автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Исследование и разработка системы диалогового схемтехнического проектирования для ЭВМ типа СМ-1700

Санкт-Петербургский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнический институт имени В. И. Ульянова (Ленина)

На правах рукописи

Тимаев Андрей Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИАЛОГОВОГО СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ЭВМ ТИПА СМ-1700

Специальность 05.13.12Г - Системы автоматизации

проектирования (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1992

/

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена Ленина и ордена Оггябрьской Революции электротехническом институте имени £ И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки и техники РСФСР

доктор технических наук профессор АНИСИЮВ Е И.

*

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор НЕМОЛОЧНОВ О. Ф. кандидат технических наук СМИРНОВ С. И.

Ведущая организация - Российский институт радионавигации и времени.

Защита диссертации состоится " 1 " мО'АСр~1 1992 г в ¡1^ час на заседании специализированного совета К063.36. С Санкт-Петербургского ордена Ленина и ордена Октябрьской Револющ-электротехнического института имени Е И. Ульянова (Ленина) г адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат ра-ч 'лан " ^ " 199<! 'г.

Учеши! секретарь 2пеци;иийированного совета

ЮРЛОВ 1С). В.

- 1 -

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рост сложности радиоэлектронной ал-аратуры (РЭА) и ужесточение требований к срокам и качеству ее |аэработки требует широкого применения САПР, среди которых важное 1есто занимают системы схемотехнического проектирования.

Одним из направлений развития современных САПР являются сис-емы, ориентированные на совместную работу групьч проектировщиков ад большим проектом РЭА. К особенностям аппаратного обеспечения аких систем относятся высокая производительность вычислительного юмплекса (ВК), наличие мощного сетевого интерфейса Для обеспе-ения многопользовательского и многозадачного режима работы ис-ользуется, как правило, операционная система (ОС), основанная на ринципах виртуальной организации ресурсов. Программное обеспече-ие (ПО) таких систем включает усовершенствованные пакеты прик-;адных программ (ППП), реализующие расширенный набор проектных роцедур, а также средства координации действий коллектива разработчиков.

Данная работа посвящена вопросам разработки и реализации ар-итектуры САПР схемотехнического проектирования, обеспечивающей иртуальную среду проектирования для группы разработчиков, а так-е вопросам разработки программного и информационного обеспече-:ия, позволяющего создать САПР с расширенными функциональными озможностями. В частности, реализация алгоритмов на базе матрицы :еременных состояния позволяет получить ряд результатов, недос-упных для используемых в современных САПР методов анализа схем.

Конкретную практическую проверку положения работы прошли при ¡азработке системы схемотехнического проектирования электронных :хем ДИСП. Система реализована на 32-х разрядных мини-ЭВМ высокой [роизводительности СМ-1700, что позволяет обеспечить требуемые :арактеристики производительности ВК.

В отличии от известных зарубежных систем рассматриваемого аасса, САПР ДИСП имеет следующие особенности:

- наличие специализированной базы данных (БД) диалогового 'ипа для хранения моделей схемных компонентов и данных проекта;

- легко доступная пользователю возможность создания собс-■венных моделей схемных компонентов в виде схем замещения;

- оптимизация параметров исследуемой схемы на основе различ-[ых критериев оптимальности;

- расчет устойчивости схем, возможность расчета схем в режиме генерации сигнала.

Актуальность проделанной работы заключается в следующем:

- в настоящее время в стране распространены САПР, ориентированные на индивидуального пользователя на базе персональных компьютеров (ПК), однако развитию современных средств проектирования для многопользовательских систем уделяется недостаточное внимание;

- эффективность систем схемотехнического проектирования оп^ ределяется уровнем предоставляемых пользователю сервисных услуг и полнотой набора проектных процедур. В связи с эти;.: реализация новых алгоритмов анализа схем является актуальной задачей;

г повышение адекватности моделирования достигается с помощью увеличения числа специализированных моделей и учета реальных параметров модели. Поэтому актуальна разработка вопросов, связанных с организацией информационного обеспечения схемотехнических САПР.

