Разработка программного обеспечения - таймера

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Введение

Широкое применение изделий электронной техники в различных областях науки и производства является одним из важнейших условий научно- технического прогресса.

Интенсивное развитие электронной техники характеризуется внедрением в производство различных изделий микроэлектроники, что приводит к более тесной взаимосвязи чисто технических проблем со схемотехническими. Например, разработчики элементной базы радиоэлектронной аппаратуры должны учитывать схемотехнические вопросы создания аппаратуры, поскольку они изготавливают законченные в той или иной степени функциональные устройства. Разработчики же радиоэлектронной аппаратуры должны, с одной стороны, использовать существующую микроэлектронную элементную базу, а с другой стороны, выдвигать требования на разработку новых интегральных схем (ИС) с учетом возможностей интегральной технологии.

Сложность микроэлектронных систем, высокие требования к качеству функционирования и техническим характеристикам - быстродействию, надежности, точности - обуславливают трудоемкость их разработки. Дальнейший прогресс микроэлектроники требует развития и совершенствования методов и средств проектирования микроэлектронной аппаратуры и составляющих ее элементов - ИС.

Процесс проектирования ИС - многоэтапный процесс. На большинстве этапов осуществляется поиск наилучших или, по крайней мере, допустимых решений среди множества возможных. Такой поиск составляет содержание задач, называемых экстремальными задачами, или задачами оптимизации.

С целью повышения качества разработки ИС и сокращения цикла “проектирование - изготовление” в первую очередь требуется найти научно обоснованное решение задач оптимизации на различных этапах проектирования. Трудоемкость решения экстремальных задач обуславливается следующими проблемами:

1) Выбор критериев оптимальности (целевой функции) и математическая формулировка экстремальных задач.

2) Выбор метода поиска экстремума целевой функции.

3) Практическая реализация и эффективность выбранного метода поиска в области затрат машинного времени и точности достижения экстремума.

Существуют различные варианты решения данных задач, однако необходимо продолжать систематизацию, обобщение и дальнейшее развитие поисковых методов оптимального проектирования, так как потребность в эффективных методах оптимизации параметров БИС на этапах разработки не уменьшается. Существует проблема разработки и реализации алгоритма размещения и оптимизации полученного размещения стандартных ячеек на БМК, что должно существенно упростить работу разработчика ИС. Данная работа посвящена решению этой задачи.

Описание дипломного проекта состоит из шести глав, заключения и приложений.

В главе 1 приведен краткий обзор современных методов проектирования БИС, а также маршрут проектирования БИС на основе БМК.

Глава 2 посвящена анализу существующих алгоритмов решения задачи размещения и оптимизации размещения ячеек на БМК на этапе планировки топологии ИС, включая математическую постановку задачи и выбор целевой функции. На основе проведенного анализа делается вывод о целесообразности разработки нового метода.

В главе 3 представлено описание разработанного алгоритма и его программной реализации, проведен анализ его достоинств и недостатков.

Глава 4 - разработка топологии 8-канального таймера с использованием программы автоматического размещения.

Глава 5 содержит организационно - экономическую часть дипломного проекта, где производится расчет годового экономического эффекта от внедрения программы размещения и оптимизации полученного размещения ячеек БМК.

Глава 6 посвящена вопросам охраны труда при работе на ЭВМ. В частности производится изучение вопросов эргономики при работе за компьютером.

Приложение I содержит распечатку непосредственно разработанного блока автоматического размещения, доразмещения и оптимизации размещения ячеек БМК серии ТЦ-5500.

Приложение II содержит схему TIMER.

Приложение III - рисунки для технологической части.

1.Краткий анализ современных методов проектирования БИС

таймер алгоритм схема программный

Краткий обзор современных методов проектирования БИС

Автоматизация стала основой проектирования уже при появлении интегральных микросхем третьей степени интеграции и не имеет какой - либо разумной альтернативы в условиях разработки все более и более сложных ИС.

Успехи в развитии микроэлектроники в значительной степени обусловлены возможностями имеющихся САПР ИС. Эти возможности должны соответствовать достигнутому уровню технологии изготовления БИС и обеспечивать сохранение материальных и временных ресурсов на проектирование БИС в приемлемых пределах, несмотря на непрерывный и быстрый рост сложности проектируемых изделий. В связи с этим перед специалистами по разработке и эксплуатации средств автоматизированного проектирования стоит задача постоянного совершенствования всех видов обеспечения САПР ИС: методического, технического, математического, лингвистического, программного, информационного и организационного.

Опыт разработки и эксплуатации САПР БИС, накопленный за последние годы, показывает, что основной вклад в решение проблемы проектирования БИС вносят достижения в области математического обеспечения, так как темпы роста сложности решаемых задач значительно опережают темпы роста производительности ЭВМ и объема оперативной памяти.

Основными особенностями современных САПР являются значительные объемы и трудоемкость создания общесистемного и прикладного программного обеспечения. В случае САПР БИС эта проблема усложняется из-за необходимости довольно частого обновления математического обеспечения, что связано прежде всего с внедрением моделей, методов и алгоритмов, соответствующих достигнутому уровню технологии и степени интеграции. Поэтому целесообразно максимально возможную часть программного обеспечения выполнять инвариантной - независимой от быстроразвивающегося математического и информационного обеспечения, так и от характеристик используемого и периферийного оборудования.

Методология проектирования БИС должна удовлетворять следующим требованиям:

а) обеспечение проектирования сложных схем таким образом, чтобы можно было обоснованно судить о их правильности;

б) обеспечение “сквозного” проектирования;

в) эффективное использование всех современных технологических и технических возможностей;

г) значительное повышение производительности проектирования в результате ее внедрения;

д) обеспечение возможности создания эффективных средств САПР.

