автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Моделирование цифровых и цифро-аналоговых устройств с применением разноуровневых моделей элементов

^ -г- п

V V о

с л

1 1 ВОЯ 1925

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ "КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

На правах рукописи УДК 681.3.069:681.3.02

Гиоргизова-Гай Виктория Шалвовна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗНОУРОВНЕВЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05.13.05 - системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ - 1996

Диссертация является рукописью

Робота выполнена на кафедре систем автоматизованного проектирования Н? ционального технического университета Украини "КПИ".

Научный руководитель доктор технических наук, профессор.

ПЕТРЕНКО А. И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, ВУЗОВСКИЙ О.В.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, СИДОРЕНКО В.П.

Ведущая организация:

ОАО "Институт Радио-Измерительной Аппаратуры", г. Киев

Защита состоится "Р-1 «о/стя^й/ 1996 года в часов на засе-

дании специализированного Совета Д01.02.17 в Национальном техническом университете Украины "КПИ" (252056, г.Киев-56, пр. Победы, 37), корп. 12, ауд. 412.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального технического университета Украины "КПИ".

Автореферат разослан "/4" 1996р.

Ученый секретарь

специализированного Совета, /\Л

кандидат технических наук, доцент /Лм/ ^^^исаренко Л.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Подавляющее большинство изделий электронной техники являются аналого-цифровыми (АЦУ) и цифровыми (ЦУ) устройствами. По литературным данным современные электронные системы, построенные на базе БИС, на 90% являются цифровыми и синхронными, а на 10% - аналоговыми.

Поскольку для большинства задач структурного синтеза радиоэлектронной аппаратуры отсутствуют формальные методы, обеспечивающие получение бездефектных проектных решений, процесс ее проектирования представляет, собой чередование этапов синтеза и анализа. Наиболее гибким и эффектиным средством анализа проекта в мировой практике признано моделирование на ЭВМ. Причем в настоящее время основные платформы САПР ориентированы на аппаратную среду ПЭВМ и рабочих станций.

За последнее десятилетие уже традиционным для анализа АЦУ стало применение комбинированных методов моделирования, в которых используются совместно модели разных уровней абстракции и разные методы анализа одинакового целевого назначения. Комбинирование может быть пространственным, если различные модели и методы при решении определенной задачи анализа проекта применяются параллельно, или временным, если их применяют на разных этапах процесса проектирования последовательно. Большая часть известных зарубежных программ этого типа ориентирована на рабочие станции типа SUN. APOLLO, которые в нашей стране распространены мало. Слабой стороной аналогичных отечественных программ комбинированого логического и схемотехнического моделирования является недостаточная развитость в них моделей логического уровня.

Анализ АЦУ и ЦУ имеет ряд особенностей, состоящих в значительной размерности проектируемых схем; необходимости моделирования длинных входных последовательностей сигналов; необходимости учета, в ряде случаев, влияния нагрузки и других внешних факторов на динамические параметры схемных элементов; необходимости учета электрического режима в отдельных фрагментах схем. Эти особенности, а также непрерывное развитие элементного базиса АЦУ и ЦУ ставит перед разработчиками САПР новые задачи.

Перечисленное сведетельствует о необходимости дальнейших исследований в этой области и разработки новых эффективных средств анализа АЦУ и ЦУ на основе комбинированных методов моделирования

- 2 -

(как временного, так и пространственного).

ЦЕЛЬ РЕФЕРИРОВАНОЙ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является исследование известных и разработка новых инструментальных средств моделирования АЦУ и ЦУ. обеспечивающих повышение качества, снижение сроков их проектирования и пригодных для использования в современных платформах САПР.

В ДИССЕРТАЦИИ РЕШАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

- анализ современного состояния средств анализа проектных решений в САПР РЭА на различных иерархических уровнях их представления и оценка эффективности этих средств применительно к задачам анализа АЦУ и ЦУ;

- выбор известных и разработка новых математических моделей, методов и средств анализа АЦУ и ЦУ, позволяющих повысить эффективность анализа;

- разработка программного, математического и лингвистического обеспечения, а также методических рекомендаций по применению инструментальных средств анализа АЦУ й ЦУ. отвечающих требованиям современных платформ САПР.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для изложения материала работы, разработки моделей, методов и средств анализа проектных решений использовались: теория множеств, графов, алгоритмов, конечных автоматов, ЭВМ и систем, методы лингвистики. Для экспериментальной проверки научных положений, выводов и рекомендаций использовались методы структурного и объектно-ориентированного программирования, • проводилось решение проектных задач в процессе внедрения и эксплуации подсистем САПР.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1.'Формализованную методику синтеза и язык функционального описания логических моделей элементов АЦУ и ЦУ.

