dies sind die Ebenen System, Mikroschaltung (oder IC), Register, Gate, Schaltung und Topologie. Die Abbildung zeigt, dass die Hierarchie der Präsentationsebenen die Form eines Pyramidenstumpfes hat. Die Erweiterung der Pyramide nach unten spiegelt eine Zunahme des Detaillierungsgrades wider, d.h. die Anzahl der Elemente, die bei der Beschreibung des entworfenen Geräts auf dieser Ebene berücksichtigt werden müssen.

In der Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften der Ebenen – die Strukturelemente und die Verhaltensdarstellung für jede Ebene sind angegeben.

Tabelle 1. Hierarchie der Modelle

Auf der untersten Siliziumebene werden geometrische Formen als Grundelemente verwendet, die Diffusions-, Polysilizium- und Metallisierungsbereiche auf der Oberfläche eines Siliziumchips darstellen. Die Kombination dieser Formen scheint den Prozess der Kristallherstellung aus der Sicht des Entwicklers nachzuahmen. Hier ist die Darstellung nur rein strukturell (nicht verhaltensbezogen).

Auf der nächsthöheren Ebene, der Schaltungsebene, wird die Entwurfsdarstellung mithilfe von Verbindungen herkömmlicher aktiver und passiver Schaltungselemente gebildet: Widerstände, Kondensatoren sowie Bipolar- und MOSFET-Transistoren. Die Verbindung dieser Komponenten wird verwendet, um das Verhalten eines Stromkreises zu modellieren, ausgedrückt durch Beziehungen zwischen Spannungen und Strömen. Auf dieser Ebene können Differentialgleichungen zur Verhaltensbeschreibung verwendet werden.

Die dritte Ebene, die Logikgatterebene, spielt traditionell eine große Rolle beim Entwurf digitaler Schaltkreise und Systeme. Es verwendet Grundelemente wie UND-, ODER- und NICHT-Logikgatter sowie verschiedene Arten von Flip-Flops. Die Verbindung dieser Grundelemente ermöglicht die Verarbeitung kombinatorischer und sequentieller Logikschaltungen. Der formale Apparat zur Verhaltensbeschreibung auf dieser Ebene ist die Boolesche Algebra.

Oberhalb der Gate-Ebene befindet sich in der Hierarchie die Registerebene. Grundelemente sind hierbei Komponenten wie Register, Zähler, Multiplexer und Arithmetisch-Logische Einheiten (ALUs). Eine Verhaltensdarstellung eines Designs auf Registerebene ist mithilfe von Wahrheitstabellen, Zustandstabellen und Registerübertragungssprachen möglich.

Oberhalb der Registerebene befindet sich die Chip- (oder IC-) Ebene. Auf Chipebene fungieren Komponenten wie Mikroprozessoren, Hauptspeicherbausteine, serielle und parallele Ports sowie Interrupt-Controller als Elemente. Obwohl die Grenzen von Mikroschaltungen auch die Grenzen von Elementmodellen sind, sind auch andere Situationen möglich. Somit kann eine Reihe von Mikroschaltungen, die zusammen ein Funktionsgerät bilden, als ein Element dargestellt werden. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist die Modellierung eines bitmodularen Prozessors. Eine alternative Option ist ebenfalls möglich – wenn die Elemente beispielsweise separate Abschnitte einer Mikroschaltung darstellen, beispielsweise in der Phase der Analyse technischer Spezifikationen und der Zerlegung. Das Hauptmerkmal hierbei ist, dass das Element durch einen großen Logikblock dargestellt wird, wobei es bei langen und oft konvergierenden Datenverarbeitungspfaden notwendig ist, die Abhängigkeiten der Ausgänge von den Eingängen darzustellen. Wie bei Elementen niedrigerer Ebenen sind Elemente der Mikroschaltungsebene nicht hierarchisch aus einfacheren Grundelementen aufgebaut, sondern stellen einzelne Modellobjekte dar. Wenn Sie also einen seriellen I/O-Port (Universal Asynchronous Transceiver, UART) modellieren müssen, wird das entsprechende Modell nicht durch die Verbindung einfacherer Funktionsmodelle von Blöcken wie Registern und Zählern erstellt, sondern der UART selbst wird zum Basismodell. Diese Art von Modellen ist wichtig für OEMs, die Chips von anderen Herstellern kaufen, aber deren interne Struktur auf Logik-Gate-Ebene nicht kennen, da diese normalerweise ein proprietäres Geheimnis ist. Die Verhaltensbeschreibung des Modells auf Mikroschaltungsebene basiert auf der Eingabe-Ausgabe-Beziehung jedes spezifischen IC-Algorithmus, der von einem bestimmten IC implementiert wird. Die oberste Ebene ist die Systemebene. Die Elemente dieser Ebene sind Prozessor, Speicher und Switch (Bus) etc. Die Verhaltensbeschreibung auf dieser Ebene umfasst solche Basisdaten und Eigenschaften wie beispielsweise die Prozessorgeschwindigkeit in Millionen Befehlen pro Sekunde (Megoflops) oder den Durchsatz des Datenverarbeitungspfades (Bit/s). Vom Tisch Aus 1 und oben ist ersichtlich, dass sich die Struktur- oder Verhaltensmerkmale benachbarter Ebenen in gewissem Maße überschneiden. Beispielsweise kann sowohl auf Register- als auch auf Mikroschaltungsebene eine Darstellung mittels GSA verwendet werden. Allerdings ist die strukturelle Darstellung für beide Ebenen völlig unterschiedlich, weshalb sie getrennt werden. Die Mikroschaltungs- und Systemebenen haben im Wesentlichen die gleichen Elemente, unterscheiden sich jedoch in ihren Verhaltensmerkmalen völlig. Somit ermöglichen Verhaltensmodelle auf IC-Ebene die Berechnung detaillierter individueller Reaktionen in Form von Ganzzahl- und Bitwerten. Und die Verhaltensdarstellung auf Systemebene weist eine gravierende Einschränkung auf – sie dient in erster Linie der Modellierung der Systemkapazität oder der Bestimmung der stochastischen Parameter des Systems. In der Praxis wird die Designansicht auf Systemebene vor allem zur vergleichenden Bewertung verschiedener Architekturen verwendet. Im Allgemeinen sollten unterschiedliche Ebenenmodelle verwendet werden, wenn die Anforderungen, sei es verhaltensbezogener oder struktureller Art, unterschiedlich sind.

Das letzte mit der hierarchischen Darstellung eines Projekts verbundene Konzept ist das sogenannte Projektfenster.

Dieser Begriff bezieht sich auf eine Gruppe von Projektbaumebenen, mit denen jeder einzelne Entwickler arbeitet. Somit umfasst das Projektfenster für das VLSI-Design die Silizium-, Schaltkreis-, Gate-, Register- und Chipebene. Der Computerdesigner hingegen ist typischerweise an einem Fenster interessiert, das die Gate-, Register-, Chip- und Systemebene abdeckt. Es ist das Konzept des Projektfensters, das die Grundlage für das mehrstufige Design bildet. Mit zunehmender VLSI-Komplexität wird es unpraktisch, eine Gate-Schicht in das Designfenster einzubeziehen, da Hunderttausende von Logikgattern auf einem einzigen Chip platziert werden können. Die Registerebene ist zwar sicherlich weniger komplex als die Gate-Ebene, kann aber auch optionale Details für diejenigen enthalten, die sich nur für VLSI-I/O-Signale interessieren.

Somit wird aus der Sicht des Maschinenkonstrukteurs das VLSI selbst zu einem Element des Designs.

Reis. 7. Ein Beispiel für die Implementierung von Präsentationsebenen eines Multiprozessorsystems.

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Phasen des Entwurfs elektronischer Systeme

Eine Entwurfslösung ist eine Zwischenbeschreibung des entworfenen Objekts, die auf der einen oder anderen hierarchischen Ebene als Ergebnis der Durchführung eines Verfahrens (auf der entsprechenden Ebene) erhalten wird.

Das Designverfahren ist ein integraler Bestandteil des Designprozesses. Beispiele für Designverfahren sind die Synthese des Funktionsdiagramms des entworfenen Geräts, Modellierung, Verifizierung, Routing von Verbindungen auf einer Leiterplatte usw.

Der Kraftwerksentwurf ist in Phasen unterteilt. Eine Phase ist eine bestimmte Abfolge von Entwurfsverfahren. Die allgemeine Reihenfolge der Entwurfsphasen ist wie folgt:

Erstellung technischer Spezifikationen;

Projekteingabe;

Architektur-Design;

funktionales und logisches Design;

Schaltungsdesign;

topologisches Design;

Herstellung eines Prototyps;

Bestimmung von Geräteeigenschaften.

Erstellung technischer Spezifikationen. Anforderungen an das entworfene Produkt, seine Eigenschaften werden ermittelt und technische Spezifikationen für das Design erstellt.

Projekteingabe. Jede Entwurfsphase verfügt über eigene Eingabemittel. Darüber hinaus bieten viele Werkzeugsysteme mehr als eine Möglichkeit, das Projekt zu beschreiben.