Маршрут проектирования БИС на основе БМК

Процесс создания МаБИС обычно начинается с декомпозиции функционально- логической схемы устройства и выделения таких ее частей, которые будут изготовляться в виде БИС. Известны формальные методы разбиения функционально - логических схем на составные части, однако они используются редко. Чаще всего такое деление осуществляется эвристически. При этом разработчик аппаратуры стремится минимизировать число типов МаБИС, по возможности сделать их функционально - законченными, минимизировать число входов и выходов.

После декомпозиции схемы устройства необходимо покрыть ее библиотечными элементами БМК. При этом критерием качества является обеспечение требуемых электрических характеристик при минимальном числе используемых ячеек.

Предварительный логический проект МаБИС завершается логическим моделированием, формированием временных диаграмм, определением набора тестовых последовательностей для контроля работоспособности устройства и технических норм на электрические параметры МаБИС.

Затем осуществляется подготовка информации для программы автоматического размещения элементов и трассировки соединений между ними в МаБИС. Если такая программа отсутствует или не удовлетворяет разработчика, то размещение и трассировка выполняется вручную. При ручном проектировании топологии МаБИС обычно отводится один слой металлизации, который определяет как схему внутренних соединений в ячейках, так и схему соединений между элементами в МаБИС.

Результаты работы по разработке топологии влияют и на логическую схему, и на электрические параметры МаБИС. Действительно, в начале проектирования неизвестны длины трасс соединений между элементами, нагрузочные и паразитные емкости во всех точках схемы. Сведения о средней длине трассы позволяют учесть ее емкость только в среднем, в то время как в БИС каждый элемент работает в специфических условиях и нагружен на вполне определенную емкость. Следовательно после создания функционально-логической схемы, покрытия ее элементами библиотеки БМК, размещения и трассировки соединений может потребоваться внесение изменений как в функционально - логическую схему (если не удовлетворяются требования технического задания), так и в принципиальную (заменить одни элементы другими, обеспечив работу на заданную емкостную нагрузку). Эти операции по введению изменений в исходную схему выполняются на основе автоматизированного анализа быстродействия в логической схеме МаБИС.

Для повышения качества логического моделирования исходными принимают реальные характеристики элементов. Поэтому для каждого элемента библиотеки должны быть определены зависимости их динамических характеристик от емкости нагрузки и напряжения питания. Таким образом, средства логического моделирования должны позволять проверить не только функционирование логического устройства, но и правильность временных соотношений в нем.

С учетом всего вышесказанного важное значение приобретает автоматизация проектирования МаБИС, в частности, в данной работе проводится автоматизация процесса размещения элементов на поле БМК, размещение заданной схемы с использованием разработанной программы и дальнейшая разработка топологии при помощи САПР “КОВЧЕГ”.

2.Обзор алгоритмов размещения элементов на БМК

Размещение элементов - одна из основных задач синтеза топологии БИС. При ее решении стремятся, с одной стороны, обеспечить условия 100 %-ной трассировки соединений, а с другой - минимизировать искажения сигналов в межэлементных связях. Формальными критериями качества размещения служат различные приближенные оценки трассировки, правильный выбор и последовательность применения которых во многом определяют общие результаты синтеза топологии. Основными этапами решения задачи размещения элементов матричных БИС являются: выбор критериев размещения, начальное размещение элементов на БМК, итерационная оптимизация начального размещения.

Постановка задачи размещения элементов матричных БИС. Критерии размещения

Основная цель, которая ставится в процессе размещения, - создание наилучших условий для последующей трассировки соединений схемы. Она же определяет стратегию выбора формального критерия оптимизации F. Однако из-за условности разделения задач размещения и трассировки построить подобный критерий, достаточно точно отражающий условия прокладки соединений на КП, очень трудно.

Единственным “идеальным” в этом смысле критерием является собственно трассировка соединений, как это, например, происходит при ручном проектировании топологии. К сожалению, громадная вычислительная сложность совместного решения задач размещения и трассировки даже для небольших БИС заставляет применять при их конструировании эвристические критерии качества размещения. Это прежде всего различные приближенные оценки тех интегральных параметров трассировки, изменение которых косвенно характеризует условия ее проведения при заданном размещении элементов на КП.

К таким параметрам относятся:

- суммарная длина соединений БИС;

- суммарная площадь областей реализации ее цепей;

- число трасс, длинна которых больше заданной;

- наибольшая длинна соединительной трассы на КП;

- число пересечений трасс, принадлежащих различным цепям БИС;

- число соединений простейшей конфигурации и т.д..

Основные алгоритмы начального размещения элементов БИС

К данной группе алгоритмов, называемых конструктивными, относят алгоритмы последовательного размещения по связности, алгоритмы, основанные на методе минимальных сечений (дихотомического деление), и алгоритмы размещения, использующие силовые функции.

Алгоритмы последовательного размещения по связности. Эти алгоритмы являются наиболее изученными алгоритмами начального размещения. Для них характерно строго последовательное назначение элементов на КП, причем выбор очередного элемента основывается на определении “меры связности” каждого из оставшихся элементов с уже размещенными и поиске среди них такого элемента, для которого это значение максимально. Под мерой связности понимают суммарную связность (число общих цепей) элемента с уже размещенными на КП; относительную связность, определяемую отношением суммарной связности элемента и общего числа инцидентных ему цепей. Выбор позиции для элемента проводится согласно критериям оптимальности размещения (обычно это минимум суммарной длины соединений уже размещенных элементов).

Алгоритмы такого типа просты в реализации, обладают низкой вычислительной сложностью, но отличаются сравнительно невысоким качеством получаемого решения. Тем не менее, они часто применяются при проектировании МаБИС, предваряя более эффективные итерационные процедуры оптимизации размещения.

К подобным алгоритмам относится и приведенные ниже методы “роста пучка” и случайного размещения.

