Software & Systems

Аббревиатура ТОПТРАН происходит от слов "топологический транслятор" и отражает основное назначение автоматизированной системы — трансляция управляющей информации для различных графических и технологических устройств проектирования и изготовления фотошаблонов интегральных микросхем (ИМС) и печатных плат (ПП).

Ядро системы, ее алгоритмическую основу составляет система команд геометрических преобразований изображения компонентов и фрагментов, в терминах которой осуществляется программирование топологии проектируемого прибора. Команды геометрических преобразований могут также быть использованы в качестве директив проектирования топологии в интерактивном режиме непосредственно с терминала пользователя микроЭВМ. Таким образом, проектирование в системе ТОПТРАН сведено к программированию топологаи с помощью команд геометрических преобразований библиотечных компонентов и фрагментов.

Вторым существенным элементом автоматизированной системы является иерархический язык макроописания компонентов и фрагментов, отражающий четыре уровня интеграции исходных данных топологии. Автоматическая трансляция интегрированных исходных данных макроописания в координаты проектируемой топологии отражает суть автоматизации проектирования в системе ТОПТРАН: разработчик создает эскизы отдельных компонентов и фрагментов, а проверку логической структуры базы данных, геометрические преобразования компонентов и фрагментов и компоновку их в целостную топологию проектируемого прибора осуществляет по его замыслу автоматизированная система. Таким образом, основные принципы процесса проектирования топологии сводятся к следующему:

•      процесс проектирования предполагает наличие библиотеки типовых топологи - ческих решений компонентов и фрагментов проектируемого прибора;

•      библиотека типовых компонентов и фра!"ментов создается на языке макро- описания топологии;

■ трансляция операторов макроописания в изображение проектируемой топологии осуществляется в автоматическом режиме;

•   редактирование изображения проектируемой топологии осуществляется в интер активном режиме на терминале пользователя с использованием специальных ди ректив системы.

Важный элемент системы ТОПТРАН — директивы диагностического контроля макроописания проектируемой топологии, которые позволяют локализовать ошибки вплоть до адреса, где они содержатся. Специализированная операционная система осуществляет автоматизированное выполнение всех директив и обеспечивает настройку процедуры диалога диагностического контроля исходя из характера обнаруживаемых ошибок.

Система проектирования ТОПТРАН является типичным представителем автоматизированных систем первого поколения и требует дли своего построения минимума ресурсов микроЭВМ типа "Электроника-60", т.е. для разработки системы ТОПТРАН [2] необходим минимум технических средств и максимум возможностей при проектировании топологии фотошаблонов интетральных схем.

Основные принципы построения системы

Алгоритмический принцип системы ТОПТРАН основан на широко известном метопе аппликации, но вместо материальных объектов используются их графические изображения на экране дисплея. Метод аппликации определил и алгоритмическую основу автоматизированной системы, которую составляет программное обеспечение для автоматического формирования топологии из отдельных компонентов и фрагментов в соответствии с командами их геометрического преобразования. Система команд геометрических преобразований изображений в плоской геометрии является полной и включает в себя такие операции, как зеркальные отражения, повороты и линейное смещение. Каждая команда может быть выполнена в режиме автоматической трансляции списка команд синтеза изображения проектируемой топологии или в режиме интерактивной директивы, задаваемой разработчиком с терминала пользователя.

Информационной базой системы ТОПТРАН является язык описания топологии компонентов и фрагментов, исходные данные которых постоянно хранятся в памяти ЭВМ, образуя базу данных внутреннего представления топологии.

Важная особенность информационной базы системы ТОПТРАН — соответствие внутреннего представления базы данных исходному языку макроонисания топологии. Это соответствие предопределило возможность ввода в систему результатов ручного труда разработчиков на любом этапе проектирования и позволило построить развитую систему автоматизированных директив для семантического контроля и редактирования топологии.

Технической основой для построения автоматизированной системы ТОПТРАН может служить минимальная конфигурация микроЭВМ типа "Электроника-60" с объемом ОЗУ 56 Кбайтов. Этот комплект оборудования достаточен для эксплуатации программного обеспечения системы ТОПТРАН, трансляции управляющей информации и выпуска конструкторской документации фотошаблонов ИС средней степени интеграции.

Комплектация микроЭВМ дисками и лентопротяжными механизмами позволит производить быструю загрузку программного обеспечения и исходных данных макроописания библиотечных компонентов и фрагментов, а также транслировать управляющую информацию с записью на диск или магнитную ленту.