2. Многоуровневую модель проекта, отражающую структурные и Функциональные особенности АЦУ и ЦУ.

3. Алгоритм пространственно-комбинированного моделирования, ориентированный на многоуровневую модель проекта.

4. Алгоритмы процедур обработки списков событий и принципы организации анализатора временных соотношений сигналов, обеспечивающие адекватность результатов и расширяющие возможности моделирования в области динимического.анализа схем.

5. Реализацию предложенных методов, алгоритмов и моделей в диалоговой системе КОМОЛ-ПК, рекомендации по проведению модельного

эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы состоит в следующем:

1. Обоснован выбор моделей разных иерархических уровней и методов моделирования, наиболее эффективных (адекватных и экономичных) для описания элементов ЦУ и АЦУ и выявления разных типов ошибок проектирования.

2. Для логических моделей элементов АЦУ и ЦУ предложена формализованная методика синтеза и язык функционального описания, учитывающие четырехзначный алфавит моделирования. Функциональную латентно сть цифровых элементов и требуемую точности представления динамических параметров элементов. Язык является расширением алгоритмического языка программирования высокого уровня и использует минимальный набор его стандартных операторов при максимальном применении специальных процедур и функций, отражающих специфику объектов описания.

3. Предложена многоуровневая адаптируемая модель проекта, в которой в качестве базисного выбран функционально-логический уровень абстракции. Модель позволяет учесть структурные и функциональные особенности АЦУ и ЦУ. определить интерфейсы между моделями элементов разных уровней абстракции и задать необходимые параметры элементов.

4. Для многоуровневой модели проекта предложен алгоритм пространственно-комбинированного моделирования, отражающий ее особенности и строящийся на основе метода событийного моделирования, учитывающего свойства временной и пространственной разреженности рассматриваемого класса схем.

5. Разработаны алгоритмы процедур обработки списков событий и принципы организации анализатора временных соотношений сигналов, обеспечивающие адекватность результатов и расширяющие возможности динимического анализа с помощью предлагаемого алгоритма пространственно-комбинированного моделирования.

6. Предложены рекомендации по созданию математических моделей элементов АЦУ и ЦУ и проведению модельного эксперимента с применением предложенных методов, алгоритмов и моделей моделей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ определяется возможностями подсистем моделирования ЦУ и АЦУ САПР КОМОЛ-ПК. Применение системы позволяет:

- с помощью предоставляемых режимов, средств визуализации и редактирования исходных данных оперативно принимать решения по ор-

ганизации модельного эксперимента и модификации проектной информации;

- выбирая модели элементов соответствующих иерархических уровней на разных этапах анализа устройства, обеспечить эффективное выявление ошибок проектирования разных типов: структурно-конструктивной и электрической некорректности проекта; ошибок функционирования проекта; временных ошибок проекта ( состязаний -и генерации сигналов, запрещенных комбинаций входных сигналов ИС, нарушений ограничений на временные соотношения входных сигналов ИС, ошибок системы синхронизации и др.);

- существенно сократить трудоемкость и сроки создания моделей элементов, обеспечить удобство и качество их формирования, редактирования, тестирования и включения в специализированную базу данных непосредственно пользователями системы, не являющимися профессиональными программистами.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Графические диалоговые системы в проектировании, управлении, обучении" (Киев. 1990г.). " Проблемы автоматизированного моделирования в электронике" (Киев, 1994rO; Всесоюзных школах - семинарах: "Информатика в технологии приборостроения" (Ленинград, 1990г.), "Машинная графика и автоматизация проектирования радиоэлектронике" ( Челябинск, 1990г.); Республиканских научно-технических конференциях и семинарах: "Проблемы автоматизации контроля электронных устройств" (Винница. 1990г.), "Системы автоматизации проектирования РЭА и СБИС. САПР РЭА-91" (Киев, 1991г.), "Автоматизация проектирования РЭА и СБИС /САПР СБИС - 1992/" (Славское, 1992г.), "Методы автоматизированного проектирования ЭВА и СБИС (САПР СБИС-89,90)" (Черновцы, 1989, 1990гг.)

