Организация проектирования электронной аппаратуры (ЭА). Техническая доку­ментация

1. Организация проектирования электронной аппаратуры (ЭА). Техническая доку­ментация

МДК.01.02. Проектирование
цифровых устройств
Раздел 3. Проектирование цифровых устройств с
использованием
систем автоматизированного проектирования
Организация проектирования
электронной аппаратуры (ЭА).
Техническая документация

2.

Проектирование ЭУ разделяется на этапы.
Этап представляет собой определенную
последовательность проектных процедур.

3. Общая последовательность этапов проектирования:

составление технического задания (ТЗ);
ввод проекта;
проектирование архитектуры;
функционольно-логическое проектирование;
схемотехническое проектирование;
топологическое проектирование;
изготовление опытного образца;
определение характеристик устройства.

4. Составление ТЗ.

Определяются требования к проектируемому
изделию, его характеристики и формируется
техническое задание на проектирование.

5. Ввод (описание) проекта.

Для ввода проекта применяются:
• высокоуровневые графические и текстовые
редакторы описания проекта современных
систем проектирования:
• логические уравнения или
принципиальные электрические схемы:
• таблицы истинности:
• языки описания аппаратуры

6. Проектирование архитектуры.

Представляет собой проектирование ЭУ до
уровня передачи сигналов ЦП и ЗУ, ЗУ и
КПДП. На этом этапе определяется состав
устройства в целом, определяются его
главные аппаратные и программные
компоненты.

7.

Параметры конфигурации архитектурной
модели определяют, какие функции будут
реализовываться аппаратными, а какие
программными средствами.
Некоторые параметры конфигурации для
аппаратных средств:
• число, разрядность и пропускную способность
шин системы;
• время доступа к памяти;
• размер кэш-памяти;
• число процессоров, портов, регистровых
блоков;
• емкость буферов передачи данных.

8.

Параметры конфигурации программных средств:
• параметры планировщика;
• приоритетность задач;
• интервал "удаления мусора";
• максимально допустимый интервал ЦП для
программы;
• параметры подсистемы управления памятью
(размер страницы, сегмента, а также
распределение файлов по дисковым
секторам;
• и т.д.

9.

Параметры конфигурации средств передачи
данных:
• величина интервала тайм-аута;
• размер фрагмента;
• протокольные параметры для обнаружения
и исправления ошибок.

10. функционольно-логическое проектирование

выполняется в следующей последовательности:
1) составление таблицы истинности синтезируемого узла согласно
его определению, назначению и (словесному) описанию принципа
работы ;
2) составление математической формулы для логической функции,
описывающей работу синтезирующего узла, согласно имеющейся
таблице истинности ;
3) анализ полученной функции с целью построения различных
вариантов её математического выражения (на основании законов
булевой алгебры) и нахождения наилучшего из них в соответствии
с тем или иным критерием ;
4) составление функциональной (логической) схемы узла из
заранее заданного набора логических элементов .

11. Схемотехническое проектирование

- это процесс разработки принципиальных
электрических схем, спецификаций в
соответствии с требованиями технического
задания.
Проектируемые устройства могут быть:
аналоговые (генераторы, усилители, фильтры,
модуляторы т др.), цифровые (разнообразные
логические схемы), смешанные (аналоговоцифровые).

12.

На этапе схемотехнического проектирования электронные
устройства представляются на схемном уровне.
Элементами этого уровня являются активные и пассивные
компоненты: резистор, конденсатор, катушка
индуктивности, транзисторы, диоды и т.д.
В качестве элемента схемного уровня может быть
использован и типовой фрагмент схемы (вентиль, триггер
и т.д.).
Электронная схема проектируемого представляет собой
соединение идеальных компонентов, достаточно точно
отображающее структуру и элементный состав
проектируемого изделия.

13. Этап схемотехнического проектирования включает следующие проектные процедуры:

• структурный синтез- построение эквивалентной схемы
проектируемого устройства
• расчет статических характеристик предполагает определение
токов и напряжений в любом узле схемы; анализ
вольтамперных характеристик и исследование влияния
параметров компонентов на них.
• расчет динамических характеристик заключается в
определении выходных параметров схемы в зависимости от
изменения внутренних и внешних параметров
(одновариантный анализ), а также в оценке чувствительности и
степени разброса относительно номинальных значений
выходных параметров в зависимости от входных и внешних
параметров электронной схемы (многовариантный анализ).
• параметрическая оптимизация, определяющая такие значения
внутренних параметров электронной схемы, которые
оптимизируют выходные параметры.