Дель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и разработка САПР схемотехнического проектирования, обеспечивающей функционально-полный набор проектных процедур в рамках проекта, выполняемого коллективом разработчиков.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Исследование и выбор аппаратных и системных средств, разработка ПО, реализующих разделение проектных данных и вычислительных ресурсов.

2. Разработка архитектуры САПР схемотехнического проектирования на базе виртуальной ОС.

3. Анализ и выбор методов формирования математической модели схемы и решения системы схемных уравнений.

4. Исследование и ре^работка алгоритмов, позволяющих вычислять передаточную функцию в аналитическом виде, проводить анализ устойчивости электронных схем.

5. Реализация моделей схемных компонентов для разработанных алгоритмов.

6. Адаптация алгоритмов и ПО, испольг"емых в ранее разработанных реализациях системы на IBM ГС и СМ-1420 для применения на СМ-1700.

Основные методы исследования. Для'решения поставленных задач использовались понятия и методы теории систем автоматизированного проектирования, аппарата линейной алгебры и теории матриц, дифференциального исчисления, теории электрических цепей, структурного и системного программирования.

Новые научные результаты.

1. Предложена архитектура схемотехнической САПР, использующая: -

- средства создания разделяемой среды проецирования для сетевой или локальной конфигурации ВК;

- распределение проектных данных мелщу общей БД и базами данных сеанса проектирования пользователей.

2. Предложен алгоритм формирования математической модели схемы на базе уравнений состояния, отличающийся от известных:

- более простым способом формирования матрицы, основанным на линейном юзмбинировании ртрок и столбцов матрицы узловых потенциалов;

- сравнительно меньшими вычислительными затратами по времени и объему памяти.

3. Разработан алгоритм расчета устойчивости, основанный на методе формирования матрицы состояний и использующий способ обработки вырождений схемы, не требующий вычисления обратных, матриц.

4.' Разработан способ формирования програкмно-реализуемых моделей реастивных компонентов (в том числе частотнозависимых источников тока и напряжения).

Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики заключается в следующем:

1. Предложенная архитектура САПР позволяет реализовать функции совместного использования вычислительных ресурсов с координацией действий группы разработчиков. Архитектура поддерживает 1сак сетевую, так и локальную конфигурацию ВК;

2. Разработанные алгоритмы формирования матрицы состояний могут послужить основой для создан ия^ряда алгоритмов схемотехнического анализа как линейных, так и нелинейных схем;

3. Алгоритм расчета устойчивости обеспечивает новые возможности при расчете схем в режиме генерации сигнала

4. Разработанные модели позволяют использовать САПР ДИСП для

проектирования различных классов аналоговых электронных схем.

6. Использование СЫ-1700 в качестве базовой инструментальной машины САПР и реализация САПР ДИСП на данной ЭВМ расширяет круг пользователей и позволяет создавать ЕК САПР с высокими показателями производительности.

Реализация результатов работы. Теоретическими практические-' результаты работы использованы в научно-исследовательских работах, выполненных на кафедре САПР СПбЭТИ им. Ь И. Ульянова( Ленина) по хоздоговорной тематике.

Результаты внедрены и используются на промышленных предприятиях и в вузах, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

- Зональной научно-технической конференции "Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА", г.Пенза, 1991 г.;

- Научно-техническом семинаре "Проектирование радиоэлеютрон-ного оборудования с применением САПР", г. Николаев, 1990 г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация проектирования и конструирования в электронном машиностроении", Г. Москва, 1988г. ;

. - Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им. К И. Ульянова( Ленина), 1989-1992гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 86 наименований и приложения. Основной текст изложен на 94 страницах машинописного текста. Работа включает 11 рисунков и 2 таблицы.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются аппаратные и системные средства САПР группового проектирования, требовани;: к характеристикам

и составу ПО базовой инструментальной машины САПР. Рассмотрены принципы организации и архитектура программного обеспечения схемотехнической САПР на базе ЭВМ СМ-1700 для ОС МОСВП.