Материалы диссертационной работы отражены в 25 печатных работах. Основные результаты работы опубликованы в 7 печатных работых ( 6 статей. 1 тезисы докладов на научно-технических конференциях).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и шести приложений. изложена на 138 машинописных страницах, иллюстрирована 14 рисунками и 6 таблицами. Список литературы включает 150 наименований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ обоснована актуальность выбора темы, постановка цели и направлений исследования настоящей работы. Проведена класси-

фикация математических моделей и методов решения, применяемых в САПР РЭА на разных иерархических уровнях представления объектов проектирования, на основании таких признаков как: качественная область адекватности и экономичность. Выделены основые типы элементов АДУ и ЦУ и наиболее характерные типы ошибок проектирования, обоснован выбор методов и средст для проведения всестороннего анализа ЦУ и АЦУ.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ обосновывается выбор моделей разных иерархических уровней, наиболее эффективных для представления элементов ЦУ и АЦУ при проведении определенных видов анализа. Дается общая форма представления, единые принципы описания ( алгоритма функционирования, переменных, параметров) и общая характеристика моделей элементов предлагаемых типов.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассмотрена многоуровневая модель проекта, ее графо-теоретическое представление и ориентированный на предлагаемую модель алгоритм пространственно-комбированного моделирования.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены некоторые аспекты реализации общего алгоритма моделирования (алгоритм программы решения схемотехнических моделей, алгоритмы процедур обработки списков событий), анализатор временных соотношений сигналов, обеспечивающий обработку и интерпретацию результатов моделирования, описаны рекомендации по проведению модельного эксперимента в системе моделирования К0-МОЛ-ПК.

В ПРИЛОЖЕНИИ I подробно рассматриваются особенности описания моделей предлагаемых типов. Описана'формализованная методика формирования функционально-логических моделей цифровых и аналоговых элементов и временных примитивов.

В ПРИЛОЖЕНИИ II дриведен состав библиотеки процедур и функций для формирования функционального описания в логических моделях элементов.

В ПРИЛОЖЕНИИ III описаны общие принципы организации и основные характеристики системы моделирования КОМОЛ-ПК.

В ПРИЛОЖЕНИИ IV приведены основные временные параметры логических элементов.

В ПРИЛОЖЕНИИ V даны подробные результаты модельных экспериментов.

В ПРИЛОЖЕНИИ VI приведены документы, подтверждающие практическую ценность данной работы.

- 6 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе выделены основые типы элементов АЦУ и ЦУ: стандартные цифровые МИС, СИС и БИС ОЗУ. ПЗУ; программируемые БИС микропроцессорных (МП) наборов; стандартные аналоговые и аналого-цифровые ИС; стандартные и нестандартные аналоговые подсхемы на электро-радиоэ-лементах.

Литературные источники и опросы разработчиков позволили выделить наиболее характерные типы ошибок проектирования: ошибки функционирования цифровой, аналоговой части устройства и аппаратных средств в целом; ошибки программно-микропрограммного обеспечения и его совместного функционирования с аппаратными средствами; нарушение временных соотношений между входными сигналами СИС и БИС; наличие критических состязаний сигналов; временное рассогласование в работе технических средств, а также в их совместной работе с программно-микропрограммным обеспечением; ошибки объединения ИС. В результате в работе обоснован выбор типов моделей элементов ЦУ и АЦУ разных иерархических уровней и степени их детализации, позволяющих выявлять перечисленные типы ошибок, на основании таких критериев как: качественная область адекватности (определяется особенностями класса моделируемых устройств, учитываемыми эффектами и решаемыми задачами анализа) и экономичность (сложность, объем занимаемой памяти и время обработки).

Предложена обобщенная форма представления моделей выбранных типов: функционально-логических моделей для стандартных цифровых ИС и типовых узлов на основе аналоговых ИС (описывают их передаточные функции по постоянному току): моделей регистрового уровня для программируемых БИС; временных примитивов (упрощенных функционально-логических моделей, описывающих временное поведение элементов с учетом расброса их динамических параметров без вычисления конкретных значений сигналов) для стандартных цифровых и аналоговых элементов; специальных логических моделей для стандартных сигналоформирующих элементов (одновибраторы. дифференцирующие звенья, линии задержки и др.); схемотехнических моделей для произвольных аналоговых подсхем на электро-радиоэлементах; вспомогательных моделей для представления источников входных сигналов, "монтажных соединений" и др. В соответствии с общим представлением модель элемента включает описания переменных, функциональной части и параметров. Входные и выходные переменные соответствуют внешним контактам элемента, внутренние -используются для хранения его внутренних состояний.

