Знакомство с проектированием оборудования

Проектирование СБИС. Стили и этапы проекта

знакомство с проектированием оборудования

проектирования технологического оборудования» студент должен: Знать знакомство с монографической литературой, правильно. составление программы, знакомство с компонентами проектирования и их его конструкции, инженерное оборудование, архитектурные формы. Знакомство с интерфейсом Текст научной статьи по специальности «Общие и . позволяет обойтись без какого-либо дополнительного оборудования.

Авиакосмическая и оборонная отрасли.

знакомство с проектированием оборудования

Как и в автомобилестроении, здесь доминируют несколько крупнейших производителей, сотрудничающих с многоуровневой сетью поставщиков. Однако самолет и его двигатель — гораздо более сложные продукты, чем автомобиль и детали машин. Поэтому для их разработки нужны САПР, поддерживающие очень большие сборки и тесные взаимосвязи между отдельными деталями.

На это способны только тяжелые системы. Еще одно отличие этих отраслей состоит в том, что здесь изделия обычно служат очень долго — 40, 50 и даже 60 лет. Отсюда возникает длительная потребность в запасных частях, из-за чего их производители не могут при желании поменять САПР, так как им приходится долго обращаться к одним и тем же исходным проектным данным. Это создает серьезную проблему для этих отраслей. Здесь признанными лидерами являются Dassault и Siemens, причем продукты первой наиболее сильны в проектировании корпусов самолетов, а второй — в создании авиационных двигателей.

Но PTC тоже имеет много заказчиков в данных отраслях и получает от этого значительную долю дохода. Эти отрасли ориентированы на потребительские и высокотехнологичные продукты: Проектирование таких устройств не представляет особых сложностей с точки зрения количества деталей, но предъявляет высокие требования к средствам поверхностного моделирования хотя и не такие высокие, как автомобилестроение и к наличию специализированных приложений, например для проектирования пресс-форм и интеграции электроники и ПО.

Кроме того, САПР для этих отраслей должна обладать удобным пользовательским интерфейсом и средствами ускоренной разработки, так как цикл проектирования здесь гораздо короче, чем в вышеперечисленных областях. Исторически сильные позиции на этом рынке имеет компания PTC.

Нюансы ведения проекта. Предпроектная подготовка и проектирование ЦОДа - arishota.tk

В данной области работает много компаний, выпускающих продукты самого разного масштаба — от тяжелых до легких, и особого доминирования систем какого-либо одного класса не наблюдается. В этот сегмент входит производство тяжелого и механического оборудования станков, подъемных кранов, сборочных конвейеров и. Данный сегмент предъявляет примерно такие же требования к работе со сложными сборками, как и автомобилестроение.

Кроме того, изделия обычно имеют сложную конфигурацию, поэтому при их проектировании необходимо управлять множеством различных вариантов и версий проекта.

Здесь применяются все три тяжелые системы, а также САПР среднего класса. В этом сегменте работает много компаний самого разного масштаба, от небольших фирм до огромных корпораций, а сложность выпускаемых изделий сильно различается.

Поэтому в данной отрасли нет заметного преобладания систем какого-либо одного класса. На этом специализированном и относительно небольшом рынке работает несколько десятков крупных кораблестроительных компаний и около сотни более мелких фирм и проектных бюро. Однако из-за специфических требований эта отрасль пользуется значительным вниманием поставщиков САПР.

Проект судна включает очень много элементов, таких, как сложные поверхности хотя и не такие сложные, как в автомобилестроенииа также множество трубопроводов, воздуховодов и кабелей. Сборки отличаются огромными размерами, а элементы конструкций, как правило, изогнуты и тоже очень сложны.

Кроме того, существует множество правил для соединения отдельных частей.

знакомство с проектированием оборудования

Корабли находятся в эксплуатации очень долго, зачастую более 60 лет, и на всем протяжении этого жизненного цикла их нужно поддерживать, ремонтировать и обновлять. Поэтому проектировщикам приходится долго обращаться к исходным проектным данным, созданным в устаревших САПР.