Рост “пучка”. Предполагается, что расположение нескольких блоков (“зародышей”) заранее определено. Таковыми блоками или элементами могут быть блоки, реализующие основные функции системы, или контактные площадки для ввода-вывода на кристалле БИС. Далее производится многократная обработка, предусматривающая отбор еще не размещенных блоков, имеющих наиболее сильную связь с уже размещенными, и их размещение таким образом, чтобы гипотетическая длина соединительных проводников была минимальной. Задача окончательного размещения всех блоков может быть решена путем оценки незанятой площади.

Вместе с тем задачу обработки можно упростить, построив модель, в которой длина соединительных проводников между блоками соотнесена с силой притяжения. Так, например, если блоки A, B, C, D (рис. 2.2.1) уже размещены, а блок Е не размещен, то оптимальная область, в которую с учетом указанных соображений он может быть помещен, представляет собой заштрихованный прямоугольник. В терминах динамики группу соединительных проводников можно рассматривать как упругое тело, и задача, таким образом, становится эквивалентной задаче помещения еще неразмещенных блоков в точки, в которых силы притяжения уравновешивают друг друга (точки центров тяжести). Если число блоков равно n, то время, затрачиваемое на решение задачи размещения всех блоков системы, равно O(n²).

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Метод случайного размещения. Данный метод предполагает, что итерационным методом может быть получено удовлетворительное решение и позволяет использовать последовательность случайных чисел для определения первоначального варианта компоновки. Метод основан на использовании следующих допущений: а) данные о первоначальной случайной компоновке достаточны в качестве исходных данных для последующей обработки; б) при использовании удовлетворительного приближенного решения, полученного конструктивным методом, во многих случаях останавливаются на локальных оптимальных решениях, которые не удается приблизить к оптимальному решению итерационным методом; в) формирование последовательности случайных чисел дает возможность получить локальное оптимальное решение в окрестности нескольких первоначальных и соответственно возможность выбора наилучшего из них. Основным достоинством этого метода является возможность получения нескольких решений, что невозможно в других методах.

Существует также мнение, отражающее достоинства метода случайного размещения, согласно которому, несмотря на использование любого первоначального размещения, высока вероятность того, что результаты последовательных улучшений будут весьма эффективны.

Алгоритмы дихотомического деления. Целью данных алгоритмов, реализующих иерархический подход к начальному размещению, является создание необходимых условий для более равномерного распределения соединений на кристалле. При этом используется метод последовательного разбиения схемы на все более мелкие группы элементов с одновременным уточнением положения каждой вновь образуемой группы на КП.

На каждом шаге работы алгоритма очередную группу элементов (первоначально всю схему) разбивают на две малосвязные подгруппы А и В. После этого происходит искусственное разграничение возможных мест расположения элементов из групп А и В внутри области КП, первоначально отводившейся исходной группе. Процесс декомпозиции схемы и деления КП продолжается до тех пор, пока все полученные группы не будут состоять из одного элемента.

В общем случае бинарное дерево разбиений схемы может строиться как сверху вниз, так и снизу вверх. При построении дерева снизу вверх вместо процедуры декомпозиции используется аналогичным образом построенная процедура объединения наиболее связанных между собой блоков (групп элементов) нижнего уровня в блоки предыдущего уровня. На последних стадиях процесса в него включаются элементы ввода - вывода, уже назначенные на контактные площадки КП.

К общим недостаткам алгоритмов данного типа нужно отнести их последовательный характер, относительно высокую сложность построения оптимального дерева разбиений схемы, упрощенную оценку потока соединений через сечение. Тем не менее обеспечиваемое ими более равномерное распределение потоков связей на КП предопределило широкое применение подобных алгоритмов в различных САПР топологии МаБИС.

Алгоритмы размещения на основе силовых функций. Данные алгоритмы представляют собой особую группу алгоритмов, основанных на следующей аналогии БИС с механической системой.

Поставим в соответствие множеству элементов БИС систему материальных точек на плоскости, на которые действуют силы притяжения и отталкивания. Пусть силы притяжения прямо пропорциональны расстоянию между элементами, а их наличие определяется принадлежностью элементов одним и тем же цепям схемы. Подобной моделью БИС может служить неориентированный мультиграф G = (E, V), каждое ребро которого моделируется идеальной пружинкой так, что

f_ij=k_ijl_ij, (2.2.1)

где f_ij - вектор силы притяжения между i-м и j-м элементами; l_ij - вектор расстояния между i-м и j-м элементами на плоскости; k_ij - коэффициент жесткости пружинки (вес ребра в графе G).

Тогда за искомое будем принимать такое размещение элементов на непрерывной плоскости, при котором система находится в состоянии статического равновесия (сумма сил, действующих на материальные точки, равна нулю).

Так как силы упругости пружинок прямо пропорциональны величине их растяжения, то матричная форма уравнения сил, действующих на элементы в канонической системе координат, имеет вид

KL = F, (2.2.2)

где K - матрица упругости; L - вектор расстояний до элементов от начала координат; F - вектор внешних сил.

Матрицей упругости К называют симметричную квадратную матрицу порядка n (n - число вершин графа G), каждый элемент которой

K_ij = (2.2.3)

Разобьем все множество элементов Е на два непересекающихся подмножества логических (E_v) и периферийных (E_p) элементов. С учетом этого уравнение (2.2.2) можно переписать в виде

(2.2.4)

где К_vv, K_vp, K_pv, K_pp - субматрицы матрицы K; L_v, L_p - векторы расстояний до логических элементов и периферийных элементов ввода - вывода; F_v, F_p - векторы внешних сил, действующих на логические и периферийные элементы.