Благодаря графическому дисплею и координатографу типа КПА-1200 и их аппаратной стыковке с микроЭВМ возможно использование системы ТОПТРАН в качестве интерактивной дисплейной системы для проектирования топологии, выпуска конструкторской документации и изготовления фотооригиналов. В этом случае микроЭВМ используется в качестве управляющей и не требует промежуточной записи управляющей информации на перфоленту или магнитную ленту.

Технологическую основу системы ТОПТРАН составляет комплект технологического оборудования для проектирования и изготовления фотошаблонов. Разнообразие фотошаблонов интегральных схем и печатных плат, а также возможность использования системы ТОПТРАН для проектирования гибридных интегральных схем (ГИС) обусловливает необходимость применения координатографов, фотомонтажных и микрофотонаборных установок в качестве технологического оборудования.

Координатограф КПА-1200 используется для вырезки на майларовой пленке фотооригиналов одно- и двусторонних печатных плат и выводных рамок корпусов БИС, а также для изготовления фотошаблонов на фотопленке с применением оптической головки координатографа.

Координатограф "КАРТИМАТ-4Е" — для получения фотооригиналов керамических печатных плат, фотошаблоны для которых невозможно изготовить на микрофотонаборных установках из-за их ограниченного рабочего поля.

Фотомонтажные установки ЭМ-538, "Минск-2005", ЕММА-80 и ЕММА-85 - для изготовления более точных и производительных, чем КПА-1200, фотошаблонов печатных плат.

Микрофотоиаборные установки ЭМ-549 и ЭМ-559 - для получения промежуточ-ных фотооригиналов БИС, фотошаблонов для ГИС н керамических многослойных печатных плат (МПП).

Управление технологическим оборудованием осуществляется либо непосредственно от микроЭВМ серна "Электроника-60", либо с использованием управляющей информации на машинных носителях: перфоленте, магнитной ленте или магнитном диске.

Программное обеспечение системы

В зависимости от состава технических средств программное обеспечение системы ТОПТРАН имеет несколько версий:

•      версия V:1.0 использует перфолентойную операционную систему микроЭВМ и применяется для проектирования топологии ИС малой и средней степени ин теграции;

•      версия V:2.0 требует ве менее двух микроЭВМ, объединенных локальной сетью. Ведущая микроЭВМ работает под управлением специализированной операционной системы и используется для трансляции (синтеза) топ ojioi и ческой информации и передачи ее в локальную сеть. Ведомая ЭВМ работает пол управлением штатной операционной системы (ОС) RT-11, принимает информацию из локальной сети и формирует файлы в формате ОС RT-11 на магнитных дисках и лентах. В этой версии используются вычислительные комплексы (ВК) 15ВУМС-28-025;

•      версия V:3.0 работает под управлением ОС RT-11 V:5.00 и использует только один ВК 15ВУМС-28-025 с встроенным диспетчером памяти и ОЗУ объемом не менее 156 Кбайтов;

•      версия V:4.0 аналогична предыдущей, но использует оверлейную структуру про граммного обеспечения системы;

•      версия V.-5.0 предназначена для ПЭВМ "Электроника-85" с ОЗУ объемом 512 Кбайтов и собственным диспетчером памяти;

•      версия V:6.0 предназначена для микроЭВМ "Электроника-60.1" (МС1211) или "Электроника-60.2" (МС1212) с диспетчерами памяти и расширенным адресным пространством с 16 до 18 или 22 бит соответственно.

Основу программного обеспечения автоматизированной системы составляет транслятор операторов макроописания топологии. Процесс трансляции осуществляется автоматически, в два этапа: трансляция макрооператоров в координаты; трансляция координат в команды управления различными графическими и технологическими устройствами для проектирования и изготовления фотошаблонов.

В системе ТОПТРАН программы и исходные данные топологии размещаются в ОЗУ микроЭВМ, что исключает обращения к дисковым запоминающим устройствам во время выполнения директивы разработчика и обеспечивает минимальную реакцию системы. Диски и ленты используются только для начальной загрузки программного обеспечения и исходных данных, а также для записи результатов автоматической трансляции.

Программы обеспечивают выполнение различных вычислительных процедур над координатами топологии: технологическая коррекция контуров, покрытие многосвязных областей, преобразования топологии типа позитив-негатив и тд.

Специализированная операционная система выполняет автоматизированные интерактивные директивы семантического контроля, редактирования и фрагментации изображения с визуализацией на экране дисплея отдельных кусков проектируемой топологии. Редактирование топологии сводится к редактированию операторов макроописания с визуализацией объектов редактирования на экране графического дисплея.

Программное обеспечение системы ТОПТРАН позволяет использовать одно и то же макроописание топологии при трансляции управляющей информации для различных типов графических и технологических устройств. Все программы разработаны на языке ассемблера — оптимальная реализация абсолютного большинства алгоритмов системы.

