случае применения для построения ДУ достаточно сложных БИС этап логического проектирования может существенно упроститься, а если для каждого из функциональных блоков предусмотрена одна стандартная БИС, надобность в нем совсем отпадает, так как число и состав БИС, а также их взаимосвязь могут определиться уже на этапе системного проектирования.

При логическом проектировании дискретного устройства возможно использование интуитивных приемов построения функциональной схемы. Однако в теории автоматов разработаны достаточно эффективные формализованные методы логического синтеза функциональных схем дискретных устройств, которые позволяют на этапе логического проектирования широко применять ЭВМ.

При программировании также обычно используются формализованные методы разработки программ, основанные на алгоритмических языках высокого уровня, обеспечивающих автоматизацию процесса программирования.

Полученные на этапе программно-логического проектирования результаты в виде функциональных схем ДУ и программ являются исходным материалом для выполнения следующего этапа - этапа технического проектирования. Целью этапа технического проектирования является построение принципиальных и монтажных схем, а для программных ДУ - комплексирование средств вычислительной техники, т. е. выбор состава и типа устройств (процессора, внешних и внутренних запоминающих устройств, вводно-выводных устройств и т. п.), обеспечивающих с заданными характеристиками выполнение алгоритма функционирования проектируемого ДУ.

При техническом проектировании аппаратной части ДУ решаются в основном следующие задачи

[5]:

1На основе функциональной схемы всех блоков и их связей производится разбиение логических элементов по корпусам заданной системы элементов с выбором типов корпусов, корпусов по платам (ячейкам), плат по панелям (кассетам), а панелей по стативам (шкафам) с учетом минимальной межкорпусной, межплатной межпанельной и межстативной проводности монтажа.

Таким образом, после решения этой задачи будет известно, какие элементы находятся в каждом используемом для построения дискретного устройства корпусе, какие корпуса находятся на определенной плате, какие платы-в определенной кассете и какие кассеты-на определенном стативе.

2Для получения разбиений производится размещение элементов в корпусе, корпусов на плате, плат в кассете, кассет на стативе Таким образом, с каждым логическим элементом функциональной схемы сопоставляется логический элемент определенного корпуса (а значит, на функциональной схеме могут быть размещены выводы корпусов), для каждого корпуса определяется его месторасположение на плате, для каждой платы - ее месторасположение в кассете, а кассеты - на стативе.

3Для полученных размещений производятся трассировка печатных соединений на платах, трассировка соединений в жгутах между платами, кассетами и стативами.

В настоящее время разработано большое число алгоритмов выполнения каждой из этих трех задач этапа технического проектирования, которые положены в основу разнообразных и достаточно эффективных автоматизированных систем технического проектирования дискретных устройств. Сейчас этап технического проектирования практически всеми достаточно крупными фирмами выполняется с помощью автоматизированных систем проектирования с использованием ЭВМ.

По окончании этапа технического проектирования должна быть получена полная документация в установленной форме на изготовление дискретного устройства.

Цель этапа технологического проектирования состоит в разработке технологических процессов и операций по изготовлению ДУ. В результате выполнения этого этапа должна быть получена в полном объеме документация на создание технологического процесса изготовления ДУ. Особенно важное значение этап технологического проектирования приобретает при создании новых типов БИС, в частности заказных. В этих случаях на данном этапе разрабатывается технология изготовления БИС. Полученная при этом документация должна быть выдана в таком виде, чтобы она могла быть использована непосредственно (без переработки вручную) в качестве исходной документации в системах автоматизированного изготовления БИС.

Последовательность этапов проектирования ДУ может быть представлена в виде схемы рис. 1.7. После получения технического задания на разработку, содержащего условия работы и основные характеристики проектируемого устройства (быстродействие, допустимые габаритные размеры и массу, надежность и т. п.), проектировщик приступает к системному проектированию. После системного проектирования начинается программно-логическое проектирование каждого из блоков дискретного устройства, выделенных на этапе системного проектирования. При этом в ряде случаев в процессе программно-логического проектирования выясняется нецелесообразность решения, принятого на этапе системного проектирования. Поэтому приходится возвращаться к этапу системного проектирования для коррекции принятых решений по результатам программно-логического проектирования.

В результате такого интерационного процесса строятся функциональные схемы и/или составляются программы для всех выделенных блоков дискретного устройства, которые являются исходными

данными для технического проектирования. В процессе технического проектирования может также возникнуть необходимость в коррекции функциональных схем и даже в коррекции разбиения дискретного устройства на блоки, в коррекции выбранной системы элементов и т. п. Таким образом, приходится вновь возвращаться к логическому или к системному проектированию.

Необходимость коррекции принятых на этапе технического проектирования решений может возникнуть и при технологическом проектировании. При изготовлении, наладке и/или испытании также может выясниться, что требуется коррекция принятых решений на любом из этапов проектирования.

Таким образом, процесс создания дискретного устройства представляет собой обычно многоитерационный процесс, в котором чередуются все указанные выше этапы проектирования. Этапы технического проектирования выполняются с учетом допустимых конструктивных решений, обеспечивающих унификацию оборудования и устройств автоматики и вычислительной техники.

Под конструкцией современного дискретного устройства автоматики понимается комплекс различных по своей природе деталей, объединенных определенным образом электрически и механически друг с другом и призванных выполнять заданные функции в заданных условиях и режимах эксплуатации. Для обеспечения высоких требований к конструкции ДУ, реализованного в базисе интегральных схем, разработаны рекомендации и ГОСТ, регламентирующие виды и типы конструктивных единиц дискретного устройства [б].

