Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем
Изложены принципы организации виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем. Рассмотрены особенности автоматизированного проектирования на этапах выбора элементной базы, разработки принципиальной схемы и конструкции встроенной системы сбора и обработки данн...
Saved in:
| Date: | 2004 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2004
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6399 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем / А.В. Палагин, В.А. Романов, А.В. Тодосийчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 3-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859724640682770432 |
|---|---|
| author | Палагин, А.В. Романов, В.А. Тодосийчук, А.В. |
| author_facet | Палагин, А.В. Романов, В.А. Тодосийчук, А.В. |
| citation_txt | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем / А.В. Палагин, В.А. Романов, А.В. Тодосийчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 3-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Изложены принципы организации виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем. Рассмотрены особенности автоматизированного проектирования на этапах выбора элементной базы, разработки принципиальной схемы и конструкции встроенной системы сбора и обработки данных. Показано, что виртуальные лаборатории могут быть легко интегрированы в виртуальные научно-инновационные центры.
|
| first_indexed | 2025-12-01T11:03:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 3
Изложены принципы организации
виртуальной лаборатории авто-
матизированного проектирования
компьютерных средств и систем.
Рассмотрены особенности авто-
матизированного проектирования
на этапах выбора элементной ба-
зы, разработки принципиальной
схемы и конструкции встроенной
системы сбора и обработки дан-
ных. Показано, что виртуальные
лаборатории могут быть легко
интегрированы в виртуальные на-
учно-инновационные центры.
А.В. Палагин, В.А. Романов,
А.В. Тодосийчук, 2004
ÓÄÊ 381.3
À.Â. ÏÀËÀÃÈÍ, Â.À. ÐÎÌÀÍÎÂ,
À.Â. ÒÎÄÎÑÈÉ×ÓÊ
ÂÈÐÒÓÀËÜÍÀß ËÀÁÎÐÀÒÎÐÈß
ÀÂÒÎÌÀÒÈÇÈÐÎÂÀÍÍÎÃÎ
ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈß ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÛÕ
ÑÐÅÄÑÒÂ È ÑÈÑÒÅÌ
Современные информационные технологии
позволяют проектировать сложные изделия
новой техники, включая компьютерные сред-
ства и системы (KCuC), в режиме бескон-
тактного информационного взаимодействия.
Базой для такого взаимодействия являются
виртуальные научные центры и лаборатории,
концепция создания и перспективы развития
которых изложены в [1]. Несомненным дос-
тоинством виртуальных лабораторий (само-
стоятельных либо входящих в структуру
виртуальных центров) является: эффектив-
ное взаимодействие субъектов научно-ис-
следовательской и проектно-конструктор-
ской деятельности, а также глубокая инте-
грация их ресурсов (кооперирование знаний,
совместное использование сложного доро-
гостоящего оборудования, обобществление
территориально-распределенных вычисли-
тельных мощностей и пр.).
На рис.1 показана типовая структура вир-
туальной лаборатории автоматизированного
проектирования (ВЦАП), основу которой
составляют четыре электронные библиотеки:
математических моделей, типовых функци-
ональных решений, элементной базы, оце-
ночных плат.
Каждый функциональный узел проектиру-
емого устройства − усилитель, АЦП или
ЦАП, сигнальный процессор, приемопере-
датчик, интерфейс, таймер или запоминаю-
щее устройство, может быть описан матема-
тической моделью в среде SPICE, SABER,
IBIS или какой-либо другой cреде [2]. Как
А.В. ПАЛАГИН, В.А. РОМАНОВ, А.В. ТОДОСИЙЧУК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 4
О
це
но
чн
ы
е
пл
ат
ы
А
Ц
П
и
Ц
А
П
П
ри
бо
ры
,
ор
ие
нт
ир
о-
ва
нн
ы
е
на
по
тр
еб
ит
е-
ле
й
П
ер
ек
лю
ча
те
ли
ко
мп
ар
ат
ор
ы
,
му
ль
ти
пл
ек
со
-
ры
Те
ле
ко
мм
ун
и-
ка
ци
и
Э
ле
ме
нт
на
я
ба
за
У
си
ли
те
ли
(О
У
, П
У
,
PG
A
...