Функциональная часть определяет алгоритм работы элемента. Для схемотехнической модели он задается системой алгебро-дифференциаль-1ых уравнений, описывающих функционирование составляющих ее моделей сомпонентов и связей между ними. Формирование системы уравнений зсуществляется на основании структурного описания на специализиро-занном языке. Для логических моделей цифровых элементов разработана формализованная методика синтеза их функциональной части, включаю-цая в себя следующие этапы: •

1. Формирование модели в алфавите {0.1.Х.Ю на основании исходной информации в виде таблиц истинности в алфавите {0,1}. Входы зхемы разделяются на управляющие и информационные. Составляется таблица истинности, в левой части которой содержатся наборы значений переменных, соответствующих управляющим входам, и функции синхронизации в двоичном алфавите. Эти входные наборы определяют выбор режимов функционирования элемента. В правой части таблицы содержатся описания самих режимов в виде функциональных зависимостей выходных и внутренних переменных от их собственных значений в предыдущий момент времени и от информационных входных переменных в виде констант, булевых выражений, алгоритмического описания с использованием специальных процедур и функций. Исходная таблица сокращается путем исключения из входных наборов несущественных переменных по принципу: переменная х1 в функции ГЦ.....х1 _ 1,х1,х1 +1.....хп) является

несущественной, если Их.....х1М1Од1И..... хп) = Пх^—

1, х......х ). Иными словами значение переменной может быть лю-

1 +1 п

бым. В функционировании устройства можно выделить 3 группы режимов: рабочие режимы, в которых схема изменяет свое состояние; режимы хранения информации, в которых состояние схемы не меняется; режимы неопределенности, когда по неизвестным значениям сигналов на управляющих входах схемы нельзя предсказать ее состояние. Поскольку условия выбора режимов проверяются в последовательности сверху вниз, то после проверки условий выбора разрешенных режимов все остальные комбинации управляющих сигналов будут соответствовать режиму неопределенности.

2. Запись алгоритма функционирования элемента в виде последовательности описания условий выбора режимов его работы и описания самих' режимов.

3. Включение в описание признаков активности модели с помощью множеств активных входов и выходов (АСТМ и АСТОШ), что повышает быстродействие моделирования. Решение модели производится только■в

том случае, если пересечение множества активных в данный момент времени переменных и множества входных переменных модели, при изменении которых состояние элемента может измениться, оказывается не пустым (функциональная латентность). Последующая обработка выходов модели производится только в том случае, если их номера есть в списке активных выходов. Дополнительными важными функциями АСТШ и Астоит являются разделение модели микросхемы, содержащей несколько независимо функционирующих элементов, ' на подмодели и повышение адекватности моделирования в некоторых ситуациях, связанных с состязаниями входных сигналов. Помимо этого, проверка условий выбора режимов функционирования и расположение режимов в последовательности уменьшения частоты их использования также позволяет уменьшить количество непроизводительных вычислительных операций. Возможность наличия доминирующих переменных учитывалась и при реализации специальных процедур и функций.

Методика описания цифровых ИС распространена на модели-времен-ные примитивы цифровых и аналоговых ИС -и логические модели аналоговых ИС. Для функционального описания логических моделей, формируемых в соответствии с предлагаемой методикой, разработан язык на основе минимального набора операторов алгоритмического языка программирования Паскаль и его расширения с помощью библиотеки специальных процедур и функций, отражающих специфику рассматриваемых моделей.

Множество параметров моделей, непосредственно используемых в процессе моделирования и в предшествующих ему расчетах, включает три подмножества: Р= Ро и Рвх и Рвых, где Ро - общие параметры модели, Рвх и Рвых - параметры ее входов и выходов.