Leistungsstarke Grafik- und Texteditoren für Projektbeschreibungen moderner Designsysteme sind effektiv. Solche Editoren geben dem Entwickler die Möglichkeit, ein Blockdiagramm eines großen Systems zu zeichnen, Modelle einzelnen Blöcken zuzuordnen und diese über Busse und Signalübertragungswege zu verbinden. Editoren verknüpfen in der Regel automatisch Textbeschreibungen von Blöcken und Verbindungen mit entsprechenden grafischen Bildern und ermöglichen so eine umfassende Systemmodellierung. Dies ermöglicht es Systemingenieuren, ihren gewohnten Arbeitsstil nicht zu ändern: Sie können weiterhin denken und ein Flussdiagramm ihres Projekts wie auf einem Blatt Papier skizzieren, während gleichzeitig genaue Informationen über das System eingegeben und gesammelt werden.

Logische Gleichungen oder Schaltpläne werden oft sehr gut zur Beschreibung der grundlegenden Schnittstellenlogik verwendet.

Wahrheitstabellen eignen sich zur Beschreibung von Decodern oder anderen einfachen Logikblöcken.

Hardwarebeschreibungssprachen, die Konstrukte vom Typ Zustandsmaschine enthalten, sind in der Regel viel effizienter bei der Darstellung komplexerer logischer Funktionsblöcke, wie z. B. Steuerblöcke.

Architektur-Design. Stellt das Design des elektronischen Geräts auf der Ebene der Signalübertragung an die CPU und den Speicher, den Speicher und die Steuereinheit dar. In dieser Phase wird die Zusammensetzung des Geräts als Ganzes bestimmt und seine wichtigsten Hardware- und Softwarekomponenten bestimmt.

Diese. Der Entwurf eines gesamten Systems mit einer Darstellung auf hoher Ebene zur Überprüfung der Korrektheit architektonischer Lösungen erfolgt normalerweise in Fällen, in denen ein grundlegend neues System entwickelt wird und alle architektonischen Probleme sorgfältig ausgearbeitet werden müssen.

In vielen Fällen erfordert ein vollständiger Systementwurf die Einbeziehung nichtelektrischer Komponenten und Effekte in den Entwurf, die in einem einzigen Simulationspaket getestet werden sollen.

Die Elemente dieser Ebene sind: Prozessor, Speicher, Controller, Busse. Bei der Konstruktion von Modellen und der Simulation des Systems kommen hier Methoden der Graphentheorie, der Mengenlehre, der Theorie der Markov-Prozesse, der Warteschlangentheorie sowie logische und mathematische Mittel zur Beschreibung der Funktionsweise des Systems zum Einsatz.

In der Praxis ist vorgesehen, eine parametrisierte Systemarchitektur aufzubauen und optimale Parameter für ihre Konfiguration auszuwählen. Folglich müssen die entsprechenden Modelle parametrisiert werden. Die Konfigurationsparameter des Architekturmodells bestimmen, welche Funktionen in Hardware und welche in Software implementiert werden. Einige Konfigurationsoptionen für Hardware umfassen:

Anzahl, Kapazität und Kapazität der Systembusse;

Speicherzugriffszeit;

Cache-Speichergröße;

Anzahl Prozessoren, Ports, Registerblöcke;

Kapazität der Datenübertragungspuffer.

Zu den Softwarekonfigurationsparametern gehören beispielsweise:

Scheduler-Parameter;

Priorität der Aufgaben;

Intervall „Müllbeseitigung“;

das maximal zulässige CPU-Intervall für das Programm;

Parameter des Speicherverwaltungssubsystems (Seitengröße, Segmentgröße sowie Verteilung der Dateien auf Festplattensektoren);

Konfigurationsparameter für die Datenübertragung:

Timeout-Intervallwert;

Fragmentgröße;

Protokollparameter zur Fehlererkennung und -korrektur.

Reis. 1 – Reihenfolge der Entwurfsverfahren für die Architekturentwurfsphase

Beim interaktiven Design auf Systemebene werden zunächst Funktionsspezifikationen auf Systemebene in Form von Datenflussdiagrammen eingeführt und Komponententypen zur Implementierung verschiedener Funktionen ausgewählt (Abbildung 1). Die Hauptaufgabe besteht darin, eine Systemarchitektur zu entwickeln, die den vorgegebenen Funktions-, Geschwindigkeits- und Kostenanforderungen gerecht wird. Fehler auf Architekturebene sind viel kostspieliger als Entscheidungen, die während des physischen Implementierungsprozesses getroffen werden.

Architekturmodelle sind wichtig und spiegeln die Logik des Systemverhaltens und seine zeitlichen Merkmale wider, was es ermöglicht, funktionale Probleme zu identifizieren. Sie verfügen über vier wichtige Merkmale:

Sie stellen die Funktionalität von Hardware- und Softwarekomponenten mithilfe von Datenabstraktionen auf hoher Ebene in Form von Datenströmen genau dar.

Architekturmodelle stellen die Implementierungstechnologie abstrakt in Form von Zeitparametern dar. Die spezifische Implementierungstechnologie wird durch die spezifischen Werte dieser Parameter bestimmt;

Architekturmodelle enthalten Schaltkreise, die es vielen Funktionsblöcken ermöglichen, Komponenten gemeinsam zu nutzen (zu teilen);

diese Modelle müssen parametrierbar, typisierbar und wiederverwendbar sein;

Die Modellierung auf Systemebene ermöglicht es dem Entwickler, alternative Systementwürfe im Hinblick auf die Beziehung zwischen ihrer Funktionalität, Leistung und Kosten zu bewerten.

Top-Down-Design-Tool-System (ASIC Navigator, Compass Design Automation) für ASICs und Systeme.

Ein Versuch, Ingenieure von der Konstruktion auf Ventilebene zu befreien.

Logikassistent (Logikassistent);

Designassistent;

ASIC Synthesizez (ASIC-Synthesizer);

Es handelt sich um eine einheitliche Design- und Analyseumgebung. Ermöglicht Ihnen die Erstellung einer ASIC-Spezifikation durch Eingabe grafischer und textlicher Beschreibungen Ihrer Designs. Benutzer können ihre Entwürfe mit den meisten High-Level-Eingabemethoden beschreiben, darunter Flussdiagramme, boolesche Formeln, Zustandsdiagramme, VHDL- und Verilog-Sprachanweisungen und mehr. Die Systemsoftware unterstützt diese Eingabemethoden als Grundlage für den gesamten nachfolgenden ASIC-Systemdesignprozess.

Die allgemeine Architektur des entworfenen ASIC kann in Form miteinander verbundener Funktionsblöcke dargestellt werden, ohne deren physische Aufteilung zu berücksichtigen. Diese Blöcke können dann so beschrieben werden, dass sie den spezifischen Merkmalen jeder Funktion am besten entsprechen. Beispielsweise kann der Benutzer Steuerlogik mithilfe von Zustandsdiagrammen, arithmetische Funktionsblöcke mithilfe von Datenpfaddiagrammen und algorithmische Funktionen mithilfe von VHDL beschreiben. Die endgültige Beschreibung kann eine Kombination aus Text und Grafiken sein und dient als Grundlage für die Analyse und Implementierung des ASIC.

Das Logic Assistant-Subsystem wandelt die empfangene Spezifikation in verhaltensbezogenen VHDL-Code um. Dieser Code kann mit einem von einem Drittanbieter entwickelten VHDL-Modellierungssystem verarbeitet werden. Durch die Änderung der Spezifikation auf Verhaltensebene ist es möglich, bereits in der Anfangsphase des Entwurfs Änderungen vorzunehmen und Fehler zu beheben.

Designassistent

Sobald die Spezifikation überprüft wurde, kann sie auf dem ASIC-Gerät angezeigt werden. Zunächst muss der Anwender jedoch entscheiden, wie er ein solch anspruchsvolles Projekt am besten umsetzen kann. Die Designbeschreibung kann auf Basis von Standardelementen auf ein oder mehrere Gate-Arrays oder ICs abgebildet werden.

Dising Assistant unterstützt Benutzer bei der Bewertung verschiedener Optionen, um die optimale Implementierung zu erreichen. D.A. Bestimmt auf Anweisung des Benutzers die geschätzte Chipgröße, mögliche Verpackungsmethoden, den Stromverbrauch und die geschätzte Anzahl von Logikgattern für jede Zerlegungsoption und für jeden ASIC-Typ.

Der Benutzer kann dann interaktiv eine Was-wäre-wenn-Analyse durchführen, alternative technische Lösungen mit unterschiedlichen Designaufschlüsselungen erkunden oder Standard-Gate-Array-Elemente anordnen und verschieben. Auf diese Weise kann der Anwender den optimalen Ansatz finden, der den Spezifikationsanforderungen entspricht.

ASIC-Synthesizer

Sobald eine bestimmte Entwurfsoption ausgewählt wurde, muss deren Verhaltensbeschreibung in eine Darstellung auf Logikgatterebene umgewandelt werden. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsintensiv.

Auf der Gatterebene können als Strukturelemente ausgewählt werden: logische Gatter, Trigger sowie Wahrheitstabellen und logische Gleichungen als Beschreibungsmittel. Bei Verwendung der Registerebene sind die Strukturelemente: Register, Addierer, Zähler, Multiplexer und die Beschreibungsmittel sind Wahrheitstabellen, Mikrooperationssprachen und Übergangstabellen.