Конструкцию микроэлектронного ДУ принято рассматривать как совокупность конструктивных единиц, находящихся в определенной иерархической соподчиненности. Исходная конструктивная единица этой иерархии-корпус интегральной микросхемы. При этом стремятся для построения одного ДУ использовать один тип корпуса, являющегося исходной унифицированной единицей - конструктивным элементом. Кроме этого, унифицируются и другие конструктивные единицы ДУ, так как только в этом случае оно будет технологичным в производстве, надежным в работе, удобным в наладке, ремонте и эксплуатации.

В сложных дискретных устройствах типа ЭВМ выделяют пять структурных уровней (рис. 1.8). На нулевом уровне находится конструктивно неделимый элемент-корпус интегральной микросхемы. Определенное число корпусов микросхем, объединенных на одной плате, образуют конструктивную единицу первого уровня. Разработан ряд типов стандартных плат. Платы различаются по типу размещаемых на них корпусов, допустимому числу корпусов на плате и числу выводов с платы. Такая плата представляет собой съемную конструктивную единицу, так как отдельные корпуса на плате делаются несъемными. При наличии повреждения в микросхеме из ДУ изымается вся плата. Плата с неисправной микросхемой подвергается ремонту в специальных мастерских.

Таким образом, простейшей конструктивной единицей, подлежащей замене при наличии повреждения, является плата. В связи с этим такую плату в настоящее время принято называть типовым элементом замены (ТЭЗ).

Ко второму уровню относятся конструктивные единицы, предназначенные для механического и электрического объединения конструктивных единиц первого уровня, т. е. ТЭЗов. Часто конструктивные единицы второго уровня, называемые кассетой, субблоком и т. п., в отличие от ТЭЗ,

имеют лицевую панель, на которую выведена индикация о состоянии входящих в данную кассету отдельных функциональных блоков ДУ (например, индикация о состоянии разрядов того пли иного регистра), а также ключи и кнопки управления, гнезда и т. п. Однако, как правило, панель одной кассеты не имеет законченного самостоятельного значения для данного ДУ. Она является или частью общей панели, расположенной на нескольких кассетах, или общей панелью всего дискретного устройства, на которой расположены индикация и приборы управления для всех кассет, образующих устройство.

Кассета может быть выполнена съемной или несъемной. Однако даже при съемном варианте выполнения кассеты при возникновении в ней повреждений заменяются только ТЭЗы. Съем кассеты осуществляется только при очень крупных повреждениях. Съемная конструкция кассет удобна при транспортировке, сборке и пусковой наладке ДУ.

Кассеты собираются на стативе или в шкафу, которые представляют собой третий уровень конструктивной иерархии дискретного устройства. Следует заметить, что для ЭУМ и других микроэлектронных дискретных управляющих устройств узлов коммутации, как и для ЭВМ, наиболее характерным является шкафный, а не стативный принцип построения конструктивной единицы третьего уровня. При этом для более компактной компоновки блоков устройства, сокращения длины соединений, что очень важно для дискретных устройств с высоким быстродействием, кассеты в шкафу размещаются на нескольких рамах (двух-трех), которые для удобства эксплуатации (простоты доступа к ТЭЗ) все или крайние делаются поворотными.

Сложное дискретное устройство может размещаться на нескольких стойках или в нескольких шкафах, соединенных кабелем. Совокупность таких стоек или шкафов определяет верхний четвертый уровень конструктивной иерархии дискретного устройства.

Многоуровневый (пятиуровневый) метод компановки конструктивных единиц ДУ позволяет решить следующие задачи:

организовать производство по независимым циклам для каждого структурного уровня;

упростить задачи автоматизации на этапах технического и технологического проектирования;

унифицировать стендовую аппаратуру для испытания конструктивных единиц;

сократить период настройки, так как может быть произведена предварительная настройка отдельных конструктивных единиц;

упростить эксплуатационное обслуживание дискретного устройства.

Число уровней конструктивной иерархии может быть изменено в сторону как увеличения, так и уменьшения в зависимости от функциональной сложности ДУ, уровня технологии его изготовления и элементной базы. Например, если устройство достаточно простое, то оно все может быть построено на базе одной кассеты. Если для построения дискретного устройства используются СБИС, то может исключаться первый уровень иерархии, так как СБИС заменяет ТЭЗ. При этом при неисправности может быть осуществлена замена на уровне как СБИС, так и кассеты. В последнем случае кассета представляет собой некоторый микро-ТЭЗ.

Если дискретное устройство, например УДУ, строится по децентрализованному или распределенному принципу, то его отдельные конструктивные единицы, находящиеся на БОУ, могут размещаться непосредственно в конструкции соответствующего БОУ. Связь между разнесенными на расстояние такими конструктивными единицами осуществляется по каналам связи или даже через сеть связи [4].

1.3. Задачи и особенности построения автоматизированных систем проектирования

Для облегчения и ускорения процессов проектирования, а также для получения более качественных решений в течение последних 15-20лет усиленно ведутся исследования по автоматизации процесса проектирования с использованием ЭВМ. На основе опыта создания систем автоматизации проектирования дискретных устройств автоматики и ЭВМ выделяются две основные разновидности таких систем:

автоматическая система сквозного проектирования;

автоматизированная система проектирования.

В первой системе не предполагается участие человека в процессе проектирования. Такая система требует введения только исходной информации, а само проектирование производится ЭВМ без вмешательства человека. Однако практика разработки таких систем показала, что не только при существующем парке ЭВМ, но при парке ЭВМ в обозримый период времени такая система практически не может быть создана не только для всех этапов проектирования, но и для каждого этапа в отдельности. Примером таких систем является одна из первых систем - система сквозного синтеза АВТОМАТ, разработанная в Сибирском физико-техническом институте. Эта система предназначается для