Одним из обязательных результатов разработки функциональной схемы МаБИС является система тестовой проверки ее работоспособности, в рамках которой каждому вектору воздействий и реакций схемы однозначно соответствует конкретный вход или выход МаБИС. Конструктивно каждый такой вход или выход представляет собой периферийный элемент, который, таким образом, получает привязку к конкретной контактной площадке и, следовательно, заранее определенные координаты на БМК (в случае МаБИС вектор L_p задан). Тогда из условия статического равновесия модельной системы (Fv = 0) и уравнения (2.2.3) следует

(2.2.5)

Отсюда легко определить искомые координаты логических элементов:

X=Re(L_v), Y=Im(L_v).

Расчет коэффициентов упругости связей между i-м и j-м элементами схемы осуществляется по формуле

(2.2.6)

где p_ij^r - вероятность реализации прямой связи (выбора ребра) между i-м и j-м элементами при построении связующего дерева по r-й цепи; n_r - число элементов, объединяемых r-й цепью.

Следует отметить, что полученное решение (2.2.6) является единственным и соответствует глобальному минимуму функционала:

(2.2.7)

После того, как размещение элементов закончено, их координаты должны быть приведены к позициям КП, так как до этого каждый элемент моделировался материальной точкой и ни его размеры, ни конструктивные ограничения КП не учитывались. Назовем такой процесс дискретизацией полученного решения. Основная цель, которая ставится при ее проведении, - максимально сохранить первоначальное взаимное расположение элементов на плоскости. В качестве формального критерия оптимизации обычно используют минимум суммы сдвигов элементов

(2.2.8)

где x_i, y_i - начальные координаты элемента e_i; X_i, Y_i - координаты позиции КП, в которую он помещен.

Рассмотрим методы решения этой задачи. Так как величина сдвига каждого элемента не зависит от того, на какие именно позиции КП назначены остальные элементы схемы, то задача поиска размещения, отвечающего минимуму , может быть сформулирована в виде задачи линейного назначения или, как ее еще называют, обычной задачи о назначениях. Для этого определим матрицу цен назначений T порядка n, строчки которой соответствуют элементам схемы, а столбцы - позициям КП (матрица строится в предположении, что число элементов и позиций совпадает, в противном случае необходимо дополнить схему требуемым числом фиктивных элементов). Будем считать, что каждый элемент t_ij матрицы T равен расстоянию между точкой (x_i,y_i), в которой размещен элемент e_i, и позицией s_i на КП. Назовем это расстояние (сдвиг) ценой назначения e_i на s_i. Тогда задача оптимального приведения координат элементов сводится к минимизации на множестве всех возможных перестановок Q={q_k} элементов Е на позициях S. Здесь q_k(i) - номер позиции, на которой размещен e_i в перестановке q_k.

При небольших n (менее 100) для решения подобных задач целесообразно использовать точные методы, например венгерский алгоритм. Однако на практике число элементов современных БИС значительно превышает это значение. В этих случаях переходят к более простым приближенным методам минимизации , основанный на упорядочении координат элементов БИС.

Пусть I и J - число горизонтальных рядов и вертикальных столбцов позиций КП. Упорядочим множество элементов Е по возрастанию значений x_i и разобьем полученный список на J одинаковых подгрупп по I элементов в каждой. Проведем назначение элементов в позиции КП по следующему правилу: все элементы, попавшие в k-ю подгруппу, размещаются в k-м столбце позиций в порядке возрастания значений y_i. Очевидно, что вычислительная сложность метода полностью определяется применяемыми алгоритмами сортировки множества элементов Е.

Для этой же цели может быть использован другой метод дискретизации координат элементов, названный методом приведения по квадрантам. В его рамках приведение координат происходит поэтапно, аналогично тому, как выполняется начальное размещение элементов методом дихотомического деления.

Итерационные алгоритмы оптимизации размещения элементов БИС на БМК

Алгоритмы данной группы основаны на использовании методов последовательных приближений. Пусть q₀ - начальное размещение элементов БИС; Q_i(q_i-1) = q_i - размещение на i-м шаге оптимизации и F(q_i) - значение целевой функции. Тогда задача итерационной оптимизации размещения сводится к выбору такой последовательности преобразований q₀, Q₁(q₀)=q₁, Q₂(q₁)=q₂, ..., Q_s(q_s-1)=q_s, для которой

F(q₀) > F(q₁) > F(q₂) > ... > F(q_s). (2.3.1)

В качестве целевой функции F можно взять один из критериев, приведенных в п. 2.1.

К алгоритмам, которые наиболее широко используются в САПР относятся алгоритм Гото (метод обобщенной принудительной релаксации), алгоритмы итерационной минимизации загруженности сечений КП и алгоритмы равномерного размещения элементов по критериям.

3.Описание используемого алгоритма доразмещения и оптимизации размещения элементов на БМК

Обоснование выбора алгоритма размещения и оптимизации размещения элементов на БМК

Алгоритм размещения элементов, используемый в данной программе относится к алгоритмам последовательного размещения по связности. От использования алгоритмов дихотомического деления и силового алгоритма пришлось отказаться. Это обусловлено несколькими причинами. Одна из них - различные размеры библиотечных элементов, что создает некоторые проблемы при использовании силового алгоритма (в частности значительно усложняет распределение элементов по площади БМК). Возникают проблемы и с алгоритмом дихотомического деления, так как очень часто будет возникать ситуация когда общее число выделенных под элемент привязок будет соответствовать необходимому количеству, а их взаимное положение - нет. (Простой пример - элемент занимает две позиции в вертикальном направлении, а выделены под него две привязки в горизонтальном направлении.) Вторая важная причина - некоторая неоднозначность расположения связей между элементами. Так, например, если некоторая связь соединяет между собой элементы A, B и C, то в зависимости от взаимного местоположения этих элементов связь может проходить от А к В, от В к С, или от А к С, потом от С к В. Это приводит к значительному осложнению расчетов и ухудшению получаемых результатов при использовании алгоритмов дихотомического деления и силового алгоритма.