Auf der funktional-logischen Ebene haben sich die sogenannten logischen Simulationsmodelle oder einfach Simulationsmodelle (IM) verbreitet. IMs spiegeln nur die äußere Logik und die zeitlichen Merkmale der Funktionsweise des entworfenen Geräts wider. Typischerweise sollten in einem MI die internen Abläufe und die interne Struktur nicht denen im realen Gerät ähneln. Aber die simulierten Abläufe und zeitlichen Funktionsmerkmale, wie sie von außen beobachtet werden, in einem IM müssen denen eines realen Geräts angemessen sein.

Modelle dieser Stufe werden verwendet, um die korrekte Implementierung spezifizierter Algorithmen für das Funktionieren einer funktionalen oder logischen Schaltung sowie Zeitdiagramme des Geräts zu überprüfen, ohne eine spezifische Hardware-Implementierung und unter Berücksichtigung der Merkmale der Elementbasis.

Dies geschieht mithilfe logischer Modellierungsmethoden. Unter logischer Modellierung versteht man die Simulation des Betriebs eines Funktionsschaltkreises auf einem Computer im Sinne der Übertragung von Informationen, die in Form der logischen Werte „0“ und „1“ dargestellt werden, vom Eingang des Schaltkreises zu seinem Ausgang. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Logikschaltung umfasst sowohl die Überprüfung der von der Schaltung implementierten logischen Funktionen als auch die Überprüfung der Zeitbeziehungen (das Vorhandensein kritischer Pfade, Ausfallrisiken und Signalwettlauf). Die Hauptaufgaben, die mit Hilfe von Modellen auf dieser Ebene gelöst werden, sind die Überprüfung von Funktions- und Schaltplänen sowie die Analyse von Diagnosetests.

Unter Schaltungsdesign versteht man den Prozess der Entwicklung grundlegender elektrischer Schaltungen und Spezifikationen gemäß den Anforderungen der technischen Spezifikationen. Die entworfenen Geräte können sein: analog (Generatoren, Verstärker, Filter, Modulatoren usw.), digital (verschiedene Logikschaltungen), gemischt (analog-digital).

In der Schaltungsentwurfsphase werden elektronische Geräte auf Schaltungsebene dargestellt. Die Elemente dieser Ebene sind aktive und passive Komponenten: Widerstand, Kondensator, Induktivität, Transistoren, Dioden usw. Ein typisches Schaltungsfragment (Gate, Trigger usw.) kann auch als Element auf Schaltungsebene verwendet werden. Der elektronische Schaltkreis des entworfenen Produkts ist eine Kombination idealer Komponenten, die die Struktur und Elementzusammensetzung des entworfenen Produkts ziemlich genau widerspiegelt. Es wird davon ausgegangen, dass sich die idealen Komponenten der Schaltung mit vorgegebenen Parametern und Eigenschaften mathematisch beschreiben lassen. Das mathematische Modell einer elektronischen Schaltungskomponente ist eine ODE in Bezug auf die Variablen Strom und Spannung. Ein mathematisches Modell eines Geräts wird durch einen Satz algebraischer oder Differentialgleichungen dargestellt, die die Beziehungen zwischen Strömen und Spannungen in verschiedenen Komponenten der Schaltung ausdrücken. Mathematische Modelle typischer Schaltkreisfragmente werden Makromodelle genannt.

Die Schaltungsentwurfsphase umfasst die folgenden Entwurfsverfahren:

Struktursynthese – Aufbau eines Ersatzschaltbildes des entworfenen Geräts

Die Berechnung statischer Eigenschaften umfasst die Bestimmung von Strömen und Spannungen in jedem Knoten des Stromkreises. Analyse der Strom-Spannungs-Kennlinien und Untersuchung des Einflusses von Komponentenparametern auf diese.

Die Berechnung dynamischer Eigenschaften besteht aus der Bestimmung der Ausgangsparameter der Schaltung in Abhängigkeit von Änderungen interner und externer Parameter (Einzelvariantenanalyse) sowie der Beurteilung der Empfindlichkeit und des Streuungsgrads relativ zu den Nennwerten der Ausgangsparameter in Abhängigkeit über die Eingangs- und Außenparameter der elektronischen Schaltung (multivariate Analyse).

parametrische Optimierung, die solche Werte der internen Parameter einer elektronischen Schaltung bestimmt, die die Ausgangsparameter optimieren.

Es gibt Top-Down- (Top-Down) und Bottom-Up-Design (Bottom-Up). Beim Top-Down-Design werden Schritte, die höhere Ebenen der Gerätedarstellung verwenden, vor Schritten ausgeführt, die niedrigere Hierarchieebenen verwenden. Beim Bottom-up-Design ist die Reihenfolge umgekehrt.

Wenn Sie einen Projektbaum betrachten, können Sie auf zwei Designkonzepte verweisen: Bottom-Up (Bottom-Up) und Top-Down (Top-Down). Hier bezieht sich das Wort „oben“ auf die Wurzel des Baumes und das Wort „unten“ auf die Blätter. Beim Top-Down-Design kann die Arbeit bereits beginnen, wenn der Entwickler bereits nur die Funktionen des Roots kennt – und er (oder sie) den Root zunächst in einen bestimmten Satz von Primitiven auf niedrigerer Ebene aufteilt.

Danach arbeitet der Entwickler mit der zugrunde liegenden Ebene und zerlegt die Grundelemente dieser Ebene. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis er die Blattknoten des Projekts erreicht. Um das Top-Down-Design zu charakterisieren, ist es wichtig zu beachten, dass die Partition auf jeder Ebene nach dem einen oder anderen objektiven Kriterium optimiert wird. Dabei ist die Teilung nicht an den Rahmen des „Bereits Existierenden“ gebunden.

Der Begriff „Bottom-up-Design“ ist etwas irreführend, da der Designprozess immer noch mit der Definition der Wurzel des Baums beginnt, in diesem Fall erfolgt die Partitionierung jedoch auf der Grundlage der bereits vorhandenen Komponenten, die als Grundelemente verwendet werden können ; Mit anderen Worten: Bei der Partitionierung muss der Entwickler davon ausgehen, welche Komponenten in Blattknoten dargestellt werden. Diese ganz „unteren“ Teile werden zuerst entworfen. Top-Down-Design scheint der geeignetste Ansatz zu sein, seine Schwäche besteht jedoch darin, dass die resultierenden Komponenten nicht „Standard“ sind, was die Kosten des Projekts erhöht. Daher scheint eine Kombination aus Bottom-Up- und Top-Down-Entwurfsmethoden am rationalsten zu sein.

Es wird vorhergesagt, dass die überwiegende Mehrheit der Elektronik- und Computeringenieure Top-Down-Methoden verwenden wird. Sie werden im Wesentlichen zu Systemingenieuren, wobei ein erheblicher Teil ihrer Zeit dem Produktdesign auf der Verhaltensebene gewidmet wird.

Der Entwurf elektronischer Systeme folgt heute einer Bottom-up-Methodik, wobei der erste Schritt im Entwurfsprozess normalerweise die Eingabe einer Schaltungsbeschreibung auf struktureller Ebene ist (natürlich auf der IC- und diskreten Komponentenebene). Nach der Bestimmung der Struktur wird eine Beschreibung des Verhaltens dieses Systems in der einen oder anderen Sprache zur Beschreibung dieser Ausrüstung eingeführt und eine Modulation durchgeführt. In diesem Fall wird der elektronische Teil des Projekts manuell, also ohne Einsatz von Designtools, durchgeführt.

Die zunehmende Komplexität entworfener Systeme führt dazu, dass Entwickler praktisch die Fähigkeit verlieren, das Projekt intuitiv zu analysieren, also die Qualität und Eigenschaften der Systemdesignspezifikation zu bewerten. Und die Modellierung auf Systemebene mithilfe von Architekturmodellen (als erste Stufe des Top-Down-Designprozesses) bietet eine solche Möglichkeit.

Beim Top-Down-Design werden die beiden oben beschriebenen Schritte des Bottom-Up-Designs in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Top-Down-Design konzentriert sich auf die Verhaltensdarstellung des zu entwerfenden Systems und nicht auf seine physische oder strukturelle Darstellung. Selbstverständlich ist das Endergebnis des Top-Down-Designs auch eine strukturelle oder schematische Darstellung des Projekts.

Der Punkt hier ist, dass Top-Down-Design Systemarchitekturmodelle erfordert und Bottom-Up-Design Strukturmodelle erfordert.

Vorteile (für alle CAD-Systeme):

1) Die Top-Down-Designmethodik dient als Voraussetzung für paralleles Design: die koordinierte Entwicklung von Hardware- und Software-Subsystemen.

2) Die Einführung der Top-Down-Entwurfsmethode wird durch Logiksynthesewerkzeuge erleichtert. Diese Tools ermöglichen die Umwandlung logischer Formeln in physikalisch umsetzbare Beschreibungen auf Logikgatterebene.