Требования к аппаратным средствам САПР определяются категорией и уровнем сложности решаемой задачи. В свою очередь, уровень сложности проекта определяет величину и состав группы разработчиков. Здесь необходимо учитывать сочетание двух факторов:

- эффективность индивидуального труда;

- эффективность возможностей взаимодействия членов группы. Для эффективной работы группы ' необходимо наличие специальных программных и аппаратных средств, обеспечивающих полную координацию действий в рамках группы, часто в реальном масштабе времени. К таким средствам относятся:

- коллективно используемый ресурс - мощная центральная ЭВМ, дисковые накопители большой емкости;

- сетевой интерфейс с высокой скоростью передачи данных;

- виртуальная организация ОЗУ (чаще всего страничная) и ВЗУ;

- многозадачная и многопользовательская 00.

В случае использования универсальной ЭВМ в качестве сервера сети, ее характеристики Должны удовлетворять решению следующих задач:

- интенсивная вычислительная, работа в режиме разделения времени;

- хранение и архивация больших объемов информации;

- поддержка сетевого взаимодействия, арбитраж в реальном масштабе времени.

Отечественным аналогом рассматриваемых аппаратных средств, позволяющих поддерживать работу группы проектировщиков с САПР, является ВК СМ-1700.

Можно выделить следующие требования к составу сервисных средств САПР:

- общий пользовательский интерфейс системы для доступа к разделяемым ресурсам;

- наличие средств поддержки разделяемой БД, содержащей данные проекта и модели САПР;

- наличие базы данных сеанса проектирования (БДСП). Каждый член группы имеет свою БДСП, в которой хранятся текущие результаты его работы;

- средства взаимодействия между общей БД и ВДСП;

- системные средства связи между процессами, синхронизация

- 6 -

работы, передача данных минуя файлы;

- средства администрирования и ведения протокола процесса проектирования;

- выполнение функций поддержки целостности данных проекта, защиты от несанкционированного доступа, иерархия доступа к данным.

Реализация данных ¡требований в значительной мере упрощается при использовании ОС, поддерживающей виртуальную организацию ресурсов. ОС МОСЕП, работающая нанЗН-1700, предоставляет большие возможности для разделения данных в реальном времени, защиты информации, связи и синхронизации между процессами, создания пользовательского интерфейса МОСВП является аналогом зарубежной системы VM5, работающей на ЭВМ семейства VAX фирмы DEC.

Важнейшим свойством организации 1Ю САПР является открытый тип архитектуры системы. Методом решения данной задачи является модульный принцип организации Ш. В связи с этим, основной структурной единицей ПО выбран проблемно-ориентированный ППП, реализующий конкретную проектную процедуру. Работая с пакетом в виртуальной среде контекста процесса МОСВП, можно гибко переопределять ввод-вывод, параметры и режимы проектирования. Программы информационно- сервисной подсистемы также выделены в автономные пакеты по функциональным признакам.

При этом предполагается следующее разделение функций между программными единицами:

- ядро - ведение протокола проектирования, выделение приоритетов и привилегий процессам, выделение ресурсов, назначение логических имен и конфигурирование системы;

- пакет - прикладные расчеты, вызов и синхронизация сервисных средств, связь между процессами.

Следует отметить следующие архитектурные особенности организации ПО системы ДИСГЬ

- иерархическая структура;

- автономность всех ГОШ;

- гибкая конфигурация расположения файлов системы и данных проекта на-внешних запоминающих устройствах.

Обеспечение целостности и безопасности данных осуществляется с помощью системы пользовательских приоритете^ и разделением информации между общей БД и БДСП отдельных пользователей.

ГаОота группы проектировщиков в сети ЭВМ обеспечивается за

счет средств разделения виртуальных ресурсов операционной системы МОСВП, совместимости используемых САПР на соединенных в сеть ЭВМ, а также за счет различных способов подключения ЭВМ к СМ-1700.