Описание используемого алгоритма размещения и оптимизации размещения элементов на БМК

Как было сказано выше, алгоритм, используемый в данной программе относится к алгоритмам с последовательным размещением по связности. Основные блоки и их взаимосвязи представлены на рис. 3.2.1.

После запуска программы на выполнение происходит проверка соответствия размера выделенной под фрагмент области размеру, необходимому для размещения этого фрагмента. В случае нехватки происходит окончание работы с выдачей соответствующего сообщения.

Далее происходит составление рабочих списков неразмещенных элементов и выделенных под фрагмент привязок. Поскольку в каждый фрагмент могут входить как отдельные элементы, так и другие подфрагменты, то производится соответствующая проверка, а в случае подфрагмента еще и проверка на наличие и достаточность выделенной под этот подфрагмент области. Если такая область существует, то происходит запуск размещения этого подфрагмента на выделенной под него области. В противном случае этот подфрагмент будет размещаться в составе родительского фрагмента.

После составления списка элементов происходит проверка на размещение всех периферийных ячеек, связанных с элементами списка. Наличие периферийных ячеек необходимо для получения начальных условий размещения. В том случае, если все периферийные элементы не размещены, выполнение программы завершается с выдачей соответствующего сообщения.

Далее происходит сортировка полученных на предыдущем этапе списков. Список элементов располагается в порядке максимальной связности с уже размещенными элементами. Сила связности рассчитывается по формуле:

(3.2.1)

где F_i - связность i-го контакта;

n - число контактов элемента;

kol_i - число элементов связанных с i-м контактом;

A_i - число размещенных элементов, связанных с i-м контактом;

V - число привязок, занимаемое элементом на поле БМК.

При сортировке списка привязок образуется два других списка - один по возрастанию координаты X, другой - по Y. Эти списки необходимы при дальнейшей работе для ускорения поиска привязок.

Далее непосредственно происходит размещение элементов на БМК. Подробнее этот блок представлен на рис. 3.2.2.

После размещения элементов необходимо оптимизировать полученное размещение. Эту задачу выполняют следующие три вида оптимизации размещения:

1) Оптимизация по всей области. С поля БМК удаляются все ранее размещенные ячейки, затем происходит их размещение (аналогично первоначальному) с той лишь разницей, что при расчете длин связей с неразмещенными элементами, учитывается их предыдущее местоположение.

2) Оптимизация отдельных ячеек. Отличие от 1 состоит в том, что удаление и размещение ячеек происходит поочередно.

3) Оптимизация отдельных ячеек. Отличается от 2 методом поиска оптимальной привязки, использует метод парных перестановок.

Поскольку оптимальную точку можно найти только полным перебором, что не представляется возможным для больших областей, так как занимает очень много времени, то во всех методах находится только приближенное значение, возможно лишь локальный минимум. Для устранения этого недостатка и используются разные методы поиска оптимальной привязки. Пользователь имеет возможность задать количество циклов оптимизации и количество оптимизаций каждого типа.

После каждого типа оптимизации производится анализ полученного размещения по суммарной длине связей и наличию неразмещенных ячеек. Лучшее размещение запоминается.

Далее происходит восстановление первоначальных значений, выбор и восстановление лучшего размещения и окончание работы.



4.Разработка топологии БИС 8-канального таймера

Исходные данные для разработки

Исходными данными является схема 8-разрядного таймера, представленная на рис. 4.1. Формат данных для обработки на компьютере - timer.str и timer.sch. Основные блоки (фрагменты) схемы приведены на рис. 4.1.1, 4.1.2, 4.1.3. Причем на рис. 4.1.3 показан общий вид блоков TIM_3 - TIM_10 ( TIM_(n+2); n-порядковый номер блока; n=1,2,...,8).



Размещение элементов схемы на поле БМК

Размещение элементов схемы TIMER на поле БМК производится с помощью программы WINRAZM и в частности с использованием непосредственно разработанного блока автоматического размещения. Прежде всего необходимо провести планировку кристалла, т.е. обозначить место для каждого фрагмента схемы. Полученная планировка кристалла показана на рис. 4.2.. Подфрагменты, под которые место не будет выделено будут размещаться в области, выделенной под родительский фрагмент. Также необходимо вручную расставить периферийные ячейки, что обеспечивает начальные условия для автоматического размещения. На этом же этапе можно провести расстановку элементов схемы, положение которых существенно влияет на быстродействие.



Рис. 4.2 Планировка кристалла.

Далее проводится этап автоматического доразмещения элементов схемы, после чего запускается оптимизация полученного размещения, при необходимости (и возможности) запускается оптимизация размещения периферийных ячеек. Порядок и количество различных типов оптимизации из имеющегося набора определяется пользователем. Размещение элементов схемы TIMER, полученное в результате описанных операций, показано на рис. 4.3

Рис. 4.3 Размещение элементов схемы TIMER на поле БМК.

Трассировка межсоединений

Следующим этапом разработки топологии схемы является трассировка межсоединений. Этот этап проводится с использованием программы SINWIN. Этот этап является контрольным для предыдущего этапа. Если не удается провести трассировку межсоединений, то необходимо либо возвращаться к предыдущему этапу и пытаться улучшить размещение элементов, либо проводить трассировку вручную, что позволяет делать топологический редактор STALKER. Результат трассировки межсоединений для схемы TIMER представлен на рис. 4.4.

Рис. 4.4 Трассировка межсоединений

Полученные результаты

Далее последовательно выполняется контроль полученной топологии (с помощью программы CONTROL) и расчет задержек в цепях (с помощью программы ZADER). Список цепей, задержки в которых превышают 50 нс, приведен ниже.