14. топологическое проектирование

проводится для узлов, которые могут
содержать всю логику прибора, целевые
функциональные узлы или их части.
При этом учитываются размеры и тип
устройства, необходимые активные,
пассивные и коммутационные элементы, а
также точки контроля и присоединения.

15. изготовление опытного образца

Для изготовления опытных образцов осуществляются следующие
подготовительные мероприятия:
• составляются ориентировочные планы и графики изготовления
опытных образцов;
• на предприятии: выделяется специальный участок для
изготовления опытных образцов с учетом того, чтобы не
нарушалось текущее производство;
• прогнозируется возможность возникновения тех или иных
проблем в процессе изготовления опытных образцов
намечаются пути их преодоления;
• разрабатываются всевозможные формы (содержащие фамилии
ответственных исполнителей, сроки реализации работ и т.д.)
для последующего контроля процессов конструирования,
производства, патентования и т.д.;
• назначаются ответственные исполнители по каждой операции,
связанной с процессом изготовления опытных образцов.

16. изготовление опытного образца

В процессе изготовления опытных образцов обращается внимание
на следующих функциях:
• контроль за ходом выполнения работ сопоставление стоимости
и сроков выполнения работ с намеченными;
• в случае возникновения серьезных проблем с разработкой
нового продукта, служба маркетинга рекомендует высшему
руководству пересмотреть весь проект в целом. Цель такого
пересмотра - принятие решения или о полной приостановке
проекта или о его продолжении до определения
действительной степени риска;
• постоянное отслеживание ситуации на целевом рынке и в
экономике страны, сбор информации о новых продуктах
конкурентов, информирование руководства о любых событиях
в отрасли (в том числе и о слухах), которые могут повлиять на
планы компании, связанные с новым продуктом.

17. определение характеристик устройства

Производится для проверки соответствия
характеристик устройства заявленным в
техническом задании, в случае
несоответствия определение путей доработки
устройства.

18. Последовательность проектных процедур архитектурного этапа интерактивного проектирования

Исходные требования
Разработка графа
потока данных
Выбор параметров
модели
Отображение функций
на модели
Моделирование
Проверка соответствия
требованиям
Спецификации
проекта (описание)
Проектирование на системном уровне
Выбор или реализация
модели
Последовательность
проектных процедур
архитектурного этапа
интерактивного
проектирования
ГЛАВНАЯ ЗАДАЧА - разработать такую
системную архитектуру, которая будет
удовлетворять заданным
функциональным, скоростным и
стоимостным требованиям.
Ошибки на архитектурном уровне
обходятся гораздо дороже, чем в
решениях, принимаемых в процессе
физической реализации.

19.

Различают
нисходящее (сверху вниз) и восходящее
(снизу вверх) проектирование.
При нисходящем проектировании
выполняются прежде этапы использующие
высокие уровни представления устройств,
чем этапы использующие более низкие
иерархические уровни. При восходящем
проектировании последовательность
противоположная.

20. Преимущества нисходящего проектирования (для всех САПР):

1) Позволяет осуществлять параллельное проектирование и
координированную разработку аппаратных и программных
подсистем.
2) Использование средств логического синтеза которые
обеспечивают преобразование логических формул в физически
реализуемые описания уровня логических вентилей.
Благодаря этому:
• упрощается физическая реализация;
• эффективно используется время проектирования;
• эффективно используются технологические шаблоны.
Для сложных проектов, масштабы которых выражаются
несколькими сотнями тысяч логических вентилей, желательно
иметь возможность глобальной оптимизации благодаря
моделированию и анализу на системном уровне.

21. Преимущества нисходящего проектирования (для всех САПР):

3) Автоматически создается спецификация проекта по исходным
функциональным требованиям. Именно функциональные требования
являются исходным компонентом при проектировании сложных систем.
Благодаря этому подобный подход позволяет уменьшить вероятность
неработоспособной системы. Во многих случаях неработоспособность
проектируемой системы вызывается несоответствием между
функциональными требованиями и спецификациями проекта.
4) Позволяет разрабатывать эффективные тесты для верификации и
аттестации проекта, а также тест-векторы для контроля изготовленных
изделий.
5) Результаты моделирования на системном уровне могут послужить
основой для количественной оценки проекта уже на начальных стадиях
проектирования. На более поздних этапах для верификации и
аттестации проекта необходимо моделирование на уровне логических
вентилей. Однородная среда проектирования позволит сравнить
результаты моделирования, получаемые на первых и на последующих
этапах проектирования.