Для подключения ЭВМ серии СМ возможно использование сетевых интерфейсов (ЮЕСпеЬ, "СМ", "МИНИ"). За счет совместимости файловых структур 1-го уровня возможно подключение общих для всех ЭВМ накопителей на дисках без использования сетевого интерфейса При этом файлы общей БД располагаются в корневых каталогах на общем диске и могут использоваться в релиме разделения данных между ЭВМ.

Наиболее интересна конфигурация ВК, использующая СМ-1700 в качестве центральной ЭВМ и ПК 1ВМ РС АТ в качестве рабочих станций. При этом доступ к общим проектным данным осуществляется за счет сервисных средств центральной ЭВМ и ПО сети. Пэльзователь рабочей станции может выполнять задачи, требующие интенсивного использования вычислительных ресурсов, на СМ-1700, используя доступ удаленного терминала СМ-1700.

Во второй главе рассматриваются методы и алгоритм» схемотехнического анализа, в частности,разработанные алгоритмы формирования математической модели схемы в виде матрицы в пространстве переменных состояния и алгоритм .расчета устойчивости линейных и линеаризованных схем.

Основное требование к математическому обеспечению схемотехнического проектирования - Функциональная полнота, охват всех видов расчета схем, наличие альтернативных алгоритмов расчета (последнее связано с проблемами численной сходимости методов для различных классов схем). Требуется решение двух противоречивых задач:

- выбор наиболее эффективного метода для конкретного вида анализа;

- концептуальное единство математических моделей и методов их обработки для всех типов расчетов.

Алгоритмы, используемые в системе ДИСП:

- для расчета статического режима (по постоянному току) используется группа альтернативных методов (метод Ньютона, методы продолжения режима по параметру: шунтирование резисторов, наращивание источников питания и комбинированный);

- при расчете переходных процессов используется достаточно универсальный алгоритм (возможен расчет различных классов схем, в

той числе цифровых или импульсных), основанный на модифицированном методе Гира с переменным порядком интегрирования и автоматическим выбором шага по времени;

- алгоритм частотного анализа, испольвующий матрицу узловых потенциалов, является базовым для большинства методов расчета линейных схем. Он используется совместно с методами формирования математической модели схемы (например, формирование системы дифференциальных уравнений модели чувствительности с помощью присоединенных источников), а также с методами поиска (алгоритмы поиска на основе различных критериев оптимальности АЧХ и ФЧХ'схем, методы поиска экстремумов АЧХ и ФЧХ).

Методы, связанные с формированием матрицы состояний и последующей ее обработкой обладает следующими преимуществами:

- универсальность (обеспечивается выход на решение ряда задач схемотехнического проектирования);

- сравнительно высокая точность получаемых результатов;

- использование общепринятых методов линейной алгебра

В главе рассмотрен метод, позволяющий формировать матрицу переменных состояния с помощью линейных преобразований матрицы узловых потенциалов. Приведение матрицы узловых потенциалов к матрице состояний может быть выполнено с помощью замены координат исходной матрицы на переменные состояния. Такое преобразование использует свойства матрицы инциденций чаетотнозависимых компонентов схемы. Обращение матрицы инциденций, определенной на множестве 40 ; 1>, осуществляется путем разложения на простейшие множители, каждый из которых может быть интерпретирован как оператор замены одной координаты узловых потенциалов на переменную состояния.: В при: денных ниже алгоритмах эти матрицы в явном виде не присутствуют, однако все необходимые действия выполняются исходя из известной структуры матриц (определяемой из полной матрицы узловых проводимостей или из списка чаетотнозависимых. компо-.нентов). Задача обработку токовых звезд и потенциальных контуров может быть сведена к обращению соответствующей подматрицы схемных вырождений.

Можно предложить два алгоритма формирования матрицы уравнений состояния.

Алгоритм-1. Исходная матрица - матрица узловых потенциалов в виде пучка еС" + У, где С" - матрица уравнений реактивной части схемы, I'- пассивной.

1) Просмотр С" по строкам (диагональные элементы из рассмотрения исключаются). Поиск такого элемента c(i,j), что он

а) единственный элемент в строке;

б) c(i,j) - -c(j,i);

если такой c(i,j) найден, то выполняется суммирование строк и столбцов:

Y(U - Y(i) + Y(j) ; C(i) - C(l) + C(J) , где Y(n), С(л) означают строки, a затем столбцы матриц С" и Y*.