INFORM: Задержки (нс) в цепях топологии БИС 'timer', превышающие 50.0нс:

( Х, У) Тз01 Тз10

0001)

Источ:( 70440, 43080) Z1 1>9(2)

Прием:( 56760, 11460) W2A 7>14(2) . . . . . . . . . . . . 82.9 77.3

( 22200, 11460) W2A 6>14(2) . . . . . . . . . . . . 65.1 59.6

( 20280, 25140) W2A 8>14(2) . . . . . . . . . . . . 62.1 56.6

( 20280, 31260) W2A 5>14(2) . . . . . . . . . . . . 59.5 53.9

( 16440, 51900) W2A 10>14(2). . . . . . . . . . . . 36.9 31.8

( 16440, 55500) W2A 9>14(2) . . . . . . . . . . . . 36.9 31.8

( 58680, 65580) Y3 1>7>9(4). . . . . . . . . . . . 20.5 16.1

( 64440, 35220) W2A 2>10(2) . . . . . . . . . . . . 19.7 16.0

( 66360, 59100) W2A 4>14(2) . . . . . . . . . . . . 15.2 11.7

( 68280, 51180) W2A 3>14(2) . . . . . . . . . . . . 10.5 7.3

0002)

Источ:( 27240, 69480) Z3 1>27>4(3)

Прием:( 39480, 16500) W18 7>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 75.8 72.9

( 18360, 16860) W18 6>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 71.8 68.9

( 24120, 34500) W18 5>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 70.0 67.2

( 22200, 27660) W18 8>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 69.7 66.9

( 22200, 48300) W18 10>1>8>1(6) . . . . . . . . . . 68.9 66.0

( 26040, 57660) W18 9>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 64.5 61.7

( 52920, 53340) W18 3>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 37.8 34.9

( 52920, 56580) W18 4>1>8>1(6). . . . . . . . . . . 32.3 29.4

( 52920, 65220) W18 1>7>8>1(6). . . . . . . . . . . 32.2 29.3

0003)

Источ:( 21480, 69480) Z3 1>25>4(3)

Прием:( 37560, 14700) W18 7>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 74.6 71.8

( 22200, 16140) W18 6>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 70.9 68.2

( 26040, 35940) W18 5>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 70.4 67.7

( 24120, 26580) W18 8>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 70.2 67.5

( 24120, 48300) W18 10>1>6>1(6) . . . . . . . . . . 68.4 65.7

( 24120, 57660) W18 9>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 67.3 64.6

( 51000, 57660) W18 4>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 40.6 37.8

( 51000, 50820) W18 3>1>6>1(6). . . . . . . . . . . 40.5 37.7

( 51000, 64860) W18 1>7>6>1(6). . . . . . . . . . . 35.9 33.2

0004)

Источ:( 30120, 69480) Z3 1>24>4(3)

Прием:( 47160, 16500) W18 7>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 71.5 68.6

( 16440, 15780) W18 6>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 62.8 60.0

( 22200, 26220) W18 8>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 61.6 58.8

( 20280, 36660) W18 5>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 59.0 56.2

( 20280, 48300) W18 10>1>5>1(6) . . . . . . . . . . 55.5 52.7

( 26040, 58740) W18 9>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 48.4 45.6

( 51000, 49740) W18 3>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 25.7 23.6

( 51000, 58740) W18 4>1>5>1(6). . . . . . . . . . . 25.7 23.6

( 49080, 67020) W18 1>7>5>1(6). . . . . . . . . . . 24.1 22.1

0005)

Источ:( 62280, 69480) Z3 1>20>4(3)

Прием:( 52920, 15420) W18 7>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 69.2 66.0

( 10680, 16140) W18 6>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 63.5 60.4

( 26040, 22980) W18 8>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 57.1 54.0

( 22200, 40020) W18 5>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 54.6 51.5

( 24120, 51540) W18 10>1>1>1(6) . . . . . . . . . . 54.3 51.2

( 24120, 53700) W18 9>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 54.3 51.2

( 24120, 63060) W18 1>7>1>1(6). . . . . . . . . . . 50.3 47.2

( 56760, 51180) W18 3>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 12.1 9.6

( 62520, 55860) W18 4>1>1>1(6). . . . . . . . . . . 9.2 7.1

0006)

Источ:( 24360, 69480) Z3 1>23>4(3)

Прием:( 51000, 16140) W18 7>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 65.4 62.3

( 16440, 14340) W18 6>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 57.6 54.6

( 26040, 26220) W18 8>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 54.2 51.2

( 24120, 38580) W18 5>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 53.0 50.0

( 24120, 49380) W18 10>1>4>1(6) . . . . . . . . . . 52.9 50.0

( 24120, 56580) W18 9>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 52.9 49.9

( 52920, 49380) W18 3>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 37.6 34.6

( 52920, 57660) W18 4>1>4>1(6). . . . . . . . . . . 37.6 34.6

( 45240, 65940) W18 1>7>4>1(6). . . . . . . . . . . 31.0 28.0

0007)

Источ:( 18600, 69480) Z3 1>22>4(3)

Прием:( 49080, 16500) W18 7>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 64.9 61.6

( 14520, 16140) W18 6>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 58.9 55.7

( 26040, 25140) W18 8>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 53.8 50.7

( 20280, 38580) W18 5>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 49.2 46.1

( 20280, 49380) W18 10>1>3>1(6) . . . . . . . . . . 49.1 46.0

( 22200, 56580) W18 9>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 45.0 41.8

( 54840, 50100) W18 3>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 41.6 38.2

( 54840, 56580) W18 4>1>3>1(6). . . . . . . . . . . 41.6 38.2

( 43320, 65940) W18 1>7>3>1(6). . . . . . . . . . . 33.0 29.7

0008)