Damit:

vereinfachte physische Implementierung

effiziente Nutzung der Entwurfszeit

Technologievorlagen werden effektiv genutzt

Bei komplexen Designs mit Größenordnungen von mehreren hunderttausend Logikgattern ist es jedoch wünschenswert, eine globale Optimierung durch Modellierung und Analyse auf Systemebene erreichen zu können.

3) Die Top-Down-Entwurfsmethodik basiert auf der Tatsache, dass eine Projektspezifikation automatisch auf der Grundlage der anfänglichen funktionalen Anforderungen erstellt wird. Es sind die funktionalen Anforderungen, die den ersten Bestandteil beim Entwurf komplexer Systeme bilden. Dadurch verringert dieser Ansatz die Wahrscheinlichkeit eines nicht funktionsfähigen Systems. In vielen Fällen wird der Ausfall eines entworfenen Systems durch eine Diskrepanz zwischen den funktionalen Anforderungen und den Designspezifikationen verursacht.

4) Ein weiterer potenzieller Vorteil des Top-Down-Designs besteht darin, dass es die Entwicklung effektiver Tests zur Designverifizierung und -validierung sowie von Testvektoren zur Überwachung hergestellter Produkte ermöglicht.

5) Die Ergebnisse der Modellierung auf Systemebene können bereits in der Anfangsphase des Entwurfs als Grundlage für eine quantitative Bewertung des Projekts dienen. In späteren Phasen ist eine Simulation auf der Ebene des Logikgatters erforderlich, um das Design zu verifizieren und zu validieren. Eine homogene Designumgebung ermöglicht Ihnen den Vergleich der Simulationsergebnisse, die in der ersten und den folgenden Designphasen erzielt wurden.

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Methoden und Phasen des Entwurfs elektronischer Geräte. Die Rolle der Programmiersprache in computergestützten Designsystemen. Kurze Beschreibung von Computern, die zur Lösung von Automatisierungsproblemen beim Entwurf elektronischer Geräte eingesetzt werden.

A-Priorat, CAD ist ein organisatorisches und technisches System, das aus einer Reihe von Design-Automatisierungstools und einem Team von Abteilungsspezialisten besteht Designorganisation, Durchführung computergestützter Konstruktion Objekt, was das Ergebnis der Aktivität ist Designorganisation [54 , 9 ].

Aus dieser Definition ergibt sich Folgendes CAD- Dies ist kein Mittel zur Automatisierung, sondern ein System menschlicher Aktivität Von Design Objekte. Deshalb Automatisierung Design als wissenschaftliche und technische Disziplin unterscheidet sich vom üblichen Einsatz von Computern in Designprozessen dadurch, dass es sich um die Konstruktion eines Systems und nicht um eine Reihe einzelner Aufgaben handelt. Diese Disziplin ist methodisch, weil sie die Merkmale zusammenfasst, die verschiedenen spezifischen Anwendungen gemeinsam sind [ 59 ].

Ideales Betriebsschema CAD in Abb. dargestellt. 5.

Reis. 5. CAD-Funktionsdiagramm; KSA – eine Reihe technischer Mittel

Dieses Schema ist ideal im Sinne der vollständigen Einhaltung der Formulierung gemäß bestehenden Standards und der Nichteinhaltung realer Systeme, in denen nicht alle Entwurfsarbeiten mithilfe von Automatisierungstools durchgeführt werden und nicht alle Designer diese Tools verwenden.

Designer gehören, wie aus der Definition hervorgeht, dazu CAD. Diese Aussage ist durchaus legitim, denn... CAD ist ein computergestütztes und kein automatisches Designsystem. Dies bedeutet, dass einige der Entwurfsvorgänge immer von Menschen durchgeführt werden können und werden. Gleichzeitig ist in fortgeschritteneren Systemen die Freigabe funktioniert Die von Menschen geleistete Arbeit wird weniger sein, aber der Inhalt davon funktioniert wird kreativer sein und die Rolle der Person wird in den meisten Fällen verantwortungsvoller sein.

Aus der Definition CAD Daraus folgt, dass der Zweck seiner Funktionsweise das Design ist. Wie bereits erwähnt, ist Design ein Prozess der Informationsverarbeitung, der letztendlich dazu führt, ein vollständiges Bild von dem zu erhalten, was entworfen wird Objekt und Methoden zu seiner Herstellung [ 37 ].

In der Praxis des manuellen Designs eine vollständige Beschreibung dessen, was entworfen wird Objekt und Methoden seiner Herstellung enthält das Produktdesign und die technische Dokumentation. Als Bedingung für computergestütztes Design gilt der Name des endgültigen Designprodukts, das Daten enthält Objekt und die Technologien für seine Entstehung. In der Praxis heißt es Von-immer noch ein „Projekt“.

Design ist eine der komplexesten Arten geistiger Arbeit des Menschen. Darüber hinaus ist der Designprozess komplex Objekte Es liegt außerhalb der Macht einer einzelnen Person und wird von einem kreativen Team durchgeführt. Dies in seinem Warteschlange, macht den Designprozess noch komplexer und schwieriger zu formalisieren. Um einen solchen Prozess zu automatisieren, müssen Sie genau wissen, was er eigentlich ist und wie er von Entwicklern ausgeführt wird. Erfahrung weist darauf hin, dass das Studium von Designprozessen und deren Formalisierung daher den Spezialisten mit großen Schwierigkeiten überlassen wurde Automatisierung Das gesamte Design wurde schrittweise durchgeführt und umfasste konsequent alles Neue Projektabwicklung. Dementsprechend wurden nach und nach neue Systeme geschaffen und alte Systeme verbessert. Je mehr Teile das System unterteilt ist, desto schwieriger ist es, die Ausgangsdaten für jeden Teil richtig zu formulieren, desto einfacher ist es jedoch, eine Optimierung durchzuführen.

Automatisierungsobjekt entwerfen sind die Werke, die menschlichen Handlungen, die er während des Designprozesses ausführt. Und was sie entwerfen, heißt Designobjekt.

Eine Person kann ein Haus entwerfen, ein Auto, technologischer Prozess, industrielles Produkt. Genau solche Objekte entworfen, um zu entwerfen CAD. Gleichzeitig teilen sie CAD Produkte ( CAD Ich und CAD verarbeiten (CAD TP).

Somit, Designobjekte sind nicht Automatisierungsobjekte entwerfen. In der Produktionspraxis Design-Automatisierungsobjekt ist die gesamte Reihe von Aktionen von Designern, die ein Produkt entwickeln oder technologischer Prozess, oder beides, und Dokumentation der Entwicklungsergebnisse in Form von Entwurfs-, Technologie- und Betriebsdokumentation.

Durch die Unterteilung des gesamten Designprozesses in Phasen und Operationen, Sie können sie mit bestimmten mathematischen Methoden beschreiben und Tools definieren, um sie zu automatisieren. Dann ist es notwendig, das Auserwählte zu berücksichtigen Projektabwicklung Und Automatisierungstools in einem Komplex und finden Sie Wege, sie zu einem einzigen System zu kombinieren, das die Ziele erreicht.

Beim Entwerfen eines Komplexes Objekt verschieden Projektabwicklung werden viele Male wiederholt. Dies liegt daran, dass Design ein natürlicher Entwicklungsprozess ist. Es beginnt mit der Entwicklung eines allgemeinen Konzepts des Entworfenen Objekt, darauf basierend - vorläufiger Entwurf. Nachfolgend finden Sie ungefähre Lösungen (Schätzungen): vorläufiger Entwurf werden in allen nachfolgenden Entwurfsphasen spezifiziert. Im Allgemeinen kann ein solcher Prozess als Spirale dargestellt werden. Auf der unteren Windung der Spirale befindet sich das Konzept des Entworfenen Objekt, oben - endgültige Daten zum Entwurf Objekt. Aus Sicht der Infoist jede Windung der Spirale identisch Operationen, aber in zunehmender Lautstärke. Daher instrumental Automatisierungstools sich wiederholende Vorgänge können gleich sein.

In der Praxis ist es sehr schwierig, das Problem der Formalisierung des gesamten Designprozesses vollständig zu lösen. Wenn jedoch zumindest ein Teil der Designvorgänge automatisiert wird, wird es sich dennoch rechtfertigen, da es eine Weiterentwicklung des Geschaffenen ermöglicht CAD basierend auf fortschrittlicheren technischen Lösungen und mit weniger Ressourcen.

Generell lassen sich für alle Phasen des Produktdesigns und deren Fertigungstechnik folgende Haupttypen typischer Informationsverarbeitungsvorgänge unterscheiden:

Suche und Auswahl notwendiger Informationen aus verschiedenen Quellen;

Analyse ausgewählter Informationen;

Berechnungen durchführen;

Designentscheidungen treffen;

Registrierung von Designlösungen in einer für die weitere Verwendung geeigneten Form (in späteren Designphasen, während der Herstellung oder des Betriebs des Produkts).

Automatisierung der aufgeführten Informationsverarbeitungsvorgänge und -prozesse zur Verwaltung der Informationsnutzung in allen Phasen des Entwurfs ist die Essenz der Funktionsweise moderner CAD-Systeme.

Was sind die Hauptmerkmale computergestützter Designsysteme und ihre grundlegenden Unterschiede zu „aufgabenbasierten“ Automatisierungsmethoden?