2) Пункт 1 выполняется, пока существует c(i,j), удовлетворяющее условиям 1а и 16.

3) Обработка токовых звезд. Просматриваются диагональные элементы матрицы Y': если существует диагональный элемент y(i,i), не равный нулю, а остальные элементы строки представляют собой строку из множества {0 ; 1>, то:

а) выбирается один из ненулевых элементов строки y(J,i);

б) столбец Y(j) суммируется к остальным столбцам Y', содержащим ненулевые элементы на i-й строке, аналогичные преобразования производятся с матрицей реактивных компонентов С". Симммет-рично, те же действия выполняются со строками Y', С";

в) вычеркиваются 1-е и j-e строки и столбцы матриц Y',C".

4) Пункт 3 повторяется, пока выполняется условие п. 3.

5) Обработка потенциальных контуров. Аналогично п. 3 суммируются оставшиеся внедиагональными элементы матрицы С".

6) Исключение алгоритмом Гаусса строк Y', если соответствующие строки С" нулевые.

7) Обращение подматрицы, соответствующей схемным вырождениям.

•8) Обращение оставшейся части матрицы С", которая диагональ-

на, сводится к делению строк Y' на диагональные элементы c(i,i).

Алгоритм-2. ГЬзволяет сократить затраты оперативной памяти при формировании исходной матрицы, за счет того, что структуру матрицы инциденций можно получить из списка реактивных компонентов, не формируя матрицу С". В качестве исходных данных формируется список частотнозависимых компонентов Сп:

<номер компонентам <номера узла 1><номер узла 2><номинал>. Дяя облегчения выбора ведущего элемента параллельно с заполнением данного списка формируется массив М, каждый элемент которого содержит число реактивных элементов, подключенных к данному узлу. Пусть M содержит также ссыХки на список Сп.

1) Поиск элемента массива M: M(k)=i. По ссылке находим Cn(i)

для М(к). Пусть номер узла, для которого М(к)=1 равен к, а узла, парного в списке - х. Тогда

Y(x) - Y(x) + Y(k) ; M(k) - M(k) - 1 ; M(x) - MCx) - 1 , где Y(n) - n-e строки, а затем столбцы матрицы Y';

M(n) - n-й элемент массива M.

2) П. 1 повторяется, пока существуют М( k)-1.

3) Обработка потенциальных контуров. Поиск максимального значения в массиве М: М(k)-maxíМ>. По ссылке находим Cn(i), который содержит пару номеров узлов к и х. Производится поиск в списке, находится Cn(j) который содержит узел п, парный с х. Тогда

Y(n) - Y(n) + Y(x) ; MCx) - M(x) - 1 . Далее, по цепочке, проводятся аналогичные действия для узла п. Параллельно формируется матрица схемных вырождений, используя вначения номиналов и номеров узлов из Сп.

4) П. 3 повторяется, пока не будут обработаны все емкостные вырождения.

5) Обработка токовых звезд. Условия наличия звезды:

М(к)>1 ; у(к,к)-0 , при этом действия аналогичны описанным в п. 3, но все преобразования выполняются в расширенном базисе, а поиск в списке производится по элементам, подключенным к одному узлу (а не по узлам, образующим замкнутый контур).

6) П. 5 повторяется, пока не будут обработаны все индуктивные вырождения.

7) Редукция узлов матрицы Т , к которым не были подключены конденсаторы, а также узлов, оставшихся свободными после обработки схемных вырождений.

8) Обращение подматрицы, соответствующей схемным вырождениям, ее умножение на сформированную матрицу схемы (что можно реализовать как одну процедуру).

Можно прбдложить алгоритм анализа устойчивости, ' основанный на модификации вышеприведенного адгоритма-1. Для вычисления собственных чисел достаточно формировать матрицу, математически подобную матрице переменных состояния, поэтому для обработки схемных вырождений можно заменить обращение матрицы на ее диагонализацию с помощью гауссовских исключений или другого подобного метода

1) Выполняются шаги 1-4 алгоритма-1.