Источ:( 53640, 69480) Z3 1>21>4(3)

Прием:( 45240, 16140) W18 7>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 56.9 53.4

( 10680, 17220) W18 6>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 54.4 51.0

( 26040, 24060) W18 8>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 48.1 44.7

( 20280, 39660) W18 5>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 46.2 42.9

( 24120, 50460) W18 10>1>2>1(6) . . . . . . . . . . 45.4 42.0

( 24120, 55500) W18 9>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 40.9 37.5

( 24120, 64140) W18 1>7>2>1(6). . . . . . . . . . . 27.7 24.6

( 54840, 51180) W18 3>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 24.2 21.5

( 56760, 55860) W18 4>1>2>1(6). . . . . . . . . . . 23.9 21.2

0009)

Источ:( 33000, 69480) Z3 1>26>4(3)

Прием:( 37560, 16500) W18 7>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 53.9 51.4

( 20280, 16500) W18 6>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 50.1 47.7

( 24120, 27660) W18 8>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 49.3 46.8

( 24120, 35580) W18 5>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 49.3 46.8

( 22200, 49380) W18 10>1>7>1(6) . . . . . . . . . . 48.8 46.3

( 26040, 56580) W18 9>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 44.7 42.3

( 51000, 52260) W18 3>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 25.7 23.1

( 51000, 56580) W18 4>1>7>1(6). . . . . . . . . . . 23.4 20.9

( 49080, 65220) W18 1>7>7>1(6). . . . . . . . . . . 18.5 16.7

5.Расчет годового экономического эффекта от внедрения системы автоматического размещения элементов топологии матричных БИС

Создание систем автоматизированного проектирования (САПР) изделий электронной техники приобретает с течением времени все большее и большее значение. Это связано с усложнением разрабатываемых электронных схем, увеличением возможностей и производительности используемой при разработке САПР вычислительной техники. Специфические особенности этого объекта (САПР автоматизирует процессы проектирования изделий и технической базы их производства) требуют комплексной оценки эффективности мероприятий, связанных с их созданием, использованием и развитием.

Такая комплексность в оценке эффективности мероприятий НТП характерна для методики определения эффективности, а также для получающих все более широкое применение программно-целевых методов планирования и управления процессами создания новой техники. Данные методы предусматривают проведение технико - экономического обоснования (ТЭО) создаваемых САПР путем реализации ряда последовательно выполняемых шагов, начиная с оценки эффективности системы, соответствующей состоянию производства на данный момент времени, затем расчета вариантов САПР, предлагаемых для внедрения (с формированием совокупности характеризующих эти варианты технико - экономических показателей) и, наконец, прогнозирования процесса дальнейшего снижения текущих затрат, определяющих функционирование создаваемых систем с оценкой прогнозируемых состояний по критерию приведенных затрат и выбором варианта, которому соответствует минимум приведенных затрат.

Расчет показателей экономической эффективности программных средств (ПС) проводится в соответствии с РМ [2] , [3] и [4]. Методика [3] является обязательной для всех сфер создания и применения программных средств, она обеспечивает возможность расчета показателей экономической эффективности программных средств на всех стадиях их жизненного цикла (системного анализа и выработки технического задания на разработку программ, проектирования, испытания и выпуска опытных образцов программных средств, производства и поставки программной продукции, использования ее в производстве).

Одним из основных показателей экономической эффективности является годовой экономический эффект.

Расчеты экономической эффективности разрабатываемой САПР проводятся с целью:

а) выбора наиболее экономичного варианта технического решения;

б) определения фактических размеров экономической эффективности, полученных в результате внедрения САПР на предприятиях отрасли;

в) определения влияния фактически полученной экономии текущих затрат по каждой из работ на производственные показатели предприятия.

При определении эффективности САПР учитываются следующие факторы повышения эффективности проектирования электронной техники:

-сокращение сроков проектирования ИЭТ;

-снижение текущих затрат на проектирование и производство;

-повышение качества проектов и проектной документации;

-повышение технических, эксплуатационных и экономических характеристик новых изделий;

-сокращение трудоемкости.

При планировании, учете и анализе производственной деятельности в условиях САПР рассчитывается общая экономическая эффективность, а при выборе вариантов разработки и внедрения соответствующих систем - сравнительная экономическая эффективность.

Обязательным условием при определении экономической эффективности автоматизированных систем является сопоставимость всех показателей по времени, по ценам и другим нормам, используемым для определения показателей, и по виду элементов затрат.

Методика расчета годового экономического эффекта от внедрения САПР

Расчет годового экономического эффекта от внедрения системы автоматического размещения элементов топологии матричных БИС проводится в соответствии с методическими материалами [1]. Методика определения экономической эффективности основывается на формуле:

Э = Эг - Ен Кдоп (5.2.1)

где

Эг - годовая экономия от внедрения системы САПР, руб;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности (для средств вычислительной техники, при сроке окупаемости пять лет составляет 0.2);

Кдоп - дополнительные капитальные вложения, руб.

Расчет годовой экономии

Годовая экономия от внедрения данной системы, определяемая как алгебраическая сумма экономии по всем элементам текущих затрат на сопоставимый объем продукции (за вычетом затрат машинного времени):

Эг = ( Э1 - Ээвм2 + Ээвм1 ) N (5.3.1)

где

Э1 - экономия затрат на основной и дополнительной заработной плате (с отчислением на социальное страхование) исследователей-разработчиков за счет сокращения трудоемкости получения технического решения, руб;

Ээвм1 - затраты машинного времени до внедрения системы, руб;

Ээвм2 - затраты машинного времени после внедрения системы, руб;

N - количество разрабатываемых схем в год, шт.