Исторически судостроители применяли САПР, специально разработанные для данной отрасли, некоторые из них широко используются до сих пор. Проникновению французской компании в этот сегмент способствуют тесные связи, которые корпорация IBM стратегический партнер Dassault имеет с ведущими судостроителями США.

Каждая из ключевых отраслей предъявляет особые требования к тяжелым САПР. Для их удовлетворения поставщики должны предусматривать в своих системах специализированные средства, которые не только создают препятствия для новых игроков, но и затрудняют самим поставщикам вход в другие отрасли. На это есть несколько причин. Во-первых, трудно найти опытных специалистов, обладающих знаниями, достаточно глубокими для разработки и маркетинга продуктов в конкретной отрасли.

Они должны знать технические требования индустрии и ее рыночные особенности, разбираться в современных САПР, уметь без лишних затрат реализовать те или иные требования отрасли, понимать динамику рынка САПР в данной индустрии.

Такие специалисты работают либо у других поставщиков САПР, либо на предприятиях этой отрасли. В любом случае они представляют большую ценность, и переманить их стоит очень дорого. Во-вторых, разработка специализированных приложений для поддержки отрасли требует много времени и денег. Их создание не ограничивается одной лишь реализацией технологических требований, но также включает определение функциональных и бизнес-процессов и использование передовых отраслевых методик.

Конечно, сложность этой задачи сильно зависит от конкретных требований. На протяжении многих лет все поставщики САПР добавляли отраслевые приложения к своим системам.

В результате рынок САПР становился более зрелым и всеобъемлющим.

Методология проектирования

В-третьих, необходима специальная подготовка сотрудников отдела сбыта и выпуск маркетинговых материалов, в которых нужно демонстрировать знания специфики данной отрасли и объяснять преимущества данной САПР с точки зрения возврата инвестиций.

Для этого тоже требуются высокая квалификация и глубокий опыт, а также время. Пользователи тяжелых САПР неохотно переходят на другие продукты — на переобучение сотрудников приходится затрачивать много времени и денег. Еще больше средств уходит на перенос наработанных данных из одной системы в другую. Внедрение тяжелых систем требует перестройки бизнес-процессов, оснащения современным оборудованием, соответствующей подготовки персонала и серьезных материальных затрат.

Не считая аппаратного обеспечения, настройки и обучения пользователей, только стоимость одного рабочего места может начинаться от 10 долларов. В этой ситуации возможность иметь на предприятии набор систем от одного производителя, построенных на одном ядре и с единым форматом данных — пока недостижимый идеал. Более того, и сами предприятия, и эксперты рынка констатируют, что сегодня ни один из поставщиков систем тяжелого класса не может предложить оптимального решения за приемлемые деньги и с реальным сроком окупаемости инвестиций.

В итоге предприятия пытаются подобрать оптимальное соотношение двухуровневых систем и сталкиваются уже с другими проблемами, в частности, совместимости данных. Правильный выбор САПР — надежное условие эффективного проектирования. Ядром всех современных САПР является модуль геометрического моделирования, который дает возможность построить корректное описание проектируемого продукта, что является базой для всех остальных задач, решаемых в рамках системы.

Метод получил название от сокращения термина Boundary Representation — описание тела с помощью представления границ или точного аналитического задания граней, ограничивающих тело.

Это единственный метод, позволяющий создать точное, а не приблизительное представление геометрии тела. Сегодня трудно встретить систему, которая бы не имела или не декларировала бы наличие методов твердотельного моделирования. Однако функциональные возможности методов построения твердого тела в двух системах могут сильно отличаться друг от друга. Следует обращать внимание на функциональную полноту, возможность решать топологические сложные задачи: Необходимыми атрибутами моделирования сборок являются графический навигатор, взаимосвязь геометрических моделей, возможность построения элементов и взаимная ориентация компонентов в контексте сборки.

Создание сборочной модели, состоящей из многих сотен и тысяч деталей, открывает возможность построения полной цифровой модели изделия. Современные САПР обычно не ограничивают количество компонентов, участвующих в сборке.