Das erste charakteristische Merkmal ist die Fähigkeit umfassend Lösung eines allgemeinen Entwurfsproblems, Herstellung einer engen Verbindung zwischen einzelnen Aufgaben, d. h. die Möglichkeit eines intensiven Informationsaustauschs und einer Interaktion nicht nur einzelner Verfahren, sondern auch von Entwurfsphasen. Zum Beispiel in Bezug auf die technische (gestalterische) Entwurfsphase CAD RES ermöglicht die Lösung von Layout-, Platzierungs- und Routingproblemen in enger Wechselbeziehung, die in die Hardware und Software des Systems eingebettet werden müssen.

In Bezug auf übergeordnete Systeme können wir davon sprechen, eine enge Informationsverbindung zwischen der Schaltung und den technischen Phasen des Entwurfs herzustellen. Solche Systeme ermöglichen die Schaffung funkelektronischer Mittel, die im Hinblick auf eine Reihe funktionaler, gestalterischer und technologischer Anforderungen effektiver sind.

Der zweite Unterschied CAD RES ist interaktiver Modus Design, bei dem ein kontinuierlicher Prozess durchgeführt wird Dialog„Mensch-Maschine“. Egal wie komplex und anspruchsvoll die formalen Gestaltungsmethoden sind, egal wie großartig Leistung Mithilfe von Computerwerkzeugen ist es unmöglich, komplexe Geräte ohne die kreative Beteiligung von Menschen herzustellen. Entwerfen Sie Automatisierungssysteme Von Ihr Design soll den Designer nicht ersetzen, sondern als kraftvolles Werkzeug für seine kreative Tätigkeit dienen.

Drittes Feature CAD RES liegt in der Möglichkeit Simulationsmodellierung radioelektronische Systeme unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Simulationsmodellierung ermöglicht es, die Reaktion des Entworfenen vorherzusagen Objekt gegenüber einer Vielzahl von Störungen ermöglicht es dem Designer, die Früchte seiner Arbeit in Aktion zu „sehen“, ohne Prototypen zu erstellen. Der Wert dieser Funktion CAD ist, dass es in den meisten Fällen äußerst schwierig ist, eine systemische Lösung zu formulieren Leistungskriterium RES. Effizienz ist mit einer Vielzahl von Anforderungen unterschiedlicher Art verbunden und hängt von einer Vielzahl von Parametern des erneuerbaren Energieträgers und externen Faktoren ab. Daher ist es bei komplexen Entwurfsproblemen nahezu unmöglich, das Verfahren zum Finden des Optimums zu formalisieren Von Kriterium für die umfassende Wirksamkeit der Lösung. Simulationsmodellierung ermöglicht es Ihnen, verschiedene Lösungsoptionen zu testen und die beste auszuwählen, und zwar schnell und unter Berücksichtigung aller möglichen Faktoren und Störungen.

Das vierte Merkmal ist die erhebliche Komplikation der Software- und Informationsunterstützung für das Design. Wir sprechen nicht nur von einer quantitativen, volumetrischen Steigerung, sondern auch von einer ideologischen Komplexität, die mit der Notwendigkeit verbunden ist, Kommunikationssprachen zwischen dem Designer und dem Computer zu schaffen, Datenbanken zu entwickeln und Programme für den Informationsaustausch zwischen den Bestandteilen des Computers zu entwickeln System- und Designprogramme. Als Ergebnis des Designs entstehen neue, fortschrittlichere erneuerbare Energieträger, die sich von ihren Analoga und Prototypen durch eine höhere Effizienz aufgrund der Verwendung neuer physikalischer Phänomene und Funktionsprinzipien, einer fortschrittlicheren Elementbasis und -struktur, verbesserter Designs und fortschrittlicher technologischer Prozesse unterscheiden.

Test zum Thema:

Phasen des Entwurfs elektronischer Systeme

Eine Entwurfslösung ist eine Zwischenbeschreibung des entworfenen Objekts, die auf der einen oder anderen hierarchischen Ebene als Ergebnis der Durchführung eines Verfahrens (auf der entsprechenden Ebene) erhalten wird.

Das Designverfahren ist ein integraler Bestandteil des Designprozesses. Beispiele für Designverfahren sind die Synthese des Funktionsdiagramms des entworfenen Geräts, Modellierung, Verifizierung, Routing von Verbindungen auf einer Leiterplatte usw.

Der Kraftwerksentwurf ist in Phasen unterteilt. Eine Phase ist eine bestimmte Abfolge von Entwurfsverfahren. Die allgemeine Reihenfolge der Entwurfsphasen ist wie folgt:

Erstellung technischer Spezifikationen;

Projekteingabe;

Architektur-Design;

funktionales und logisches Design;

Schaltungsdesign;

topologisches Design;

Herstellung eines Prototyps;

Bestimmung von Geräteeigenschaften.

Erstellung technischer Spezifikationen. Anforderungen an das entworfene Produkt, seine Eigenschaften werden ermittelt und technische Spezifikationen für das Design erstellt.

Projekteingabe. Jede Entwurfsphase verfügt über eigene Eingabemittel. Darüber hinaus bieten viele Werkzeugsysteme mehr als eine Möglichkeit, das Projekt zu beschreiben.

Leistungsstarke Grafik- und Texteditoren für Projektbeschreibungen moderner Designsysteme sind effektiv. Solche Editoren geben dem Entwickler die Möglichkeit, ein Blockdiagramm eines großen Systems zu zeichnen, Modelle einzelnen Blöcken zuzuordnen und diese über Busse und Signalübertragungswege zu verbinden. Editoren verknüpfen in der Regel automatisch Textbeschreibungen von Blöcken und Verbindungen mit entsprechenden grafischen Bildern und ermöglichen so eine umfassende Systemmodellierung. Dies ermöglicht es Systemingenieuren, ihren gewohnten Arbeitsstil nicht zu ändern: Sie können weiterhin denken und ein Flussdiagramm ihres Projekts wie auf einem Blatt Papier skizzieren, während gleichzeitig genaue Informationen über das System eingegeben und gesammelt werden.

Logische Gleichungen oder Schaltpläne werden oft sehr gut zur Beschreibung der grundlegenden Schnittstellenlogik verwendet.

Wahrheitstabellen eignen sich zur Beschreibung von Decodern oder anderen einfachen Logikblöcken.

Hardwarebeschreibungssprachen, die Konstrukte vom Typ Zustandsmaschine enthalten, sind in der Regel viel effizienter bei der Darstellung komplexerer logischer Funktionsblöcke, wie z. B. Steuerblöcke.

Architektur-Design. Stellt das Design des elektronischen Geräts auf der Ebene der Signalübertragung an die CPU und den Speicher, den Speicher und die Steuereinheit dar. In dieser Phase wird die Zusammensetzung des Geräts als Ganzes bestimmt und seine wichtigsten Hardware- und Softwarekomponenten bestimmt.

Diese. Der Entwurf eines gesamten Systems mit einer Darstellung auf hoher Ebene zur Überprüfung der Korrektheit architektonischer Lösungen erfolgt normalerweise in Fällen, in denen ein grundlegend neues System entwickelt wird und alle architektonischen Probleme sorgfältig ausgearbeitet werden müssen.

In vielen Fällen erfordert ein vollständiger Systementwurf die Einbeziehung nichtelektrischer Komponenten und Effekte in den Entwurf, die in einem einzigen Simulationspaket getestet werden sollen.

Die Elemente dieser Ebene sind: Prozessor, Speicher, Controller, Busse. Bei der Konstruktion von Modellen und der Simulation des Systems kommen hier Methoden der Graphentheorie, der Mengenlehre, der Theorie der Markov-Prozesse, der Warteschlangentheorie sowie logische und mathematische Mittel zur Beschreibung der Funktionsweise des Systems zum Einsatz.

In der Praxis ist vorgesehen, eine parametrisierte Systemarchitektur aufzubauen und optimale Parameter für ihre Konfiguration auszuwählen. Folglich müssen die entsprechenden Modelle parametrisiert werden. Die Konfigurationsparameter des Architekturmodells bestimmen, welche Funktionen in Hardware und welche in Software implementiert werden. Einige Konfigurationsoptionen für Hardware umfassen:

Anzahl, Kapazität und Kapazität der Systembusse;

Speicherzugriffszeit;

Cache-Speichergröße;

Anzahl Prozessoren, Ports, Registerblöcke;

Kapazität der Datenübertragungspuffer.

Zu den Softwarekonfigurationsparametern gehören beispielsweise:

Scheduler-Parameter;

Priorität der Aufgaben;

Intervall „Müllbeseitigung“;

das maximal zulässige CPU-Intervall für das Programm;

Parameter des Speicherverwaltungssubsystems (Seitengröße, Segmentgröße sowie Verteilung der Dateien auf Festplattensektoren);

Konfigurationsparameter für die Datenübertragung:

Timeout-Intervallwert;

Fragmentgröße;

Protokollparameter zur Fehlererkennung und -korrektur.