Для комбинированного моделирования характерен системный подход. Объект анализа рассматривается как многоуровневая иерархическая система. Модели элементов каждого уровня, в свою очередь, могут образовывать иерархические ряды по степени детализации описания свойств элементов и связей между ними. Множество входных и выходных переменных моделей характеризует процессы взаимодействия данных элементов с другими внутри системы. Форма их представления на уровне системы одинаковы. Множество внутренних переменных модели характеризует процессы, протекающие внутри элемента, и форма их представления специфична для каждого типа модели. Преобразование типов переменных производится на входах и выходах моделей соответствующими интерфейсами. В данном случае объект анализа определяется на функционально-логическом уровне, и его модель представляет собой

множество моделей элементов, которые могут образовывать иерархические ряды по степени детализации описания их внутренних свойств и динамических параметров. Схемотехнические и регистровые модели, в свою очередь, представляют собой системы моделей. Для них справедливо: Е(УО=(). 1п1: У->ДОх, 1по: Wy->VI где И - множество внутренних переменных модели, V - множество входных и выходных переменных, соответствующих внешним переменным (системы моделей функционально-логического уровня). Их е V, Щ ЕЮ- подмножества внутренних переменных модели, связанных с входными и выходными переменными, 1п1 и 1по - отображения входных дискретных логических переменных скалярного типа в непрерывные электрические внутренние переменные (для модели схемотехнического уровня) или в дискретные логические переменные векторного типа (для модели регистрового уровня) и обратно.

Модель АЦУ формализуется в виде функционально-топологического частично взвешенного ориентированного графа 0=(Т. Ь). Множество вершин Б состоит из двух непересекающихся подмножеств: Т=К и и. К П и = 0. Элементы множества К соответствуют элементам схемы, а множест- • ва и - выводам элементов. С элементами множества К отождествляются функциональные блоки моделей элементов из множества Г их типов. С вершинами множества и отождествляются функциональные операторы 0. изменяющие временную координату сигналов в модели схемы на некоторую величину, а при соединении моделей разных иерархических уровней обрабатывающий интерфейсные параметры. Сигналы в дугах и вершинах множества и могут быть двух типов: дискретные логические и дискретные электрические. В зависимости от этого дуге приписывается вес: 1 и 2 соответственно.

Для многоуровневой модели устройства предложен алгоритм прост-эанственно-комбинированного моделирования, строящийся на основе со-Зытийного метода с переменным временным шагом. Длина шага определяйся интервалом времени между двумя ближайшими событиями. Событие звязывается либо с моментом модельного времени, в который происхо-шт изменение значения переменной в вершине множества и, либо с мо-гентом, в который необходимо продолжить прерваныи ранее анализ схе-ютехнической модели. В текущий момент модельного времени Тм акти-жзируются только те элементы К[_, на входах которых произошли собы-'ия. Сначала последовательно моделирутся активные элементы с логи-1ескими моделями, затем - со схемотехническими, т.е. выполняются (ункциональные операторы Гь> реализующие функциональные блоки моде-:ей этих элементов. Обращение происходит либо непосредственно к мо-

делям функционально-логического уровня, либо к программам решения моделей других иерархических уровней (схемотехнического, регистрового). В результате решения определяются установившиеся значения выходных сигналов элементов, описаных логическими моделями.

Для элементов со схемотехническими моделями решение выполняется либо до перехода их в пассивное состояние, либо до момента пересечения выходным сигналом соответствующего порогового уровня, либо, если не происходит ни то, ни другое, - то до момента Тпр. Тпр= min (Тсг Тм+Тдоп). где Тс] - время ближайшего события в списке событий СС, Тдоп - максимально допустимая величина интервала непрерывного решения одной схемотехнической модели. Величина Тпр вводится во избежании возможного повторного моделирования данной подсхемы на одних и тех же временных интервалах из-за появления на ее входах новых событий. Такие события от элементов с логическими моделями в момент Тм уже будут находиться в СС, но они могут быть порождены и событиями от других, возбужденных в Тм, схемотехнических подсхем, если существуют обратные связи с их выходов через цифровые элементы на входы рассматриваемой подсхемы. Для предотвращения ситуаций такого рода вводится величина Тдоп.

Если новые значения выходных сигналов элемента изменились, формируются новые члены СС для выходных вершин U € U, инцидентных KL. Время события Тс^ определяются функциональными операторами й}. реализующими задержки сигналов для логических моделей. Для схемотехнической модели значение Тсл определяется моментом пересечения выходным сигналом порогового уровня Тп или равняется Т'п - моменту, соответствующему следующему шагу интегрирования, если решение было прервано. Если в дальнейшем данная подсхема будет возбуждена в момент Tm<Tcl ( на ее входе произойдет событие), то запланированный в TcL шаг будет отменен. Иначе он будет выполнен в Тмод=Тсь. Затем процесс моделирования продолжается и длится до тех пор, пока Тм не превысит максимальное значение модельного времени, заданое пользователем, или пока в СС не останется ни одного члена.