2) Исключение оставшихся внедиагональных элементов матрицы

С" с помощью алгоритма Гаусса

3) Получившаяся в результате матрица обрабатывается (31?-алгоритмом.

4) Если хотя бы одно ич собственных значений отрицательно (в действительной части), то делается вывод о неустойчивости схемы.

Для вычисления полного полинома передаточной схемной функции ложно также ис.:">льзовать приведенный выше алгоритм (требуется модификация исходной матрицы узловых потенциалов).

Третья глава посвящена разработке моделей с использованием гаформационного обеспечения САПР ДИСП.

Информационное обеспечение современных систем моделирования )риентировано на работу со следующими основными структурами:

- типовыми (базовыми) компонентами. Такие компоненты реали-юваны программно;

- модели схемных компонентов, описываемые на входном языке ¡истемы и состоящие из типовых компонентов;

- подсхемы, описываемые на входном языке и состоящие из ти-ювых компонентов, моделей и других подсхем.

Все . базовые компоненты САПР ДИСП можно разделить по типу * ункциональных. зависимостей на линейные, нелинейные и источники угнала. Линейные компоненты подразделяются на безинерционные и иерционные (реактивные). Среди нелинейных компонентов можно вы-[елить подгруппы источников, используемых для моделирования по-[упроводниковых структур и универсальных компонентов. Базовые мо-;ели представляют собой компоненты [?СЬ-типа, набор функциональных сточников тока и напряжения, а также ряд независимых источников игнала.

Поскольку Есе модели более высоких уровней иерархии строятся а основе базовых, основным условием использования в системе ДИСП риведеиных в главе 2 алгоритмов является возможность программной еализации всех базовых моделей системы для разработанных алго-итмов. Для формирования матрицы переменных состояния к вписывае-ым в исходную матрицу моделям предъявляются следующие требова-ия:

- схемные уравнения частотнозависимых моделей должны содер-ать переменную р + jw в явном виде, причем только в числите-э. Степень э должна быть только 1 (это следует из матричного равнения исходной модели ¿.хемы У'+5С"=0).

- матрицы моделей должны быть симметричны относительно

- 12 -

Это следует ив симметрии матрицы реактивных компонентов С.

Из анализа схемных уравнений модели конденсатора следует . что можно применять матрицу модели стандартного узлового метод; без существенных изменений.

Модель индуктивности будет удовлетворять поставленным уело виям, если в расширенный базис исходной матрицы ввести новую пе ременную - ток черев индуктивность.

Наиболее сложным является приведение схемных уравнений час тотнозависимых источников к требуемому виду. Модификация состой в следующем:

1) частотнозависимые элементы матрицы выводятся в расширен ный базис (как это было проведено для случая с индуктивностями)

2) матрица сводится к диагональному виду с помощью линейны преобразований.

В главе математически доказана корректность таких преобразовани (показано, что в данном случае изменение матрицы источника до е> вписывания в матрицу всей схемы не ведет к изменению координа1 основного базиса матрицы схемы). Приведены модифицированные мат рицы источников и формулы пересчета параметров.

Использование произвольных моделей системы ЛИСП для расчет; устойчивости линейных схем должно учитывать следующие особенное ти:

- наличие в схеме модели реактивных компонентов, позволяющи адекватно отражать свойства реальных компонентов в схеме с обрат ными связями;

- наличие внутренних обратных связей, присущих моделируемом компоненту в схеме модели.

Реализация метода подсхем для матрицы состояний осложнен тем, что токи всех индуктивностей и напряжения всех конденсаторо должны присутствовать в матрице в явном виде. Можно предложит ограниченный вариант: подсхемы обрабатываются алгоритмом Гаусса при этом исключение производится до узлов подключения реактивны компонентов, а затем вписываются в общую матрицу. Это дает Прей мущество, прежде всего, с точки зрения временных затрат (опыт по казал, что существенную часть времени расчета устойчивости эани мает редукция разреженной матрицы схемы).