Reis. 1 – Reihenfolge der Entwurfsverfahren für die Architekturentwurfsphase

Beim interaktiven Design auf Systemebene werden zunächst Funktionsspezifikationen auf Systemebene in Form von Datenflussdiagrammen eingeführt und Komponententypen zur Implementierung verschiedener Funktionen ausgewählt (Abbildung 1). Die Hauptaufgabe besteht darin, eine Systemarchitektur zu entwickeln, die den vorgegebenen Funktions-, Geschwindigkeits- und Kostenanforderungen gerecht wird. Fehler auf Architekturebene sind viel kostspieliger als Entscheidungen, die während des physischen Implementierungsprozesses getroffen werden.

Architekturmodelle sind wichtig und spiegeln die Logik des Systemverhaltens und seine zeitlichen Merkmale wider, was es ermöglicht, funktionale Probleme zu identifizieren. Sie verfügen über vier wichtige Merkmale:

Sie stellen die Funktionalität von Hardware- und Softwarekomponenten mithilfe von Datenabstraktionen auf hoher Ebene in Form von Datenströmen genau dar.

Architekturmodelle stellen die Implementierungstechnologie abstrakt in Form von Zeitparametern dar. Die spezifische Implementierungstechnologie wird durch die spezifischen Werte dieser Parameter bestimmt;

Architekturmodelle enthalten Schaltkreise, die es vielen Funktionsblöcken ermöglichen, Komponenten gemeinsam zu nutzen (zu teilen);

diese Modelle müssen parametrierbar, typisierbar und wiederverwendbar sein;

Die Modellierung auf Systemebene ermöglicht es dem Entwickler, alternative Systementwürfe im Hinblick auf die Beziehung zwischen ihrer Funktionalität, Leistung und Kosten zu bewerten.

Top-Down-Design-Tool-System (ASIC Navigator, Compass Design Automation) für ASICs und Systeme.

Ein Versuch, Ingenieure von der Konstruktion auf Ventilebene zu befreien.

Logikassistent (Logikassistent);

Designassistent;

ASIC Synthesizez (ASIC-Synthesizer);

Es handelt sich um eine einheitliche Design- und Analyseumgebung. Ermöglicht Ihnen die Erstellung einer ASIC-Spezifikation durch Eingabe grafischer und textlicher Beschreibungen Ihrer Designs. Benutzer können ihre Entwürfe mit den meisten High-Level-Eingabemethoden beschreiben, darunter Flussdiagramme, boolesche Formeln, Zustandsdiagramme, VHDL- und Verilog-Sprachanweisungen und mehr. Die Systemsoftware unterstützt diese Eingabemethoden als Grundlage für den gesamten nachfolgenden ASIC-Systemdesignprozess.

Die allgemeine Architektur des entworfenen ASIC kann in Form miteinander verbundener Funktionsblöcke dargestellt werden, ohne deren physische Aufteilung zu berücksichtigen. Diese Blöcke können dann so beschrieben werden, dass sie den spezifischen Merkmalen jeder Funktion am besten entsprechen. Beispielsweise kann der Benutzer Steuerlogik mithilfe von Zustandsdiagrammen, arithmetische Funktionsblöcke mithilfe von Datenpfaddiagrammen und algorithmische Funktionen mithilfe von VHDL beschreiben. Die endgültige Beschreibung kann eine Kombination aus Text und Grafiken sein und dient als Grundlage für die Analyse und Implementierung des ASIC.

Das Logic Assistant-Subsystem wandelt die empfangene Spezifikation in verhaltensbezogenen VHDL-Code um. Dieser Code kann mit einem von einem Drittanbieter entwickelten VHDL-Modellierungssystem verarbeitet werden. Durch die Änderung der Spezifikation auf Verhaltensebene ist es möglich, bereits in der Anfangsphase des Entwurfs Änderungen vorzunehmen und Fehler zu beheben.

Designassistent

Sobald die Spezifikation überprüft wurde, kann sie auf dem ASIC-Gerät angezeigt werden. Zunächst muss der Anwender jedoch entscheiden, wie er ein solch anspruchsvolles Projekt am besten umsetzen kann. Die Designbeschreibung kann auf Basis von Standardelementen auf ein oder mehrere Gate-Arrays oder ICs abgebildet werden.

Dising Assistant unterstützt Benutzer bei der Bewertung verschiedener Optionen, um die optimale Implementierung zu erreichen. D.A. Bestimmt auf Anweisung des Benutzers die geschätzte Chipgröße, mögliche Verpackungsmethoden, den Stromverbrauch und die geschätzte Anzahl von Logikgattern für jede Zerlegungsoption und für jeden ASIC-Typ.

Der Benutzer kann dann interaktiv eine Was-wäre-wenn-Analyse durchführen, alternative technische Lösungen mit unterschiedlichen Designaufschlüsselungen erkunden oder Standard-Gate-Array-Elemente anordnen und verschieben. Auf diese Weise kann der Anwender den optimalen Ansatz finden, der den Spezifikationsanforderungen entspricht.

ASIC-Synthesizer

Sobald eine bestimmte Entwurfsoption ausgewählt wurde, muss deren Verhaltensbeschreibung in eine Darstellung auf Logikgatterebene umgewandelt werden. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsintensiv.

Auf der Gatterebene können als Strukturelemente ausgewählt werden: logische Gatter, Trigger sowie Wahrheitstabellen und logische Gleichungen als Beschreibungsmittel. Bei Verwendung der Registerebene sind die Strukturelemente: Register, Addierer, Zähler, Multiplexer und die Beschreibungsmittel sind Wahrheitstabellen, Mikrooperationssprachen und Übergangstabellen.

Auf der funktional-logischen Ebene haben sich die sogenannten logischen Simulationsmodelle oder einfach Simulationsmodelle (IM) verbreitet. IMs spiegeln nur die äußere Logik und die zeitlichen Merkmale der Funktionsweise des entworfenen Geräts wider. Typischerweise sollten in einem MI die internen Abläufe und die interne Struktur nicht denen im realen Gerät ähneln. Aber die simulierten Abläufe und zeitlichen Funktionsmerkmale, wie sie von außen beobachtet werden, in einem IM müssen denen eines realen Geräts angemessen sein.

Test zum Thema:

Phasen des Entwurfs elektronischer Systeme

Eine Entwurfslösung ist eine Zwischenbeschreibung des entworfenen Objekts, die auf der einen oder anderen hierarchischen Ebene als Ergebnis der Durchführung eines Verfahrens (auf der entsprechenden Ebene) erhalten wird.

Das Designverfahren ist ein integraler Bestandteil des Designprozesses. Beispiele für Designverfahren sind die Synthese des Funktionsdiagramms des entworfenen Geräts, Modellierung, Verifizierung, Routing von Verbindungen auf einer Leiterplatte usw.

Der Kraftwerksentwurf ist in Phasen unterteilt. Eine Phase ist eine bestimmte Abfolge von Entwurfsverfahren. Die allgemeine Reihenfolge der Entwurfsphasen ist wie folgt:

·Zeichnung technischer Spezifikationen;

·Projekteingabe;

·Architektur-Design;

·funktionales und logisches Design;

· Schaltungsdesign;

topologisches Design;

·Herstellung eines Prototyps;

· Bestimmung von Geräteeigenschaften.

Erstellung technischer Spezifikationen. Anforderungen an das entworfene Produkt, seine Eigenschaften werden ermittelt und technische Spezifikationen für das Design erstellt.

Projekteingabe. Jede Entwurfsphase verfügt über eigene Eingabemittel. Darüber hinaus bieten viele Werkzeugsysteme mehr als eine Möglichkeit, das Projekt zu beschreiben.

Leistungsstarke Grafik- und Texteditoren für Projektbeschreibungen moderner Designsysteme sind effektiv. Solche Editoren geben dem Entwickler die Möglichkeit, ein Blockdiagramm eines großen Systems zu zeichnen, Modelle einzelnen Blöcken zuzuordnen und diese über Busse und Signalübertragungswege zu verbinden. Editoren verknüpfen in der Regel automatisch Textbeschreibungen von Blöcken und Verbindungen mit entsprechenden grafischen Bildern und ermöglichen so eine umfassende Systemmodellierung. Dies ermöglicht es Systemingenieuren, ihren gewohnten Arbeitsstil nicht zu ändern: Sie können weiterhin denken und ein Flussdiagramm ihres Projekts wie auf einem Blatt Papier skizzieren, während gleichzeitig genaue Informationen über das System eingegeben und gesammelt werden.

Logische Gleichungen oder Schaltpläne werden oft sehr gut zur Beschreibung der grundlegenden Schnittstellenlogik verwendet.

Wahrheitstabellen eignen sich zur Beschreibung von Decodern oder anderen einfachen Logikblöcken.

Hardwarebeschreibungssprachen, die Konstrukte vom Typ Zustandsmaschine enthalten, sind in der Regel viel effizienter bei der Darstellung komplexerer logischer Funktionsblöcke, wie z. B. Steuerblöcke.

Architektur-Design. Stellt das Design des elektronischen Geräts auf der Ebene der Signalübertragung an die CPU und den Speicher, den Speicher und die Steuereinheit dar. In dieser Phase wird die Zusammensetzung des Geräts als Ganzes bestimmt und seine wichtigsten Hardware- und Softwarekomponenten bestimmt.