Автоматизация проектирования

Автоматизация проектирования в системе ТОПТРАН состоит в автоматической обработке интегрированных исходных данных макроописания топологии. Выделяется несколько уровней интеграции исходных данных, каждому высшему уровню которой соответствует более высокий уровень автоматизированного проектирования.

Первый уровень автоматизированного проектирования достигается использованием операторов описания и преобразования топологии библиотечных компонентов. Число операторов такого описания определяется числом основных компонентов проектируемой БИС — диодов, транзисторов, резисторов.

Второй уровень автоматизации состоит в объединении некоторых основных компонентов в групповой. Этому групповому компоненту, которому соответствует функциональный узел (усилитель, формирователь, регистр и т.д.) присваивается наименование — так называемый адрес-метка, используемый впоследствии в качестве структурного элемента проектируемой топологии. Так как групповые компоненты объединяют десятки основных, то число макрооператоров такого описания будет на порядок меньше числа элементов проектируемой БИС.

На третьем уровне автоматизированного проектирования используются макрооператоры описания регулярных структур БИС при помощи так называемых матричных компонентов. Матричные компоненты могут использоваться вместе с таблицами истинности функциональных узлов БИС — дешифраторов, постоянных запоминающих устройств, программируемых логических матриц. Элементами матрицы могут быть как основные, так и групповые компоненты — таким образом, один макрооператор матричного компонента синтезирует топологию, насчитывающую сотни и тысячи элементов БИС.

Четвертый уровень автоматизированного проектирования связан с более высокой интеграцией данных: групповые компоненты объединяются в функционально-топологические фрагменты различных устройств и узлов вычислительных систем. Такие фрагменты могут представлять топологию регистров общего назначения, сдвиговых регистров, аналого-цифровых преобразователей и других устройств — их можно заменить функциональными символами, содержащими обозначения ввода, вывода и специальных управляющих клемм, доступных для пользователя. При этом процесс проектирования сводится к вводу на экран дисплея символов функциональных узлов и к соединению их условных вводов и выводов. Разработчик определяет взаимное расположение и соединение функциональных узлов, создавая определенную функционально-топологическую схему проектируемой БИС, а автоматизированная система производит ее преобразование в геометрический чертеж с уточнением всех деталей в соответствии с макроописанием фрагментов [1].

Высшие уровни автоматизированного проектирования предполагают решение классических задач логического моделирования, верификации, компоновки, размещения, трассировки, схемотехнического анализа и расчета электронных схем и требуют вычислительных ресурсов крупных суперЭВМ. В этом отношении ТОПТРАН является подсистемой комплексной САПР электронных систем и имеет возможность аппаратного и программного подключения к высокопроизводительным суперЭВМ.

Технические средства автоматизированной системы

Автоматизированная сисгема ТОПТРАН создала на базе микроЭВМ "Электро-ника-60", включающих в настоящее время три поколения: "Электроника-60", "Элект-

роника-бО.Г и "Электроника-60.2"; ПЭВМ "Электроника МС 0585" (3]. Отдельные модели микроЭВМ внутри каждого ряда конструктивно совместимы, имеют единый состав программного обеспечения и достаточно близкий набор команд. Каждое последующее поколение микроЭВМ является логическим развитием основных концепции предыдущего.

МикроЭВМ "Электроника-60" выпускается промышленностью в нескольких вариантах комплектации:

•       "Электроника-В" (МС 11900.1) - автономный вычислительный комплекс, имеющий в своем составе перфоленточное устройство ввода/вывода, печа тающее устройство "Robotron 1156" и в качестве пультового терминала дисп лей 15ИЭ-О0-013. На этом автономном комплексе используются автоматизи рованные системы ТОПТРАН-16 К, V:1.0 и ТОПТРАН-56 К, V:1.0 с перфоленточ- ной операционной системой.

•       15ВУМС-28-025 - вычислительный комплекс (ВК), в состав которого входят накопитель на гибких магнитных дисках "Электроника ГМД-7012", печатающее устройство "Robotron 1156" и дисплей 15ИЭ-00-013 в качестве пультового терминала.

15ВУМС-28-025(15ВУМС) является наиболее распространенным вычислительным комплексом микроЭВМ "Электроника-60" с модульным принципом построения. Его системные модули выполнены в виде конструктивно закопченных устройств, связь между которыми осуществляется через единый канал обмена. На базе этого комплекса созданы автоматизированные рабочие места (АРМ) системы ТОПТРАН.