В четвертой главе рассмотрена реализация разработанной архи тектуры САПР, принципов организации информационно-сервисной под системы и предложенных алгоритмов на ЭВМ типа СМ-1700. '

- 13 -

Мэжно выделить три основные подсистемы САГО ДИСК

- подсистема нелинейного анализа;

- подсистема анализа и оптимизации линейных и линеаризован-¡ых схем;.

- информационно-сервисная подсистема.

Состав проблемно-ориентированных пакетов разработанной сис-

емы:

- "СТАТИКА' позволяет проводить расчет схем по постоянному оку - расчет узловых потенциалов, рабочих режимов компонентов токи и напряжения, температура, мощности), получать зависимости [юбых координат схемы от вариаций параметров схемы или температу->ы, подготавливать данные для линеаризации схемы, рассчитывать :ачальные условия для анализа переходных процессов;

- "ДИНАМИКА" (расчет переходных процессов) предоставляет ¡озможность задания типа характеристики сигнала задающего источ-:ика, сохранение промежуточных результатов с возможностью продол-ить когда-то начатый расчет;

- "ЧАСТОТА" - расчет частотных характеристик схем для произ-ольно заданной схемной функции (в числитель и знаменатель кото-ой могут входить координаты схемы в символьном виде - токи вет-ей, напряжения на компонентах и разъемов, узловые потенциалы, ещественные константы и параметры компонентов, а также их комби-ации). В. пакете предусмотрена возможность поиска экстремумов и езонансных точек, возможен режим многовариантного анализа;

- "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" также работает с произвольной схемной ункцией, но при этом вычисляются частные производные схемной (ункции по заданным варьируемым параметрам для указанных частот-ых точек;

- "ОПТИМИЗАЦИЯ" позволяет проводить поиск оптимальных час-отных характеристик, варьируя заданные пользователем параметры шпонентов схемы. Используются различные функции качества (кри-ерии оптимальности): максимумы и минимумы (в том числе и для реднеквадратичного отклонения), превышение, непревышение, выход з зоны, сдвиг и другие. Допускается возможность проводить опти-изацию одновременно для 10 произвольных схемных функций по 15 арьируемым параметрам;

- "УСТОЙЧИВОСТЬ" позволяет рассчитывать собственные частоты хемы и полином знаменателя передаточной схемной Функции в сим-олыюм виде.

Информационно-сервисная подсистема включает ядро САПР, программные модули, вызываемые проблемно-ориентированными пакетами, а • также следующие автономные пакеты:

- "БАЗА ДАННЫХ" (специализированная СУБД диалогового типа);

- "ГРАФИК" (вывод результатов анализа в виде графиков);

- "СПРАВКА" (обеспечение подсказки пользователю);

- "ЛИНЕАРИЗАЦИЯ" (пересчет всех параметров нелинейных моделей в их линейные аналоги).

Наличие ранее разработанных алгоритмов и реализаций системы ДИСП на других типах ЭВМ позволило свести к минимуму сроки разработки системы на СМ-1700. Адаптация прикладных программ, реализующих проектные процедуры, для использования в операционной системе МОСВП включает решение следующих задач:

- преобразование нестандартных конструкций языка программирования FORTRAN-77 (для операционных систе --ОСРВ и MS-DOS) в аналогичные для МОСВП (для решения данной задачи был разработан специальный пакетный редактор);

- организация динамического распределения памяти (заключалась в переопределении констант, задающих размерности основных массивов, на максимальные, поскольку МОСВП автоматически использует динамическое распределение ОП);

- переопределение констант, задающих точность расчета с учетом особенностей разрядной сетки СМ-1700;

- замена всех модулей, обеспечивающих диалог с пользователем и файловые операции на разработанные для СМ-1700.