Diese. Der Entwurf eines gesamten Systems mit einer Darstellung auf hoher Ebene zur Überprüfung der Korrektheit architektonischer Lösungen erfolgt normalerweise in Fällen, in denen ein grundlegend neues System entwickelt wird und alle architektonischen Probleme sorgfältig ausgearbeitet werden müssen.

In vielen Fällen erfordert ein vollständiger Systementwurf die Einbeziehung nichtelektrischer Komponenten und Effekte in den Entwurf, die in einem einzigen Simulationspaket getestet werden sollen.

Die Elemente dieser Ebene sind: Prozessor, Speicher, Controller, Busse. Bei der Konstruktion von Modellen und der Simulation des Systems kommen hier Methoden der Graphentheorie, der Mengenlehre, der Theorie der Markov-Prozesse, der Warteschlangentheorie sowie logische und mathematische Mittel zur Beschreibung der Funktionsweise des Systems zum Einsatz.

In der Praxis ist vorgesehen, eine parametrisierte Systemarchitektur aufzubauen und optimale Parameter für ihre Konfiguration auszuwählen. Folglich müssen die entsprechenden Modelle parametrisiert werden. Die Konfigurationsparameter des Architekturmodells bestimmen, welche Funktionen in Hardware und welche in Software implementiert werden. Einige Konfigurationsoptionen für Hardware umfassen:

·Anzahl, Bitkapazität und Kapazität der Systembusse;

Speicherzugriffszeit;

Cache-Speichergröße;

Anzahl Prozessoren, Ports, Registerblöcke;

·Kapazität der Datenübertragungspuffer.

Zu den Softwarekonfigurationsparametern gehören beispielsweise:

Scheduler-Parameter;

Priorität der Aufgaben;

· Intervall „Müllbeseitigung“;

·maximal zulässiges CPU-Intervall für das Programm;

·Parameter des Speicherverwaltungssubsystems (Seitengröße, Segmentgröße sowie Verteilung der Dateien auf Festplattensektoren);

Konfigurationsparameter für die Datenübertragung:

·Timeout-Intervallwert;

Fragmentgröße;

·Protokollparameter zur Fehlererkennung und -korrektur.

Reis. 1 – Reihenfolge der Entwurfsverfahren für die Architekturentwurfsphase

Beim interaktiven Design auf Systemebene werden zunächst Funktionsspezifikationen auf Systemebene in Form von Datenflussdiagrammen eingeführt und Komponententypen zur Implementierung verschiedener Funktionen ausgewählt (Abbildung 1). Die Hauptaufgabe besteht darin, eine Systemarchitektur zu entwickeln, die den vorgegebenen Funktions-, Geschwindigkeits- und Kostenanforderungen gerecht wird. Fehler auf Architekturebene sind viel kostspieliger als Entscheidungen, die während des physischen Implementierungsprozesses getroffen werden.

Architekturmodelle sind wichtig und spiegeln die Logik des Systemverhaltens und seine zeitlichen Merkmale wider, was es ermöglicht, funktionale Probleme zu identifizieren. Sie verfügen über vier wichtige Merkmale:

Sie stellen die Funktionalität von Hardware- und Softwarekomponenten mithilfe von Datenabstraktionen auf hoher Ebene in Form von Datenströmen genau dar.

·Architekturmodelle stellen die Implementierungstechnologie abstrakt in Form von Zeitparametern dar. Die spezifische Implementierungstechnologie wird durch die spezifischen Werte dieser Parameter bestimmt;

·Architekturmodelle enthalten Schaltkreise, die es vielen Funktionsblöcken ermöglichen, Komponenten gemeinsam zu nutzen;

· diese Modelle müssen eine Parametrisierung, Typisierung und Wiederverwendung ermöglichen;

Die Modellierung auf Systemebene ermöglicht es dem Entwickler, alternative Systementwürfe im Hinblick auf die Beziehung zwischen ihrer Funktionalität, Leistung und Kosten zu bewerten.

Top-Down-Design-Tool-System (ASIC Navigator, Compass Design Automation) für ASICs und Systeme.

Ein Versuch, Ingenieure von der Konstruktion auf Ventilebene zu befreien.

Logikassistent (Logikassistent);

·Designassistent;

·ASIC Synthesizez (ASIC-Synthesizer);

·Testassistent;

Es handelt sich um eine einheitliche Design- und Analyseumgebung. Ermöglicht Ihnen die Erstellung einer ASIC-Spezifikation durch Eingabe grafischer und textlicher Beschreibungen Ihrer Designs. Benutzer können ihre Entwürfe mit den meisten High-Level-Eingabemethoden beschreiben, darunter Flussdiagramme, boolesche Formeln, Zustandsdiagramme, VHDL- und Verilog-Sprachanweisungen und mehr. Die Systemsoftware unterstützt diese Eingabemethoden als Grundlage für den gesamten nachfolgenden ASIC-Systemdesignprozess.

Die allgemeine Architektur des entworfenen ASIC kann in Form miteinander verbundener Funktionsblöcke dargestellt werden, ohne deren physische Aufteilung zu berücksichtigen. Diese Blöcke können dann so beschrieben werden, dass sie den spezifischen Merkmalen jeder Funktion am besten entsprechen. Beispielsweise kann der Benutzer Steuerlogik mithilfe von Zustandsdiagrammen, arithmetische Funktionsblöcke mithilfe von Datenpfaddiagrammen und algorithmische Funktionen mithilfe von VHDL beschreiben. Die endgültige Beschreibung kann eine Kombination aus Text und Grafiken sein und dient als Grundlage für die Analyse und Implementierung des ASIC.

Das Logic Assistant-Subsystem wandelt die empfangene Spezifikation in verhaltensbezogenen VHDL-Code um. Dieser Code kann mit einem von einem Drittanbieter entwickelten VHDL-Modellierungssystem verarbeitet werden. Durch die Änderung der Spezifikation auf Verhaltensebene ist es möglich, bereits in der Anfangsphase des Entwurfs Änderungen vorzunehmen und Fehler zu beheben.

Designassistent

Sobald die Spezifikation überprüft wurde, kann sie auf dem ASIC-Gerät angezeigt werden. Zunächst muss der Anwender jedoch entscheiden, wie er ein solch anspruchsvolles Projekt am besten umsetzen kann. Die Designbeschreibung kann auf Basis von Standardelementen auf ein oder mehrere Gate-Arrays oder ICs abgebildet werden.

Dising Assistant unterstützt Benutzer bei der Bewertung verschiedener Optionen, um die optimale Implementierung zu erreichen. D.A. Bestimmt auf Anweisung des Benutzers die geschätzte Chipgröße, mögliche Verpackungsmethoden, den Stromverbrauch und die geschätzte Anzahl von Logikgattern für jede Zerlegungsoption und für jeden ASIC-Typ.

Der Benutzer kann dann interaktiv eine Was-wäre-wenn-Analyse durchführen, alternative technische Lösungen mit unterschiedlichen Designaufschlüsselungen erkunden oder Standard-Gate-Array-Elemente anordnen und verschieben. Auf diese Weise kann der Anwender den optimalen Ansatz finden, der den Spezifikationsanforderungen entspricht.

ASIC-Synthesizer

Sobald eine bestimmte Entwurfsoption ausgewählt wurde, muss deren Verhaltensbeschreibung in eine Darstellung auf Logikgatterebene umgewandelt werden. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsintensiv.

Auf der Gatterebene können als Strukturelemente ausgewählt werden: logische Gatter, Trigger sowie Wahrheitstabellen und logische Gleichungen als Beschreibungsmittel. Bei Verwendung der Registerebene sind die Strukturelemente: Register, Addierer, Zähler, Multiplexer und die Beschreibungsmittel sind Wahrheitstabellen, Mikrooperationssprachen und Übergangstabellen.

Auf der funktional-logischen Ebene haben sich die sogenannten logischen Simulationsmodelle oder einfach Simulationsmodelle (IM) verbreitet. IMs spiegeln nur die äußere Logik und die zeitlichen Merkmale der Funktionsweise des entworfenen Geräts wider. Typischerweise sollten in einem MI die internen Abläufe und die interne Struktur nicht denen im realen Gerät ähneln. Aber die simulierten Abläufe und zeitlichen Funktionsmerkmale, wie sie von außen beobachtet werden, in einem IM müssen denen eines realen Geräts angemessen sein.

Modelle dieser Stufe werden verwendet, um die korrekte Implementierung spezifizierter Algorithmen für das Funktionieren einer funktionalen oder logischen Schaltung sowie Zeitdiagramme des Geräts zu überprüfen, ohne eine spezifische Hardware-Implementierung und unter Berücksichtigung der Merkmale der Elementbasis.

Dies geschieht mithilfe logischer Modellierungsmethoden. Unter logischer Modellierung versteht man die Simulation des Betriebs eines Funktionsschaltkreises auf einem Computer im Sinne der Übertragung von Informationen, die in Form der logischen Werte „0“ und „1“ dargestellt werden, vom Eingang des Schaltkreises zu seinem Ausgang. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Logikschaltung umfasst sowohl die Überprüfung der von der Schaltung implementierten logischen Funktionen als auch die Überprüfung der Zeitbeziehungen (das Vorhandensein kritischer Pfade, Ausfallrisiken und Signalwettlauf). Die Hauptaufgaben, die mit Hilfe von Modellen auf dieser Ebene gelöst werden, sind die Überprüfung von Funktions- und Schaltplänen sowie die Analyse von Diagnosetests.