Рабочие места системы ТОПТРАН, помимо вычислительного комплекса, включают внешнее ОЗУ и различные графические средства для подготовки, редактирования и выпуска топологических чертежей проектируемых приборов. На рис.1 показана структура автоматизированного рабочего места типа 1 (АРМ Т1) на базе ВК 15ВУМС с дополнительными графическими устройствами и внешним ОЗУ объемом 96 Кбайтов. ■

К серийному ВК 15ВУМС подключены графический дисплей МС-7401 "Электроника" и графопостроитель ЭМ-7042, а для увеличения объема ОЗУ и расширения адресного пространства дополнительно встроены три платы памяти П-3 и диспетчер памяти (ЦП) [4]. Технические средства АРМ Т1 системы ТОПТРАН позволяют получить текстовые и графические документы результатов проектирования. Транслируемая управляющая информация записывается под управлением операционной системы RT-11, V:5.00 на гибкий магнитный диск. Вместо графопостроителя ЭМ-7042 можно использовать ЭМ-7022, рабочее поле которого имеет размер 1600x1200 мм.

Технологические комплексы для изготовления фотошаблонов ИМС и МПП используют магнитную ленту для ввода управляющей информации; дополнение технических средств накопителем на магнитной ленте (НМЛ) значительно расширяет возможности системы (рис.2).

Рабочее место типа 2 включает дополнительный блок единого канала, что расширяет количество мест (разъемов) для подключения системных модулей. С помощью модулей параллельного обмена И2 к техническим средствам подключена оптоволоконная цифровая система передачи данных "Электроника МС 4101" (ОВЛС ПД). Она состоит из преобразователя-передатчика, оптического кабеля и приемника-преобразователя, что позволяет объединять рабочие места системы ТОПТРАН в локальную сеть. Обмеи данными между рабочими местами производится с помощью драйвера локальной сети командами типа:

.COPDEV:I-1LNAM.EXTNT:FILNAM.EXT - для активной ЭВМ, СОР NT:FILNAM.EXT DEV:FILNAM.EXT - Для пассивной ЭВМ.

Объединение двух АРМ типа 2 позволяет транслировать управляющую технологическую информацию с записью непосредственно на магнитную ленту. В случае отключения принтера от рабочего места типа 1 оно может быть объединено с рабочим местом типа 2.

Некоторые типы технологического оборудования используют перфоленту для свода управляющей информации — с этой целью может быть использовано АРМ типа 3, структура которого показана на рис.3. Рабочее место типа 3 может соединяться с типом 2 и предоставлять пользователю полный комплект периферийных устройств, необходимых для проектирования топологии и записи управляющей информации на все типы машинных носителей.

Для подготовки и редактирования исходных данных широко используется рабочее место типа 4 (рис.4). Оно построено на базе типового ВК 15ВУМС, дополненного внешним ОЗУ. Перенос данных с одного рабочего места на другое осуществляется посредством записей на гибком магнитном диске.

На базе микроЭВМ "Электроника В может быть создано рабочее место типа 5 (рис.5), которое подключается к рабочему месту типа 2. На этом комплекте эксплуатируется версия TOPTRAN-256 К, V:2.0 (TOPNET). Загрузка программного обеспечения и исходных данных в ЭВМ "Электроника В" производится с гибких дисков через ОВЛС, результаты трансляции записываются через ОВЛС на диск или магнитную ленту АРМ Т2. Таким образом, объединенный комплекс АРМ Т4 и Т2 предоставляет пользователю полный набор технических средств для записи управляющей информации.

Использование микроЭВМ "Электроника-60.1" или "Электропика-60.2" исключает применение внешнего дополнительного ОЗУ на базе плат ИЗ. Следует отметить, что к АРМсистемы ТОПТРАНчерез ОВЛСможет быть также подключено технологическое оборудование для изготовления фотооригиналов, что исключит операции трансляции файлов управляющей информации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Каэенов Г.Г., Соколов А.Г. Принципы и методология построения САПР БИС/Под ред. Г.Г. Казенова. М.: Высш. шк., 1990. 142 с: ил. (Автоматизация проектирования БИС: В 6 кн.: Практ, пособие; Кн.1).

2.     Никишин В.И., Водолаэский В.И. Система проектирования ТОПТРАН. М.: Наука, 1988.112 с.

3.     Талов ИЛ., Соловьев А.Н., Борисевков В.Д. Семейство ЭВМ "Электроннка-бОТПод ред. Л.Н. Преснухияа. М.: Высш. int., 1988.172 с: ил. (МикроЭВМ: В S кн.: Практ. пособие; Кн.1).

4.     Черняк А.Ю. Диспетчер памяти для мнкроЭВМ "Электроника-60М7/Приборы и техника эксперимент. 19Й5. N 3, с. 98.