Экономия затрат на основной и дополнительной заработной плате (с отчислением на социальные нужды) исследователей - разработчиков за счет сокращения трудоемкости получения технического решения, определяются выражением:

Э1 = Ззп1 - Ззп2 (5.3.2)

где

Ззп1 - заработная плата исследователей - разработчиков до внедрения САПР, руб;

Ззп2 - заработная плата исследователей - разработчиков после внедрения САПР, руб.

По следующим формулам рассчитывается заработная плата исследователей - разработчиков:

до внедрения САПР:

Ззп1 = [ lср Т0 (1 + Кп) ] (1 + Кдз) (1 + Ксн) (5.3.3)

после внедрения САПР:

Ззп2 = [ lср Т1 (1 + Кп) ] (1 + Кдз) (1 + Ксн) (5.3.4)

где

lср - средняя месячная заработная плата одного разработчика в сфере проектирования топологии изделия, руб.;

Т0 - трудоемкость получения технического решения при проектировании изделия до внедрения САПР, чел./мес.;

Т1 - трудоемкость получения технического решения при проектировании изделия после внедрения САПР, чел./мес.;

Кп - коэффициент премиальной оплаты;

Кдз - коэффициент дополнительной заработной платы;

Ксн - коэффициент отчислений на социальные нужды.

Затраты машинного времени определяются выражением:

Ээвм = t Цэ (5.3.5)

где

t - затраты машинного времени на проектирование одного изделия, час.;

Цэ - стоимость одного часа машинного времени, руб. .

Расчет окупаемости производится по формуле:

Ток = Кдоп / Эг . (5.3.6)

Расчет дополнительных капитальных вложений

Под капитальными затратами на САПР понимается совокупность единовременных расходов, осуществляемых только один раз для многократного и долговременного использования на разработку САПР, а также на их техническое и математическое обеспечение, в т.ч. на разработку алгоритмов и программ.

Расчет всех слагаемых капитальных затрат выполняется обычно при ТЭО разработки и внедрения САПР, осуществляемых на предприятии впервые. В том случае, когда обосновывается их модернизация или совершенствование, рассчитываются затраты по тем слагаемым, которые изменяются. Так, при обосновании разработки и внедрения нового программного обеспечения для САПР определяются единовременные затраты, связанные с его разработкой и отладкой.

Единовременные дополнительные капитальные вложения на разработку системы проектирования приводятся к году внедрения с учетом фактора времени:

Кдоп = Кпр К (5.4.1)

где

К - затраты на разработку системы проектирования, руб. ;

Кпр - коэффициент приведения, учитывающий фактор времени.

К капитальным вложениям в данном случае следует отнести затраты на научно-исследовательскую и организационно-конструкторскую работы.

Затраты на НИР рассчитываются по формуле:

К=Книр=Lнппо(1+Кдз)(1+Ксн)+Lнппо*Кпроч+Sоб (5.4.2)

где:

Книр - затраты на научно-исследовательскую работу (руб.);

Lнппо - основная заработная плата научно-производственного персонала (руб.);

Кдз - коэффициент дополнительной заработной платы;

Ксн - коэффициент отчислений на социальные нужды;

Sоб - затраты на оборудование (руб);

Кпроч - коэффициент прочих расходов.

Основную заработную плату научно-производственного персонала рассчитаем по формуле:

n

Lнппо = LTi*ti(5.4.3)

Ii=0

где :

n - количество исполнителей;

LTi - тарифная ставка i-того исполнителя (руб/мес);

ti - время занятости i-того исполнителя в данной НИР (мес).

Под стоимостью работы оборудования в данном случае понимается стоимость машинного времени , затраченного на расчеты при проектировании схемы .Ее подсчитаем по формуле :

Sоб=Цэ*tоб(5.4.4)

где :

Цэ - стоимость часа работы оборудования (руб/час);

tоб - время работы оборудования (ч);

К прочим расходам в данной работе отнесены расходы на командировки , на оказанные услуги других организаций ,почтовые, а также некоторые другие незначительные расходы.

Данные для расчета.

условное обозначение показателя	наименование показателя	значение, единица измерения
Ен	нормативный коэффициент экономической эффективности (для средств вычислительной техники, при окупаемости за пять лет)	0.2 1/год
N	количество разрабатываемых схем в год	40 шт.
lср	средняя месячная заработная плата одного разработчика в сфере проектирования топологии изделия	640 000 руб./мес.
Тo	трудоемкость получения технического решения при проектировании изделия до внедрения ПП	0.2 чел./мес.
Т1	трудоемкость получения технического решения при проектировании изделия после внедрения ПП	0.1 чел./мес.
Кп	коэффициент премиальной оплаты	0.2
Кдз	коэффициент дополнительной заработной платы	0.2
Ксн	коэффициент отчислений на социальные нужды	0.39
t1	затраты машинного времени на проектирование одного изделия до внедрения ПП	16 час
Цэ	стоимость одного часа машинного времени	10 000 руб
Кпроч	коэффициент прочих затрат	1.4
Кпр	коэффициент приведения, учитывающий фактор времени	1.2
t2	затраты машинного времени на проектирование одного изделия после внедрения ПП	4 часа

Расчет годового экономического эффекта и ожидаемых технико - экономических показателей.

В расчетах срок окупаемости системы автоматического размещения элементов топологии матричных БИС - 5 лет. Данные для расчета даны для программы “WINRAZM”, которая реализована на PC AT 486.

1. Расчет дополнительных капитальных вложений.

Кдоп = Кпр К

Кдоп = 1.2 (1 000 000 * 1.2 * 1.39 + 1 000 000 * 1.4) + 200 * 10 000 =

= 5 068 000 (руб)

2. Расчет затрат машинного времени на проектирование изделия.

Ээвм1 = Т1 Цэ

Ээвм1 = 16 10 000 = 160 000 (руб)

Ээвм2 = Т2 Цэ