Unter Schaltungsdesign versteht man den Prozess der Entwicklung grundlegender elektrischer Schaltungen und Spezifikationen gemäß den Anforderungen der technischen Spezifikationen. Die entworfenen Geräte können sein: analog (Generatoren, Verstärker, Filter, Modulatoren usw.), digital (verschiedene Logikschaltungen), gemischt (analog-digital).

In der Schaltungsentwurfsphase werden elektronische Geräte auf Schaltungsebene dargestellt. Die Elemente dieser Ebene sind aktive und passive Komponenten: Widerstand, Kondensator, Induktivität, Transistoren, Dioden usw. Ein typisches Schaltungsfragment (Gate, Trigger usw.) kann auch als Element auf Schaltungsebene verwendet werden. Der elektronische Schaltkreis des entworfenen Produkts ist eine Kombination idealer Komponenten, die die Struktur und Elementzusammensetzung des entworfenen Produkts ziemlich genau widerspiegelt. Es wird davon ausgegangen, dass sich die idealen Komponenten der Schaltung mit vorgegebenen Parametern und Eigenschaften mathematisch beschreiben lassen. Das mathematische Modell einer elektronischen Schaltungskomponente ist eine ODE in Bezug auf die Variablen Strom und Spannung. Ein mathematisches Modell eines Geräts wird durch einen Satz algebraischer oder Differentialgleichungen dargestellt, die die Beziehungen zwischen Strömen und Spannungen in verschiedenen Komponenten der Schaltung ausdrücken. Mathematische Modelle typischer Schaltkreisfragmente werden Makromodelle genannt.

Die Schaltungsentwurfsphase umfasst die folgenden Entwurfsverfahren:

Struktursynthese – Aufbau eines Ersatzschaltbildes des entworfenen Geräts

·Die Berechnung statischer Eigenschaften umfasst die Bestimmung von Strömen und Spannungen in jedem Knoten des Stromkreises. Analyse der Strom-Spannungs-Kennlinien und Untersuchung des Einflusses von Komponentenparametern auf diese.

·Die Berechnung dynamischer Eigenschaften besteht darin, die Ausgangsparameter der Schaltung in Abhängigkeit von Änderungen interner und externer Parameter zu bestimmen (Einzelvariantenanalyse) sowie die Empfindlichkeit und den Grad der Streuung relativ zu den Nennwerten der Ausgangsparameter zu bewerten abhängig von den Eingabe- und externen Parametern der elektronischen Schaltung (multivariate Analyse).

· parametrische Optimierung, die solche Werte der internen Parameter der elektronischen Schaltung bestimmt, die die Ausgangsparameter optimieren.

Es gibt Top-Down- (Top-Down) und Bottom-Up-Design (Bottom-Up). Beim Top-Down-Design werden Schritte, die höhere Ebenen der Gerätedarstellung verwenden, vor Schritten ausgeführt, die niedrigere Hierarchieebenen verwenden. Beim Bottom-up-Design ist die Reihenfolge umgekehrt.

Wenn Sie einen Projektbaum betrachten, können Sie auf zwei Designkonzepte verweisen: Bottom-Up (Bottom-Up) und Top-Down (Top-Down). Hier bezieht sich das Wort „oben“ auf die Wurzel des Baumes und das Wort „unten“ auf die Blätter. Beim Top-Down-Design kann die Arbeit bereits beginnen, wenn der Entwickler bereits nur die Funktionen des Roots kennt – und er (oder sie) den Root zunächst in einen bestimmten Satz von Primitiven auf niedrigerer Ebene aufteilt.

Danach arbeitet der Entwickler mit der zugrunde liegenden Ebene und zerlegt die Grundelemente dieser Ebene. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis er die Blattknoten des Projekts erreicht. Um das Top-Down-Design zu charakterisieren, ist es wichtig zu beachten, dass die Partition auf jeder Ebene nach dem einen oder anderen objektiven Kriterium optimiert wird. Dabei ist die Teilung nicht an den Rahmen des „Bereits Existierenden“ gebunden.

Der Begriff „Bottom-up-Design“ ist etwas irreführend, da der Designprozess immer noch mit der Definition der Wurzel des Baums beginnt, in diesem Fall erfolgt die Partitionierung jedoch auf der Grundlage der bereits vorhandenen Komponenten, die als Grundelemente verwendet werden können ; Mit anderen Worten: Bei der Partitionierung muss der Entwickler davon ausgehen, welche Komponenten in Blattknoten dargestellt werden. Diese ganz „unteren“ Teile werden zuerst entworfen. Top-Down-Design scheint der geeignetste Ansatz zu sein, seine Schwäche besteht jedoch darin, dass die resultierenden Komponenten nicht „Standard“ sind, was die Kosten des Projekts erhöht. Daher scheint eine Kombination aus Bottom-Up- und Top-Down-Entwurfsmethoden am rationalsten zu sein.

Es wird vorhergesagt, dass die überwiegende Mehrheit der Elektronik- und Computeringenieure Top-Down-Methoden verwenden wird. Sie werden im Wesentlichen zu Systemingenieuren, wobei ein erheblicher Teil ihrer Zeit dem Produktdesign auf der Verhaltensebene gewidmet wird.

Der Entwurf elektronischer Systeme folgt heute einer Bottom-up-Methodik, wobei der erste Schritt im Entwurfsprozess normalerweise die Eingabe einer Schaltungsbeschreibung auf struktureller Ebene ist (natürlich auf der IC- und diskreten Komponentenebene). Nach der Bestimmung der Struktur wird eine Beschreibung des Verhaltens dieses Systems in der einen oder anderen Sprache zur Beschreibung dieser Ausrüstung eingeführt und eine Modulation durchgeführt. In diesem Fall wird der elektronische Teil des Projekts manuell, also ohne Einsatz von Designtools, durchgeführt.

Die zunehmende Komplexität entworfener Systeme führt dazu, dass Entwickler praktisch die Fähigkeit verlieren, das Projekt intuitiv zu analysieren, also die Qualität und Eigenschaften der Systemdesignspezifikation zu bewerten. Und die Modellierung auf Systemebene mithilfe von Architekturmodellen (als erste Stufe des Top-Down-Designprozesses) bietet eine solche Möglichkeit.

Beim Top-Down-Design werden die beiden oben beschriebenen Schritte des Bottom-Up-Designs in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Top-Down-Design konzentriert sich auf die Verhaltensdarstellung des zu entwerfenden Systems und nicht auf seine physische oder strukturelle Darstellung. Selbstverständlich ist das Endergebnis des Top-Down-Designs auch eine strukturelle oder schematische Darstellung des Projekts.

Der Punkt hier ist, dass Top-Down-Design Systemarchitekturmodelle erfordert und Bottom-Up-Design Strukturmodelle erfordert.

Vorteile (für alle CAD-Systeme):

1) Die Top-Down-Designmethodik dient als Voraussetzung für paralleles Design: die koordinierte Entwicklung von Hardware- und Software-Subsystemen.

2) Die Einführung der Top-Down-Entwurfsmethode wird durch Logiksynthesewerkzeuge erleichtert. Diese Tools ermöglichen die Umwandlung logischer Formeln in physikalisch umsetzbare Beschreibungen auf Logikgatterebene.

Damit:

Die physische Implementierung wird vereinfacht

effiziente Nutzung der Entwurfszeit

·Technologische Vorlagen werden effektiv genutzt

Bei komplexen Designs mit Größenordnungen von mehreren hunderttausend Logikgattern ist es jedoch wünschenswert, eine globale Optimierung durch Modellierung und Analyse auf Systemebene erreichen zu können.

3) Die Top-Down-Entwurfsmethodik basiert auf der Tatsache, dass eine Projektspezifikation automatisch auf der Grundlage der anfänglichen funktionalen Anforderungen erstellt wird. Es sind die funktionalen Anforderungen, die den ersten Bestandteil beim Entwurf komplexer Systeme bilden. Dadurch verringert dieser Ansatz die Wahrscheinlichkeit eines nicht funktionsfähigen Systems. In vielen Fällen wird der Ausfall eines entworfenen Systems durch eine Diskrepanz zwischen den funktionalen Anforderungen und den Designspezifikationen verursacht.

4) Ein weiterer potenzieller Vorteil des Top-Down-Designs besteht darin, dass es die Entwicklung effektiver Tests zur Designverifizierung und -validierung sowie von Testvektoren zur Überwachung hergestellter Produkte ermöglicht.

5) Die Ergebnisse der Modellierung auf Systemebene können bereits in der Anfangsphase des Entwurfs als Grundlage für eine quantitative Bewertung des Projekts dienen. In späteren Phasen ist eine Simulation auf der Ebene des Logikgatters erforderlich, um das Design zu verifizieren und zu validieren. Eine homogene Designumgebung ermöglicht Ihnen den Vergleich der Simulationsergebnisse, die in der ersten und den folgenden Designphasen erzielt wurden.

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