Но чем больше в сборке деталей, тем больше вычислительных ресурсов требуется от вашей рабочей станции. Генераторы ячеек полностью параметризованы и могут обеспечить,например,различную разрядность устройств, типы памяти и. В отличие от БИС на основе библиотечных элементов, полузаказные БИС на основе матричных структур представляют предварительно размещенные, но не соединенные базовые логические элементы, расположенные в виде матрицы. Разработка прототипов и верификация схем на базе технологий FPGA последние годы стала очень популярной из-за невысокой цены при малом количестве производимых изделий.

Рассмотрим типичный маршрут проектирования СБИС рис. Маршрут проектирования design flow определяет этапы проектных процедур, используемых на всех стадиях разработки, — от выработки и формализации идеи до тестирования готовых образцов. Традиционно при проектировании специализированных БИС используется нисходящая модель маршрута проектирования waterfall model.

При такой организации маршрута проектирования проект проходит различные фазы,постоянно увеличивая детализацию представления. Нисходящее проектирование подразумевает минимальное взаимодействие между командами разработчиков на различных фазах проекта.

Процесс проектирования начинается с разработки технических требований specificationих последующего анализа, проведения предварительного моделирования с помощью специализированных пакетов или на языке высокого уровня например, C.

Здесь хотелось бы отметить, что, несмотря на широкий набор инструментов моделирования, при проектировании СБИС для обработки сигналов задача моделирования усложняется необходимостью разработки не только модели системы,но и модели тестовых воздействий с учетом шумов, эффектов квантования и особенностей тракта. На выходе первого этапа должна быть осуществлена полная функциональная проверка технических требований. На следующем этапе осуществляется описание проекта с помощью одного из языков описания аппаратуры, как правило VHDL или Verilog, на уровне регистровых передач register transfer level, RTL.

Функциональные возможности описания на уровне регистровых передач моделируются и верифицируются относительно исходных технических требований например, модель на C или в MatLABкоторая используется как эталонная модель golden model для верификации проекта на каждом уровне абстракции. Данный этап и называется функциональной верификацией модели. По описанию на уровне RTL с помощью программы логического синтеза формируется список цепей gate level netlistучитывающий задержки на библиотечных элементах но, как правило, не учитывающий временные задержки на межсоединенияхкоторый используется для временной верификации проекта timing verification.

Цель временного моделирования — проверить, удовлетворяет ли разрабатываемая БИС заданным временным ограничениям timing constraints. На основании данных синтеза топологи physical design team разрабатывают и оптимизируют разводку кристалла floorplanразмещая библиотечные элементы и межсоединения неким оптимальным образом.

После разработки топологии можно повторно выполнить формирование файла задержек и последующее временное моделирование, учитывающее влияние межсоединений.

Затем кристалл можно передавать в производство и осуществлять последующее тестирование образцов. Недостаток этой методологии проектирования — с увеличением сложности проекта увеличивается опасность появления ошибок, и затрудняется процесс их поиска.

Более того, насколько удовлетворяет разрабатываемая БИС предъявляемым к ней требованиям, становится ясно только в самом конце процесса проектирования. Ошибки, обнаруженные в конце той или иной стадии проектирования ведут к повторному ее выполнению, что в ряде случаев влечет неоднократный выпуск прототипов shuttlesзначительно замедляя сроки выполнения проекта и резко повышая его стоимость. Технические требования к проекту представляются его поведенческой моделью behavioral modelкоторая определяет временные ограничения, ограничения по площади кристалла и потребляемой мощности, тестопригодность и.

По этим функциональным описаниям затем выполняется моделирование для широкого набора входных воздействий. Например, при разработке нового микропроцессора после выбора общей архитектуры производится разработка структуры системы команд. Определяется уровень конвейеризации, разрядность адреса и данных, параметры и типы используемых регистров и. Параллельно разрабатывается симулятор системы команд, чтобы можно было осуществить проверку ее эффективности и начать разработку программного обеспечения параллельно с разработкой самого процессора.

В этом случае без программного имитатора процессора не обойтись, он позволит отловить ошибки в архитектуре процессора, в частности ошибки в организации конвейера. Кроме того, использование программного имитатора позволит отладить систему команд и внести в нее необходимые изменения.