)
М
ед
иц
ин
с-
ка
я
ап
па
ра
-
ту
ра
В
Л
А
П
Ц
иф
ро
во
й
си
гн
ал
ь-
ны
й
пр
о-
це
сс
ор
И
зм
ер
и-
те
ль
ны
е
и
пр
ом
ы
ш
-
ле
нн
ы
е
си
ст
ем
ы
Ти
по
вы
е
фу
нк
ци
он
ал
ьн
ы
е
ре
ш
ен
ия
..
.
К
ом
пь
ю
те
ры
, с
пе
ци
ал
из
ир
о-
ва
нн
ы
е
си
ст
ем
ы
о
бр
аб
от
ки
да
нн
ы
х
IB
IS
Би
бл
ио
те
ки
мо
де
ле
й
SP
IC
E
РИ
С
. 1
.
Ти
по
ва
я
с
тр
ук
ту
ра
в
ир
ту
ал
ьн
ой
л
аб
ор
ат
ор
ии
а
вт
ом
ат
из
ир
ов
ан
но
го
п
ро
ек
ти
ро
ва
ни
я
ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 5
правило, каждому функциональному элементу, выполненному в микроэлек-
тронном исполнении, соответствует макромодель, например, в среде SPICE или
SABER, если это аналоговые или аналого-цифровые устройства (усилитель,
фильтр, DSL-драйвер, LCD-драйвер, умножитель, ключ, коммутатор, источник
опорного напряжения, АЦП, ЦАП), или в среде IBIS, если это микроконтроллер
или сигнальный процессор. Для большинства микроэлектронных узлов произво-
дители интегральных микросхем (ИМС) разработали специальные оценочные
платы, позволяющие изучить и проверить основные технические характеристи-
ки, причем эти платы спроектированы и укомплектованы таким образом, чтобы
обеспечить наилучшие параметры выбранной ИМС.
Накопление и поддержка электронных библиотек моделей, элементной базы
и оценочных плат осуществляются через сеть Интернет, причем источниками
являются электронные базы данных ведущих производителей электронных ком-
понентов [2−5] или фирм-производителей САПР ИМС [6−8]. Создание элек-
тронной библиотеки типовых функциональных решений может быть выполнено
с помощью тех же фирм-производителей ИМС, так как они в первую очередь
заинтересованы в широком применении своих компонентов, однако этот источ-
ник является неполным и не единственным. Формализация в области построе-
ния функциональных схем КСиС на сегодняшний день явно недостаточна. Это
связано со многими причинами. Приведем некоторые из них:
- существует множество КСиС и областей их применения;
- достаточно обширен перечень требований к конкретным КсиС: уровень
напряжений питания, габариты, условия эксплуатации, срок службы, предпола-
гаемая стоимость, потребляемая мощность, быстродействие, объем памяти и
точность выполнения операций и т.д.;
- быстрое развитие микроэлектронной элементной базы позволяет сущест-
венно расширить ряд типовых функциональных решений. Если сегодня данное
средство имеет спецприменение и достаточно дорого для массового потребите-
ля, то завтра (в связи с развитием технологий и широким освоением новых узлов
и компонентов) это - электронная игрушка, доступная почти для каждого, также
как пейджер или мобильный телефон.
Учитывая вышеизложенное, источниками электронной библиотеки типовых
функциональных решений являются (кроме электронных баз данных фирм-
производителей) статьи в научных журналах, в том числе и электронных, откры-
тые проекты, типовые структуры уже имеющихся на мировом рынке изделий,
патентные материалы, монографии, диссертации и т.п. Полученные из этих ис-
точников материалы достаточно разнородны и перед вводом в электронную
библиотеку нуждаются в специальной обработке, которая может быть автомати-
зирована. На рис. 1 типовые функциональные решения условно разбиты на дос-
таточно обширные группы, каждая из которых может быть детализирована по
назначению (как это сделано в данном случае), по используемым физическим
эффектам, областям применения, типу источника питания и т.п. Таким образом,
А.В. ПАЛАГИН, В.А. РОМАНОВ, А.В. ТОДОСИЙЧУК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 6
процесс виртуального проектирования можно представить в виде следующих
основных этапов:
Этап 1. Выбор функциональной схемы проектируемого устройства из биб-
лиотеки типовых функциональных решений.