Одной из основных процедур любого событийного алгоритма является обработка СС, которая в случае комбинированного моделирования с применением разноуровневых моделей, учитывающих инерционные свойства элементов, должна отражать их особенности.

Предсказать реакцию сложного элемента в условиях состязаний входных сигналов с помощью функцональных моделей, учитывающих его инерционные свойства, в общем случае невозможно, поскольку она за-

висит от внутренней структуры элемента и динамических параметров его компонентов. В конкретных случаях требуется предварительное знание такой реакции, что само по себе часто затруднительно. С другой стороны, устойчивость функцонирования элементов типа СИС и БИС гарантируется при соблюдении определенных ограничений на входные последовательности сигналов, что обеспечивает отсутствие состязаний сигналов внутри схем элементов. Адекватность функцонального моделирования также может гарантироваться при условии, что все ограничения на входные последовательности сигналов элементов схемы соблюдаются. Поэтому учет данных ограничений в процессе моделирования важен. При необходимости анализа функцонирования схемы в условиях, когда фактически нарушаются условия эксплуатации ее элементов, для их представления целесообразно использовать более низкий (например, вентильный) уровень. Для моделей вентильного и функционального, (при отсутствии нарушений ограничений на входные последовательности сигналов) уровня моделирование их инерционных свойств выполняется в виде амплитудной и временной фильтрации короткого сигнала.

Инерционные свойства элементов проявляются в ситуациях, связанных с появлением новых событий на их входах на временном интервале переключения, порождаемом предыдущими событиями. Такие ситуации идентифицируются при включении новых событий в списки событий через наличие в списке члена для данного узла схемы и сопоставление текущего значения сигнала ST в нем. старого S' и нового S прогнозов. При использовании для представления логических значений сигналов двоичного алфавита (0,1). если S*S', то всегда справедливо -S=St, и тогда достаточно просто отменить старый прогноз, т.е. удалить из списка событий соответствующий член. При использовании многозначного алфавита, если S*S'. возможно S*St. и тогда помимо отмены старого прогноза в список событий необходимо включить и новый, подобный анализ имеет свои особенности для схемотехнических моделей а временных примитивов.

Кроме СС рассмотренные ситуации фиксируются в списке возможных зременных ошибок, предупреждающем пользователя как о возможных ошибках, так и о возможности неадекватного моделирования. Наряду с ситуациями. которые могут вызывать сбои в работе элемента, в список Зудут включены и ситуации, в которых правомерно отменяется его pajee прогнозируемые переключения. Поэтому окончательное заключение шжет быть сделано на основании результатов работы анализатора вре-шнных соотношений сигналов, в котором проверяется соблюдение огра-

ничений. налагаемых на входные последовательности сигналов СИС БИС. отсутствие их запрещенных комбинаций.

Дополнительно анализатором выполняется: расчет задержек сигна лов в цепях от синхровходов через комбинационную логику ко входа! функциональных элементов ( проверяется допустимая ширина импульсов величина сдвига между сигналами, поступающими на входы управляемы: элементов); задержек сигналов в цепях произвольных элементов; нахождение моментов времени появления заданные комбинации сигналов нг выводах элементов; просмотр кодовых комбинаций на заданных вывода; элементов в указанные моменты времени или на указанном временно} интервале. Расширить возможности обнаружения некорректных ситуацш в схеме можно заданием в запрещенных комбинациях входных сигналов не только установившихся значений (традиционное представление), не и их изменений.

Анализ с учетом технологического разброса временных параметроЕ элементов, который выполняется в известных верификаторах временные диаграмм пофрагментно, заменяется анализом целиком всего устройства с учетом разброса задержек сигналов в основных информационных каналах. Для чего совместно используются модели - временные примитивы элементов в каналах передачи данных и обычные логические модели'остальных элементов, формирующих управляющие сигналы. При этом обес-печиватся единое структурное представление проекта в рамках общего комплекса для дополняющих друг друга средств анализа проекта: верификатора и программы моделирования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведена классификация математических моделей и методов решения, применяемых в САПР РЭА на разных иерархических уровнях представления объектов проектирования, на основании таких признаков как качественная область адекватности и экономичность. Выделены ос-новые типы элементов АЦУ и ЦУ и наиболее характерные типы ошибок проектирования, что позволило обосновать выбор моделей разных иерархических уровней и степени их детализаций, наиболее эффективных для представления элементов при выявлении определенных типов ошибок.

