Рівні та задачі проектування

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З АВТОМАТИЗАЦІЇ ПРОЕКТУВАННЯ

Основні визначення

Проектування - розробка технічної документації, що дозволяє виготовити заданий пристрій із заданими функціями для роботи в заданих умовах.

Стратегія проектування – функціональна декомпозиція. Вона визначається тим, що на першому етапі створюється абстрактна структура системи, яка задовольняє вимогам ТЗ. Потім вона розбивається на підсистеми, які разом реалізують функцію системи. Далі кожна підсистема може бути розбита на складові ще нижчого рівня і т.д., поки остання структура не буде складатись з неділимих компонентів. Для цього використовується концепція “чорного ящика”. Для чорного ящика розробляється функціональна специфікація, що включає зовнішній опис блоку (входи і виходи) і внутрішній опис – функцію або алгоритм роботи: Y = F(X,t), де X - вектор вхідних величин, Y- вектор вихідних величин, t – час.

Параметри компонентів, з яких складається система (пристрій), що проектується, будемо називати внутрішніми, параметри системи, по яких оцінюється його якість, — вихідними, параметри діючих на систему зовнішніх інформаційних сигналів — вхідними, а параметри навколишнього середовища — зовнішніми.

При декомпозиції функція F розбивається на більш прості функції F1, F2,…,Fк, між якими повинні бути встановлені визначені зв'язки, що відповідають прийнятому алгоритмові реалізації функції F.

У результаті розбивки кінцевим результатом є структура. Структура системи ієрархічна. Перехід від функції до структури – синтез. Синтез неоднозначний. Вибір найкращого варіанта здійснюється за результатами аналізу, коли перевіряється правильність роботи та деякі показники, що характеризують пристрій, задані, як правило, у ТЗ або ЧТЗ.

Декомпозиція функцій блоків виконується доти, поки не отримають типові функції, кожна з яких може бути реалізована тією або іншою мікросхемою або типовим рішенням. Якщо використовуються ПЛІС (програмовані користувачем логічні ІС), то декомпозиція виконується вже для цієї ПЛІС в відповідності до складу функціональних бібліотек САПР таких ПЛІС.

Процес проектування є багатокроковим і ітераційним з поверненням назад і переглядом раніше прийнятих рішень.

Проектна процедура – формалізована сукупність дій, виконання яких закінчуються прийняттям проектного рішення.

Проектне рішення – проміжний або остаточний опис об'єкта проектування, необхідне та достатнє для подальшого продовження або закінчення проектування.

Проектна операція - формалізована дія, що є частиною проектної процедури, алгоритм якої залишається незмінним для ряду інших проектних процедур.

Під автоматизованим проектуванням розуміється такий спосіб проектування, при якому систематично використовується ПК при раціональному розподілі функцій між людиною й ПК. На ПК вирішуються задачі, що піддаються формалізації, за умови, що рішення з її допомогою більш ефективне, ніж “ручне”. Необхідність рішення задач автоматизації проектування на основі системного підходу як у частині його організації, так і в частині апаратних обчислювальних засобів та їхнього програмно-математичного забезпечення, призвело до створення систем автоматизованого проектування (САПР).

САПР - це складна програмно-інформаційно-апаратна людино-машинна система, побудована по ієрархічному принципу, так що кожен рівень ієрархії відображає відповідний рівень проектування

САПР будується за агрегатним принципом, тобто це відкрита система, що розвивається з максимальним використанням уніфікованих модулів (окремих підсистем, технічних засобів і т.д.). Це дозволяє створити на основі базового варіанта САПР будь-якої потрібної користувачеві конфігурації.

Вимоги уніфікації програмних модулів передбачають їх повну інформаційну сумісність без переробки вхідних і вихідних даних.

Рівні та задачі проектування

Окремим рівням декомпозиції функціонального опису апаратури відповідають окремі рівні її складності. Самий верхній рівень складності апаратури – система, вона складається з пристроїв, пристрій – з функціональних вузлів, а вузли – з електрорадіовиробів ЕРВ (транзисторів, резисторів, трансформаторів, мікросхем і т.д.). Функціональний вузол відрізняється від пристрою тим, що не має самостійного експлуатаційного застосування. Наприклад, ПК – це система, блок живлення, мікропроцесор, пам'ять – пристрої, генератор синхроімпульсів, регістри - функціональні вузли. Це ділення досить умовне. Так, наприк­лад, мікросхема відноситься до компонентного рівня, хоч щодо своєї внутрішньої складності може бути віднесена до вузла, приладу або навіть системи.

Традиційно процес проектування відповідно до рівнів складності апаратури розбивається на наступні рівні:

- системний,

- функціональний,

- схемотехнічний,

-конструкторсько-технологічний.

Хоча загальна методологія процесу проектування достатньо традиційна, але зміст, методи і засоби проектування для різних рівнів відрізняються і істотно залежать від вибраних елементної бази, САПР та засобу реалізації кінцевого продукту.

На кожному з цих рівнів використовуються свої поняття, свій математичний апарат, свої типові компоненти та рішення (табл. 1.1)

На системному (структурному) рівні проектування на основі аналізу ТЗ визначається архітектура, тобто склад компонентів і інформаційні зв'язки між ними, основні характеристики майбутньої системи (продуктивність, точність, надійність і т.д.), вибирається елементна база для її побудови, приймаються рішення про розподіл функцій між програмною й апаратною або між аналоговою і цифровою частинами системи. Елементна база, до речі, є визначальною для вибору відповідної САПР і подальшої технології проектування системи. Це самий складний, важко формалізуємий рівень проектування, багато в чому залежний від досвіду, знань і інтуїції розробника.

Таблиця 1.1- Рівні проектування і їхнє математичне забезпечення

На рівні функціонального проектування визначаються алгоритми функціонування апаратних і програмних компонентів системи, визначається отримання заданої послідовності вихідних сигналів та часових співвідношень між ними на основі знань наближеної або ідеалізованої форми вхідних і внутрішніх сигналів.

Для ЦС (КС) на цьому рівні можна виділити два підрівня: регістрових передач і логічний. Підрівень регістрових передач описує систему в вигляді блоків (модулів), які зберігають і трансформують дані. Це регістри, суматори, компаратори, керуючі автомати і т.д., робота яких описується відповідними функціями або алгоритмами. На логічному підрівні всі ці модулі складаються з вентилів, робота яких описується відповідними булевими рівняннями або таблицями істинності з урахуванням часових затримок.

На схемотехнічному рівні на блоки попереднього рівня розроблюються принципові електричні схеми, програми, готуються тестові і контрольні дані, пророблюється точна форма сигналів для окремих електронних вузлів і пристроїв, уточнюються їхні внутрішні та вихідні параметри з урахуванням різних дестабілізуючих факторів.

На конструкторсько-технологічному рівні здійснюється прив'язка електричної схеми до конструктивних елементів і технологічних процесів виробництва. На цьому етапі вирішуються задачі компонування і розміщення елементів і вузлів, здійснення друкованих і провідникових з'єднань, а також задачі тепловідводу, захисту від шкідливих впливів і т.п., розробляються технологічні процеси та оснастка для виготовлення окремих блоків і системи в цілому.