Этап 2. Выбор электронных компонентов из библиотеки элементной базы.
Этап 3. Разработка принципиальной схемы устройства на основе выбранной
элементной базы.
Этап 4. Замена принципиальной схемы проектируемого устройства матема-
тической моделью путем выбора необходимых моделей электронных компонен-
тов из библиотеки моделей.
Этап 5. Экспериментальные исследования и отработка принципиальной схе-
мы на математической модели.
Этап 6. Разработка конструкторской документации на проектируемое изде-
лие с помощью САПР сквозного проектирования.
Например, рассмотрим проектирование в виртуальном режиме встроенной
системы обработки данных. Из библиотеки типовых функциональных решений
[2] выбираем функциональную схему (рис. 2). В ее составе имеются следующие
функциональные узлы, каждый из которых выполнен в виде ИМС: сенсоры
(sensor) температуры и ускорения, измерительные усилители (IN AMP), фильт-
ры низких частот (FILTER), мультиплексор (МАХ), усилитель с программируе-
мым коэффициентом усиления (PGA), АЦП с выборкой входного сигнала
(SAMPLING ADC), источник опорного напряжения (VREF), цифровой сигналь-
ный процессор (DSP), интерфейс (INTERFACE).
Каждому функциональному узлу, как уже было отмечено, соответствует
множество ИМС, информацию о которых можно найти в электронной библио-
теке элементной базы. Эта библиотека структурирована в соответствии с рис. 3.
Инициализируя последовательно каждый из блоков, сначала выбираем необхо-
димый тип микросхемы (или семейство микросхем), например, конкретный
температурный сенсор, усилитель или сигнальный процессор, затем переходим
к разделу общей информации, в котором содержатся общие сведения о данной
ИМС или семействе ИМС. Полный перечень технических параметров содержит-
ся в разделе технических описаний. Кроме того, в этом разделе имеются техни-
ческие требования к ИМС, типовые рабочие характеристики, краткие сведения
об особенностях применения и т.п.
В разделе технических библиотек помещены статьи и другие информацион-
ные материалы об особенностях применения, отладки и тестирования выбран-
ной ИМС. Раздел «Средства отладки» включает информацию о математических
макромоделях ИМС, необходимых вспомогательных средствах, а также инте-
рактивных средствах проектирования. Для сигнальных процессоров − это про-
граммная отладочная среда (дебаггер, ассемблер, симулятор, линкер и т.п.), эму-
ляторы и стартовые отладочные наборы. В последнем разделе содержатся све-
дения о типах корпусов, стоимости и других данных, относящихся к выбран-
ной ИМС.
ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 7
Sensors InAmp Mux PGA SADC DSP
TMP03 AD526 ADG506 AD526 AD7898 ADSP218X
TMP04 AD621 ADG438 AD627 AD7660 ADSP219X
TMP35 AD620 ADG528 ANP04 AD7664 ADSP2106
TMP36 AD624 ADG465 ........... AD7476 ADSP21160
............. AD626 ADG467 ........... .............. ..................
ADXL150 ...........
ADXL250
ADXL202
РИС. 2. Типовая встроенная система обработки данных
Выбрав для каждого узла конкретную ИМС
и используя особенности ее системного при-
менения, а также результаты модельных ис-
следований, можно приступить к отработке
принципиальной электрической схемы систе-
мы обработки данных в целом. Если библио-
течных данных и результатов моделирования
для этого недостаточно, следует заказать оце-
ночную плату на тот или иной узел системы и
провести натурные экспериментальные ис-
следования с целью определения полного на-
бора технических характеристик.
После завершения схемотехнического про-
ектирования встроенной системы обработки
данных переходим к разработке ее конструк-
ции, которая выполняется с помощью САПР
сквозного проектирования [6−8].
РИС. 3. Типовая структура электронной
библиотеки элементной базы
Семейства ИМС
Общая информация
Технические описания
Публикации по
применению ИМС
Средства отладки
Типы корпусов, стоимость и т.п.