2. Предложены обобщенная форма представления и правила описание моделей (алгоритма функционирования, переменных, параметров) разных типов: функционально-логического уровня и временных примитивов для стандартных цифровых и аналоговых ИС; регистрового уровня для программируемых БИС; схемотехнического уровня; вспомогательных

- 13 -

и специальных логических моделей элементов.

Для логических моделей предложена формализованная методика их синтеза с учетом четырехзначного алфавита логического моделирования, функциональной латентности цифровых элементов и различной точности представления динамических параметров. В соответствии с методикой предложен язык функционального описания моделей на основе расширения алгоритмического языка программирования высокого уровня, ю с ориентацией на минимальный набор его операторов при максималь-шм использовании специальных процедур и функций, отражающих специ-)ику объектов описания. Такой подход делает язык описания моделей 1ало зависимым от расширяемого языка, обеспечивает его простоту и гаглядность, а также существенно упрощает задачи преобразования «одного описания моделей по сравнению со специализированными или [ало распространенными универсальными языками описания схем, т.к. [ля этих целей используются стандартные легко доступные программные-редства.

3. Предложена многоуровневая модель проектируемого устройства, которой в качестве базисного выбран функционально-логический уро-

ень абстракции, поскольку моделями этого уровня может быть описано аибольшее количество элементов проекта. Модель учитывает структур-ые и функциональные свойства проектируемых устройств, удобна для еализации интерфейсов между моделями элементов разных иерархичес-их уровней и для описания динамических свойств элементов.

4. Для многоуровневой модели устройства предложен алгоритм эостранственно-комбинированного моделирования, позволяющий учесть . э особенности, к которым относится: возможность совместного . пользования моделей разных иерархических уровней (функционально-ло-*ческого, регистрового, схемотехнического) и наличия обратных свя-зй между ними; возможность наличия у моделей элементов неинвариан-1ых входов, выходов, двунаправленных выводов, значения задержек [гналов для которых могут быть различны; возможность соединения водов в "монтажные соединения".

Алгоритм комбированного моделирования строится на основе собы-йно-управляемого метода. При этом для каждой схемотехнической мо-¡ли, описывающей фрагмент схемы, осуществляется: независимый выбор еменных шагов и количества итераций; события, непосредственно не язанные с данной моделью, не оказывают влияния на величину вре-нного шага; при каждом возбуждении модели возможно выполнение рения на более, чем одном временном таге. Алгоритм позволяет опре-

делить начальные значения внутренних переменных как электрических так и логических моделей.

Предложены алгоритмы процедур обработки списков событий, кото рые позволяют: учесть особенности разноуровневых моделей элементов обнаружить условия возникновения состязаний и генерации сигналов схеме, возникновения запрещенных ситуаций; при отсутствии временнь ошибок проекта получить адекватные результаты моделирования прими нительно к многозначному алфавиту представления логических знамени сигналов и использованию логических моделей функционального уровня, в которых учитываются инерционные свойства элементов и значения за держек сигналов, различающиеся для разных выходов относительно разных входов._

5. Предложен анализатор временных соотношений сигналов, позволяющий повысить эффективность моделирования за счет исключения и; него ряда видов временного анализа, которые удобнее выполнить п< результатам моделирования, а также провести исследование систем! синхронизации и основных временных соотношений сигналов в схеме.

6. Предложенные методы, принципы организции, алгоритмы и модели реализованы в диалоговой системе моделирования ЦУ и АЦУ К0-МОЛ-ПК. В системе автоматизирован процесс создания, тестирования 1 включение в специализированную БД моделей элементов.

7. Экспериментально отработаны рекомендации по проведению модельного эксперимента, позволяющие с помощью предоставляемых пользователю возможностей организовать поэтапный процесс анализа проектируемого устройства с помощью: проверки проектных норм, электрической корректности проекта и соответствия его описания ограничениям. принятым в модели, до этапа моделирования; выявления ошибок функционирования и временных ошибок проекта в процессе многократного моделирования с последовательным увеличение степени детализации описания динамических параметров элементов; выявления временны? ошибок в процессе обработки и интерпретации его результатов анализатором временных соотношений сигналов.

Иерархическое применение моделей и методов анализа устройства способствует эффективному выявлению ошибок проектирования, а. следовательно, повышению надежности и качества разрабатываемых ЦУ к АЦУ.