Совместное использование разработанной системы в составе ВК сети ЭВМ предполагает наличие аналогичных систем схемотехнического проектирования на всех ЭВМ сети. Обеспечение совместимости с ранее реализованными системами ДИСП-РС и ДИСП-СМ включает следующие моменты:

- лингвистическое обеспечение: использование единого языка описания схем и задания на проектирование. В связи с этим в разработанной системе используется язык описания схем, применяемый в ДИСП-РС и ДИСП-СМ без каких-либо изменений;

- информационное обеспечение: для всех систем должны использоваться идентичные модели схемных компонентов. Способы организации БД должны быть также достаточно близки, отличие в средствах ведения БД для разработанной системы состоит в использовании средств разделения данных проекта для коллектива разработчиков

- 15 -

(что частично реализовано в ДИСП-СМ);

- математическое и программное обеспечение: использование одинаковых методов и адаптированного ПО позволяет создавать коллективно . используемый вычислительный ресурс сети на базе СМ-1700 для решения задач с большим объемом вычислений и больших размерностей;

- пользовательский интерфейс: необязательно совпадение способов организации и форм диалога для всех типов ЭВМ, однако идеологические основы, пути и методология проектирования должны быть близки для всех используемых в сети систем.

На простом методическом примере (расчет схемы генератора с мостом Вина) показаны возможности работы с системой ДИСП на СМ-1700. Для схемы, приведенной в приложении, даны сравнительные характеристики вычислительных затрат при расчете полюсов схемной функции (устойчивости схемы) различными алгоритмами:

- QZ-алгорйтм - 0.64 млн. 0ПТ(операций с плавающей точкой);

- D-QZ-алгоритм - 0.14 млн. ОПТ;

- метод MD ( модификации-декомпозиции ) - 0.031 млн. ОПТ;

- алгоритм расчета устойчивости САПР ДИСП - 0.016 млн. ОПТ.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена архитектура САПР, позволяющая создать виртуальную среду проектирования и поддерживающая совместную работу группы специалистов.

• 2. Проведены исследования и предложена новая реализация метода формирования матрицы схемы в пространстве переменных состояния.

3. Разработан алгоритм расчета устойчивости линейных и линеаризованных схем, позволяющий сократить вычислительные затраты при проектировании РЭА.

4. Предложен способ формирования частотнозависимых моделей схемных компонентов, учитывающий возможность формирования матрицы переменных состояния из матрицы узловых потенциалов схемы.

5. Полученные результаты использованы при создании САПР для вычислительного комплекса на баге мини-ЭВМ высокой производительности СМ-1700.

- 16 -

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. Система диалогового схемотехнического проектирования аналоговых и цифровых схем ДИСП-РС/А. И. Ларистов, К К Скобельцын, А. Е Шнайдер, А. А. Тимаев и др. // Проектирование радиоэлектронного оборудования с применением САПР: Тезисы докладов научно - технического семинара 13-17авг. 1990 г. - Николаев, 1990. - С. 35.

2. Ларистов А. И., Тимаев А. А. Подсистема моделирования линейных электронных схем САПР ДИСП-5// Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении: Межвуз. сб. науч. тр./ЛЭТИ. - Л. , 1990. - С. 58-62.

3. Тимаев А. А. Информационное обеспечение САПР схемотехнического проектирования ДИСП-УАХ//Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА: Тезисы докладов зональной конференции, 14-15 окт. 1991г. - Пенза, 1991. - С. 104-105.

4. Тимаев А. А. Информационное обеспечение архива САПР ПАГИС // Автоматизация проектирования и конструирования в электронном машиностроении: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, 28-30 апр. 1988г. - Москва. МИЭМ, 1988. - С. 21-22.

5. Ларистов А. И., Тимаев А. А. Комплекс прогамм частотного анализа для ПЭВМ типа 1ВМ РС// Автоматизированное проектирование в радиоэлектронике и приборостроении: Мэжвуз. сб. науч. тр. /ЛЭТИ. - Л., 1991. - С. 19-23.

Подп. к печ. Офсетная печать. Тираж 100 экз.

5ормат 60x84 1/16. уч.-изд. л. 1,0. Бесплатно.

22. 09. 92

Печ. л. 1,0; За

Ротапринт С.-ГО. ЭТИ 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5