Проблема оптимизации задачи проектирования
Основная задача конструкторского проектирования в САПР ИЭТ
Основная задача в САПР ЭВМ
Принцип проектирования сборочных единиц
Основные задачи коммутационно-монтажного проектирования.
Основы конструкторского проектирования.
При разработке конструкций современной электронной и вычислительной аппаратуры используется иерархический принцип проектирования сборочных единиц. Например, в больших ЭВМ различают пять конструктивно-технологических уровней сборочных единиц — конструктивных узлов: интегральные микросхемы; ячейки ЭВМ, представляющие собой монтажную плату с печатным монтажом и установленными на нее микросхемами; блоки (панели), объединяющие группу ячеек; шкафы (стойки), включающие несколько панелей и элементы их крепления и монтажа; большие ЭВМ в целом, состоящие из стоек, соединенных кабелями связи.
Такое разбиение обеспечивает удобство изготовления, проектирования и эксплуатации ЭВМ и дает возможность успешного решения задач автоматизации конструкторского проектирования в пределах каждого уровня.
Основная задача в САПР ЭВМ для любого уровня проектирования конструкции — коммутационно-монтажное объединение конструктивных узлов предшествующего уровня. При этом обеспечивается физическое воплощение заданной функциональной схемы в конструкцию некоторого узла ЭВМ. Функциональное деление узлов ЭВМ (базовые логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, сумматоры, устройства ввода — вывода и т. п.) также имеет вид иерархического дерева, поэтому первая задача коммутационно-монтажного проектирования -— задача компоновки, при которой определяется однозначное соответствие между функциональным и конструктивным делением проектируемого устройства. Задача компоновки имеет два основных аспекта:
1) покрытие функциональной схемы узла схемой соединения типовых конструктивных элементов, например преобразование функциональной схемы соединений базовых логических элементов в схему соединения интегральных микросхем и дискретных радиоэлементов;
2) разбиение схемы соединения типовых конструктивных элементов на подсхемы с целью компоновки конструктивных узлов более высокого уровня иерархии, например распределение микросхем по типовым элементам замены (ТЭЗам), ТЭЗов по панелям и панелей по стойкам ЭВМ,
Вторая задача коммутационно-монтажного проектирования — задача размещения, т. е. определение точного местоположения типовых конструктивных элементов в монтажном пространстве конструктивного узла более высокого уровня иерархии, например размещение микросхем в различных посадочных местах на плате ТЭЗа.
Наиболее трудоемкая задача коммутационно-монтажного проектирования—задача трассировки, т.е. определение точных путей проводников, которые должны оптимальным образом соединить между собой типовые конструктивные элементы данного конструктивно-технологического уровня. В ЭВМ на разных уровнях проектирования различают две разновидности задачи трассировки: трассировка печатного монтажа; трассировка проводных соединений.
Для каждого способа реализации соединений используются свои специфические критерии оптимизации и ограничения.
Основная задача конструкторского проектирования в САПР изделий электронной техники (ИЭТ) – проектирование топологии ИС, которое представляет собой процесс преобразования функциональной схемы ИС в послойные конструкторские чертежи интегральной структуры, таблицы координат угловых точек для дальнейшего изготовления комплектов фотошаблонов и другие формы конструкторской документации. При этом можно выделить три основных класса задач:
1) компоновка, которая включает в себя покрытие функциональной схемы ИС схемой соединения типовых логических звеньев (фрагментов) ИС и распределение логических звеньев ИС по секциям;
2) размещение отдельных логических звеньев, как топологических элементов на пластине кристалла;
3) трассировка межэлементных тонкопленочных многослойных соединений.
Все вышеуказанные задачи коммутационно-монтажного (топологического для ИС) проектирования неразрывно связаны между собой и подчинены решению проблемы разработки оптимального варианта конструкции ЭВМ (ИС). Однако большая трудоемкость их решения не позволяет осуществить глобальную оптимизацию на всех этапах коммутационно-монтажного проектирования. Поэтому указанные задачи решаются последовательно с использованием на каждом этапе частных критериев оптимизации и определенного набора ограничений, учитывающих требования общей задачи коммутационно-монтажного проектирования.
Во всех рассмотренных случаях задача компоновки имеет много общего в смысле требований и ограничений на разных конструктивно-технологических уровнях проектирования, поэтому можно рассматривать обобщенную задачу компоновки элементов в узлы.
Задачи размещения и трассировки в большей степени зависят от принятой конструктивной и технологической базы и имеют свои специфические критерии оптимизации и ограничения на каждом уровне проектирования.
Основные задачи коммутационно-монтажного проектирования удобно формулировать в терминах теории графов, так как граф, сохраняя наглядность и содержательность отображаемого объекта, позволяет также строить формальные алгоритмы преобразований графа и при использовании своих матричных эквивалентов легко обрабатывается на ЭВМ. Кроме того, появляется возможность для решения задач компоновки, размещения и трассировки использовать разработанные методы и алгоритмы известных задач теории графов: выбора, коммивояжера, обобщенной задачи Штейнера, квадратичной задачи о назначении и др. (см. [1]).