- 15 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Петренко А. И., Киселев Г. Д., Гиоргизова-Гай В. Ш. Смешанное логическое и схемотехническое моделирование аналого-цифровой аппаратуры // Электронное моделирование. -1986. -Т.В,N5. -С.29-34.

2. Киселев Г.Д., Лунтовский А. О.. Гиоргизова-Гай В.Ш.. Гальперина Е.Б. Логическое моделирование цифровых БИС на персональных ЭВМ. // Автоматизация проектирования в электрон.: Респ. межвед. на-учно-техн. сб. - Киев: Техн1ка. - 1991. - Вып. 44. - С. 117-123.

3. Киселев Г. Д., Лунтовский А. 0., Гиоргизова-Гай В.Ш. Подсистема автоматизации проектирования библиотек моделей в составе САПР цифровых схем. // Вестн. Киев, политехи, ин-та. Радиоэлектроника. -1992. - Вып. 29. - С. 3-14.

4. Гиоргизова-Гай В.Ш. Особенности применения моделей функционального уровня в системе временного логического моделирования. //Автоматизация проектирования в электрон.: Респ. межвед. науч-но-техн. сб. - Киев: Техн1ка. - 1992. - Вып. 46. - С. 50-59.

5. Гиоргизова-Гай В.Ш. Подход к логическому моделированию цифровой аппаратуры, построенной на базе МОП СИС и БИС. //Автоматизация проектирования в электрон.: Респ. межвед. научно-техн. сб. -Киев: TexHiKa. - 1993. - Вш.47. - С.33-41.

6. Гиоргизова-Гай В.Ш. Учет временных параметров в подсистеме функционально-логического моделирования КОМОЛ-Ф. //Автоматизация проектирования в электрон.: Респ. межвед. научно-техн. сб. - Киев: Техн1ка. - 1989. - Вып.40. - С.65-69.

7. Гиоргизова-Гай В.Ш.. Гальперина Е.Б. Некоторые вопросы моделирования аналого-цифровых схем. // Сб. докл. Международной науч. -техн. конф. " Проблемы автоматизированного моделирования в электронике". Киев, КПИ. -1994. -С.92-95.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В перечисленных работах автору принадлежит обобщенная форма представления и единые правила описания моделей элементов разных иерархических уровней и степени детализации; формализованная методика синтеза функционально-логических моделей элементов; язык описания функционально-логических моделей элементов л набор специальных процедур и функций, отражающих специфику объектов описания; многоуровневая модель проектируемого устройства и алгоритм пространственно-комбинированного моделирования, позволяющий /честь ее особенности; принципы организации анализатора временных соотношений сигналов.

ABSTRACT: Glorgizova-Gay V.SH. " A Multilevel Simulation for Digital and Mixed Analog - Digital circuits", manuscript 05.13.05 "CAD systems".

The National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnical Institute", Kiev, 1996. The main toples are:

Digital and analog-digital circuits simulation methods are cosldered In this work. For Increasing simulation effectivity following approches are proposed: the common representation form and descriptions rulls for circuit elements models, which belong to different hierarhical levels; the formal synthezis methodology for functional-logical level models of elements: the functional description language for logical models of elements; the multilevel model of designed circuit and simulation algorithm using its specifics. Theoretical propositions of this work has been realized in interactive hlerarhlcal design verification system. The simulation examples are represented.

АННОТАЦИЯ: Гиоргизова-Гай В.Ш. " Моделирование цифровых и цифро-аналоговых устройств с применением разноуровневых моделей элементов", рукопись 05.13.05 "Системы автоматизированного проектирования".

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев. 1996г. Основные положения и результаты:

В работе рассматриваются вопросы моделирования цифро-аналоговых и цифровых устройств. С целью повышения эффективности средств моделирования предлагается обобщенная форма представления и единые правила описания моделей элементов разных иерархических уровней; формализованная методика синтеза функционально-логических моделей элементов; язык описания функционально-логических моделей элементов; многоуровневая модель проектируемого устройства и алгоритм пространственно-комбинированного моделирования, позволяющий учесть ее особенности. Теоретические положения работы реализованы в диалоговой иерархической системе моделирования. Приведены примеры моделирования.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: комбинированное моделирование, многоуровневое моделирование, цифровые устройства, аналого-цифровые устройства, модели элементов схем, иерархическая модель.

Подписано к печати /Формат 60x84 '/16 Усл.издлист. 0,9 Уч.изд.листов 1,0

Тираж 100. Заказ Д?? 1996 г. Бесплатно

"Полиграф" ЛТД