Переход от модели на функциональном или поведенческом уровне к описанию на уровне регистровых передач осуществляется либо вручную, написанием соответствующего кода на языке описания аппаратуры, либо с исполь-зованием специализированных средств синтеза высокого уровня high-level synthesis tool.

В частности, такой продукт, как Systemview фирмы Elanix, позволяет получить описание на VHDL из функциональной модели. Описание модели на уровне регистровых передач использует компоненты типа сумматоров, перемножителей, регистров, мультиплексоров и. Описание на уровне RTL моделируется, как правило, выполняется событийное моделирование eventdriven simulation с целью верификации функциональности и основных временных характеристик.

знакомство с проектированием оборудования

Верифицированная функциональная модель служит основой для синтеза на уровне логических вентилей библиотечных компонентов. Логический синтез представляет собой методологию проектирования для оптимизации на уровне логических элементов gate-level.

До появления методологии логического синтеза разработчики СБИС использовали методологию схемного описания и последующего моделирования.

знакомство с проектированием оборудования

При использовании этой методологии разработка начинается с создания структурной схемы кристалла. Затем на основании структурной схемы создавалась принципиальная схема устройства с использованием соответствующих средств САПР. После этого выполнялась трассировка кристалла и его производство. При методологии логического синтеза описание создается на одном из языков описания аппаратуры, как правило, на VHDL или Verilog.

Уроки SolidWorks: 6. Проектирование станины станка. Листовые детали (arishota.tk)

При описании проекта используются Булевы уравнения, модели на уровне конечных автоматов. В настоящее время большинство фирмразработчиков БИС являются так называемыми фаблесс-компаниями то есть не имеют собственной производственной базы. В этом случае изготовление кристаллов осуществляется на мощностях специализированных кремниевых фабрик, которые предоставляют разработчикам библиотеки для логического синтеза.

Собственно специалисты фабрик осуществляют окончательную доработку фотошаблонов и изготовление кристалла. В этом случае актуальным становится использование блоков интеллектуальной собственности intellectual property — IPкоторые представляют собой полностью отработанные и разведенные элементы, как правило, используемые в системах на кристалле. Для успешного выполнения любого сложного проекта необходимо организовать его иерархическую декомпозицию — выделить простые составные части.

Другой иерархический подход базируется на концепции абстракции проекта. В процессе проектирования выделяются различные уровни абстракции в зависимости от стадии проектирования — от идеи до производства. Системный уровень описания system-level description проекта состоит из поведенческого описания в терминах функций,выражений, алгоритмов. На уровне регистровых передач register transfer level проект представляется совокупностью арифметических и логических узлов,элементов памяти и.

Вентильный или логический уровень logic level описывает проект на уровне логических вентилей logic gates и триггеров flip-flops. В этом случае поведение схемы может быть описано системой логических уравнений. Эти логические элементы представляются на кремниевом топологическом уровне geometric level в виде топологических элементов и межсоединений.

Уровень регистровых передач включает компоненты и межсоединения между ними, для большего количества сложных систем может также включать типовые элементы типа ПЗУ, СБИС. Вентильный логический уровень соответствует представлению уровня логического элемента, и набор шаблонов топологических элементов кристалла соответствует геометрическому уровню. Следует обратить внимание на следующие моменты, показанные на рис. Во-первых, на рисунке показаны основные проектные процедуры и используемые средства САПР, в зависимости от уровня представления проекта и, соответственно, уровня детализации.

Во-вторых, представленный процесс синтеза состоит из процессов поведенческого синтеза behavioral synthesisлогического синтеза logic synthesis и физического синтеза топологии physical synthesis.

В дальнейшем изложении мы рассмотрим эти этапы подробнее. Различные уровни представления проекта различаются типом информации, которую они отображают. Поэтому уровни представления могут быть классифицированы как поведенческий, структурный и физический. Структурное представление детализирует проект, вводя информацию относительно компонентов в системе и их взаимодействия. Детальные физические характеристики компонентов определены в физическом представлении, включая информацию о размещении и трассировке.

Зависимости между различными уровнями абстракций и представлениями проекта отображены на Y-диаграмме рис.