Введение к работе
Агтуадьясс-п. тс«и . Широкие применение автоматизации различных этапов проектирования изделий электронной техники вызвано необходимостью повышения качества и ускорения разработки все более сложных электронных устройств, какими являются большие интегральные схемы (БИС).
Сегодня БИС стали основной элементной базой радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники. Их применение привело к повышению надежности, уменьшению габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости аппаратуры. Вместе с тем, высокий уровень сложности БИС требует качественно новых подходов к их проектированию и обуславливает переход к созданию систем автоматизированного проектирования (САПР) БЙС, обеспечивающих более эффективное взаимодействие пользователей с компьютером п сокращение сроков проектирования на несколько порядков.
Из-за сравнительно скромных успехов в вопросах формализации задач синтеза, одной из актуальных задач, решаемых в рамках подсистем функционально-логического и схемотехнического проектирования САПР БЙС, является их математическое моделирование. Для решения возникающих арі этом задач традиционными методами потребовались бы сотни и тысячи часов машинного времени. Поэтому необходимы кардинально новые подходы.
Один из эффективных способов решения этой задачи заключается в создании нового поколения моделирующих программ, реализующих многоуровневое сметанное моделирование. В этом случае для разных частей моделируемой схемы используются различные уровни абстракции. Смешанное моделирование подразумевает использование для различных частей схемы разных алгоритмов расчета, наиболее эф^>ективно учитывающих особенности того или иного уровня моделирования.
Хотя обычное смешанное многоуровневое моделирование позволяет снизить затраты машинных расчетов на 1-3 порядка, этого тоже недостаточно для получения удовлетворительных результатов моделирования БИС. Дальнейший резерв лежит в идее адаптации системы к конкретным вычислительным условиям и в совмещении этой идеи со смешанным моделированием.
Сущность проблемной адаптации систем автоматизированного проектирования заключается в способности приспосабливаться к специфическим особенностям решаемой задачи путем настройки структуры и состава программного обеспечения, производимой на основе априорной информации, представленной в исходных данных, и апостериорной информации, формирующейся в вычислительной среде в процессе прохождения задачи .
Другим аргументом в пользу создания адаптируемых систем моделирования является то, что программное обеспечение систем моделирования БИС должно обладать жизнеспособностью в условиях быстрого усложнения задач, подлежащих решению. А это может быть достигнуто только на основе соблюдения принципов, заключенных в идее
проблемной адаптации .
Из сказанного следует, что необходимо создать адаптивные системы автоматизированного проектирования электронных схем, универсальные по отношению к различным классам задач и в то Же время специализированные для любого представления из любого класса.
Адаптивное моделирование электронных цепей требует нового подхода к построению моделирующих программ. Принципы построения подобных программ не разработаны . А попытки приспособить традиционную структуру программ анализа к новым требованиям не приводят к полной реализации всех возможностей повышения эффективности. Это особенно касается систем смешанного многоуровневого моделирования, для которых практически не существуют средства адаптации.
Дедь работы состоит в разработке моделей, методов, алгоритмов ж практической системы адаптивного моделирования больших интегральных схем, позволяющих значительно повысить эффективность анализа с точки зрения затрат машинных ресурсов. Для достижения данной цели были решены следующие задачи :
-
Систематизированы имеющиеся достижения в области адаптируемого моделирования аналоговых и цифровых схем.
-
Разработаны новые способы организации адаптивных систем проектирования электронных схем, позволяющие оптимально сочетать затраты на адаптацию системы к конкретным условиям с требуемым качеством анализа схем.
-
Созданы алгоритмы схемотехнического моделирования, удовлетворяющие требованиям разработанной методики адаптивного расчета.
-
Сгитсзгрован кош! класс логико-электрических макромоделей и моделей цифровых элементов функционально-логического уровня, способных гибко менять точность производимых расчетов и величины затрат машинных ресурсов, необходимых для этого, в зависимости от конктретной вычислительной ситуации.
-
Сконструированы языковые средства, ориентированные на адаптируемые системы автоматизированного проектирования.
6. Разработан пакет прикладных программ (пин) в которой реализованы
созданные модели, алгоритмы и т.д.
Методы исследований . При проведении исследований использовались методы теории электрических цепей, электроники, обыкновенных дифференциальных уравнений, математического моделирования электронных схем, мнкросхемотсхнпхя, вычислительной математики, булевой алгебры и программирования.
Научная новизна . В диссертационной работе были получены следующие оригинальные результаты:
предложена процедура организации адаптивных систем схемотехнического моделирования электронных схем, обеспечивающая необходимую эффективность и точность производимых расчетов. Предложенная процедура может являться основой для программ анализа БИС.
впервые разработана серия алгоритмов схемотехнического анализа электронных цепей, удовлетворяющих требованиям адаптивного моделирования. Предложен оптимальный в смысле быстродействия комбинированный алгоритм, в котором явная и неявная формулы применяются по отношению к отдельным переменным.
синтезированы оригинальные махромодели цифровых элементов электронных схем на основе аппроксимации их внешних характеристик эрмитовыми сплайнами с переменным порядком многочлена, обеспечивающие точность п надежность моделирования минимальными затратами машинных ресурсов и адаптируемые к конкретной анализируемой схеме и условиям расчета.
предложены новые логические модели цифровых элементов, способные варьировать точность результатов анализа я требуемые для этого затраты машинных ресурсов в зависимости от конкретной вычисли-тельной ситуации.
Практическая ценность работы. Все основные теоретические результаты, полученные в работе, реализованы в пакете прикладных программ (ІШП) адаптивного моделирования электронных схем ЭЛАЙС-Л95. Опыт эксплуатации системы ва предприятиях, а таюкв сраваение с другими системами анализа электронных схем, показали высокую эффективность ЭЛАЙС-Л95. Время моделирования некоторых классов схем сокращается от одного до двух порядков по сравнению с традиционными методами расчета. ШШ ЭЛАИС-Л95 внедрена и использовалась в ЕрНИИСС и АрмНШШТИ с годовым экономическим эффектом в 720 тыс. драмов. Эффект получен за счет снижения затрат машинного времени и экономии электроэнергии. Результаты диссертации внедрены также в учебный процесс ГИУА.
Апробация работы . Содержание отдельных разделов в диссертации в целом доложено и обсуждено:
на международной научно-технической конференции " Проблемы физической и биомедицинской электроники" , Киев, 1996г.
на 1-ой международной конференции '* Применение критических технологий для прогресса общества", Ереван, 1995г.
на научных семинарах сектора математического обеспечения вычислительных систем департамента компьютерной техники и информатики ГИУА, г. Ереван, 1993-1995г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, Заключения и приложения. Основной текст 153 страниц, 27рисунков, 5 таблиц, библиография из 116 наименований.