А.В. ПАЛАГИН, В.А. РОМАНОВ, А.В. ТОДОСИЙЧУК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2004, № 3 8
Несмотря на широкий выбор таких САПР, только некоторые из них представ-
ляют собой законченный программный продукт, позволяющий в полном объеме
решить поставленную задачу. К таким продуктам относится прежде всего САПР
OrCAD и, в частности, его последняя версия OrCAD 9.2 [7]. Эта сквозная систе-
ма дает возможность объединить различные системы схемотехнического моде-
лирования и на этой основе решать стандартные задачи проектирования путем
оптимального использования соответствующих программных модулей. Так, на-
пример, модуль Orcad Capture CIS (Component Information System − электронная
библиотека, в составе которой данные более чем о 600 000 электронных компо-
нентов) позволяет разрабатывать принципиальную схему, поддерживая индиви-
дуальную и коллективную работу над проектами, обеспечивает возможность
обращения к базам данным через сеть Интернет без выхода из системной среды
проектирования. Orcad Capture CIS позволяет решить следующие задачи: раз-
местить элементы на печатной плате; обеспечить все требования к межсоедине-
ниям на печатной плате;
исключить взаимное влияние электрических проводников при трассировке пе-
чатной платы; разработать полный комплект документации для выпуска закон-
ченного изделия.
Таким образом, виртуальная лаборатория автоматизированного проектиро-
вания КСиС позволяет обеспечить разработку изделия, начиная от структурной
схемы и заканчивая созданием конструкторской документации.
В связи с тем, что виртуальная лаборатория проектирования представляет
собой сетевую среду коллективного пользования, она может быть легко интег-
рирована в состав других виртуальных центров, как, например, в виртуальный
научно-учебный центр (ВНУЦ), концепция которого разработана в Институте
кибернетики им. В.М.Глушкова НАН Украины. Благодаря такой интеграции
ВНУЦ, в основу которого положена технология дистанционного обучения, по-
зволит не только привлекать высококвалифицированных специалистов НИИ для
подготовки учебных курсов, но и обеспечит участие студентов, бакалавров и
магистров вузов в проектировании изделий новой техники.
1. Палагин А.В., Сергиенко И.В. Виртуальные научно-инновационные центры: концепция
создания и перспективы развития // УСиМ. − 2003.− № 3. − С. 3 − 16.
2. Virtual design center. http://www.analog.com
3. http://www.analog.com
4. http://www.ti.com
5. http://www.mot.com
6. Гаврилов Л. Системы автоматизированного проектирования (САПР) аналоговых и ана-
лого-цифровых устройств // Электронные компоненты. − 2000.− № 3. − С. 61 − 66.
7. Система сквозного проектирования OrCAD. 9.x. http://www.roduik.ru
8. Пакет Ansoft Designer. http://www.ansoft.com
Получено 01.04.2004
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6399 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T11:03:16Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Палагин, А.В. Романов, В.А. Тодосийчук, А.В. 2010-03-02T11:47:08Z 2010-03-02T11:47:08Z 2004 Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем / А.В. Палагин, В.А. Романов, А.В. Тодосийчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2004. — № 3. — С. 3-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6399 381.3 Изложены принципы организации виртуальной лаборатории автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем. Рассмотрены особенности автоматизированного проектирования на этапах выбора элементной базы, разработки принципиальной схемы и конструкции встроенной системы сбора и обработки данных. Показано, что виртуальные лаборатории могут быть легко интегрированы в виртуальные научно-инновационные центры. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем Article published earlier |
| spellingShingle | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем Палагин, А.В. Романов, В.А. Тодосийчук, А.В. |
| title | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| title_full | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| title_fullStr | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| title_full_unstemmed | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| title_short | Виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| title_sort | виртуальная лаборатория автоматизированного проектирования компьютерных средств и систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6399 |
| work_keys_str_mv | AT palaginav virtualʹnaâlaboratoriâavtomatizirovannogoproektirovaniâkompʹûternyhsredstvisistem AT romanovva virtualʹnaâlaboratoriâavtomatizirovannogoproektirovaniâkompʹûternyhsredstvisistem AT todosiičukav virtualʹnaâlaboratoriâavtomatizirovannogoproektirovaniâkompʹûternyhsredstvisistem |