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電路板設計革命性技術:平行設計法

上網時間: 2004年08月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:電路板  資料庫  產能  同步  原理圖 

利用最新開發的軟體技術可以完成高效的平行電路板設計。這種新的技術能使多位設計師和不同種類的工具同時工作於同一個設計資料庫,並能顯著地提高設計生產力。

與將設計分成若干部份並獨立地完成各個部份的傳統方法不同,此新技術能在一個公共資料庫上製作平行進程,並能自動同步流程的變化、解決相互間可能產生的衝突。這在EDA產業是首創。

自從90年代在電路板設計中廣泛採用CAD以來,製造領域透過自動化和製程最佳化方法一直在不斷地提高設計生產力。不幸的是,隨著電路設計軟體技術的不斷創新,要求支援新的訊號、零組件或板級製造技術的呼聲也在日益高漲,因此整個設計時間幾乎沒有縮短(甚至更長)。

如果設計方法學沒有根本性改變的話,軟體將始終扮演硬體技術的跟隨者角色,而不會成為發展曲線上的領先者。多位工程師從事同一設計平行工程技術一直是生產力突破的有效法寶。傳統的分而治之法將設計分成若干個部份並分配到各個工程師手上,最後把各個部份聯接起來,並透過強制措施(根據預先定義好的規則自動做出決定)或巧妙方法(讓工程師逐個解決衝突)解決所有的衝突。圖1:平行設計客戶端-<a href=伺服器網路。每個客戶端都能看到整個設計,並在伺服器處理它們的時候觀察到其它客戶端的編輯。">

這種方法對於電路的原理圖設計來說是相當有效的,因為它可以根據功能直接把設計分割成多個模組和頁。雖然如此,但這種方法仍需要相當多的人工作業才能解決模組間的互連問題,如訊號名衝突、元件遺漏等等。只要設計師相互間看不到對方在做什麼,上述這些失誤就很有可能產生。

如果一個平行設計方法允許多個設計師能夠在同一時間同時做同一個設計,能看到其他設計師做的編輯內容,能即時自動地管理各種潛在的衝突,那麼這種平行設計方法才能獲得最佳的靈活性和生產力。

平行設計架構

新的平行設計技術需要在網路環境中執行的一個設計進程管理器(伺服器)和多個設計客戶端。伺服器軟體的主要工作是從每個客戶端接收更新請求,並對請求實施檢查以確保沒有違反設計規則,然後根據更新內容使每個客戶端同步。

每個客戶端必須擁有自己專用的處理器和記憶體。新的平行設計架構還假設通訊系統能夠支援客戶端與伺服器之間即時高效交換資訊所需的最小頻寬和最大延遲。每個客戶端都能看到整個設計,並在伺服器處理它們時觀察到其它客戶端的編輯。設計資料庫允許儲存於網路上的任何地方。

這種平行設計架構允許多個設計師同時做同一個設計,而無需以邏輯或其它任何方式分割設計。這是一個真正即時的合作設計環境,在這種環境下所有與分割邊界以及分割-連接作業期間管理數據完整性相關的問題都不會出現。

由於多個設計師能夠以平行方式無任何限制地做同一個設計,因此能夠顯著地縮短整個設計周期。

每個設計都有相關的設計團隊,只有團隊的成員才被允許存取設計數據。任何一個團隊成員都能在伺服器和單個客戶端上啟動一個設計會議。其它客戶端可以在任何時候參與該會議。

設計最開始時是裝載在伺服器上的,當客戶端加入會議並將伺服器設計目前狀態自動下載到客戶端的記憶體內後,客戶端就得到初始化並獲得同步。一旦客戶端加入設計會議,它就可以使用應用程式中可用的標準編輯工具對設計進行編輯。

編輯事件是由客戶端發起的一項獨立活動,它作為一個更新請求發往伺服器。例如將一個元件從A點行動到B點就組成了一個編輯事件,事件的開始是選取元件,事件的結束是以滑鼠點選(或等效的輸入)指示新位置。編輯事件作為一個事務處理被發往伺服器,它描述了要刪除的東西和要添加的東西。

每次客戶端產生的編輯事件在發送到伺服器之前必須先執行本地的設計規則檢查(DRC),然後設置好編輯請求的優先級並根據先進先出的原則進入輸入消息佇列。伺服器接收到編輯請求後先將它整合進設計資料庫,然後執行DRC。如果沒有發現什麼問題,編輯請求就被批准,並透過輸出消息佇列發往所有客戶端,用於客戶內部核心資料庫的同步。

大多數運算時間花費在本地客戶端上。在客戶端目標對象被增加、編輯和刪除,同時執行所有與那些編輯相關的自動化作業(如推、擠和平滑)。與客戶端相較,伺服器的負載相對要輕一些,因此不會影響到系統性能。對該環境的測試顯示伺服器的響應速度非常快,不會降低客戶端的速度。

電路板的自動佈線圖2:系統設計。在平行設計環境中,可以跨系統地管理、更新和同步編輯事件,這是一全新的設計概念。

平行設計技術的第二個應用是電路板的自動佈線。多年來分佈式自動佈線一直是電路板佈線軟體的‘強大武器’。以前IC佈線器已轉換到分佈式環境執行。然而,電路板佈線問題有很大的不同,直到現在人們還是認為必須改編自動佈線器才能充分利用多個電腦共同完成同一設計優勢。軟體供應商和第三方工程師們在試圖獲得可接受的性能提升方面也作過多次嘗試,但都以失敗告終。

新的平行設計技術所採用的架構能夠解決分佈佈線環境下的大多數關鍵問題,它知道如何防止或解決衝突。同樣,伺服器擔當設計進程管理角色,來自每個自動佈線器客戶端的請求在伺服器中被整合、檢查並廣播到其它客戶端。所有自動佈線器客戶端保持同步,因此當在本地增加新的佈線路徑時,佈線路徑衝突的機率很小。

整合高效工具

由於電路設計是包含了眾多步驟和規則的一個過程,因此要想獲得優良的生產力,必須緊密地整合最高效的點式工具。在整個設計過程中數據和規則必須能順暢的流動。

在過去20年中,EDA產業產生了規模空前的合併和收購,結果軟體供應商的設計流程都依賴於眾多工具的整合。除此之外,大型公司要求眾多軟體供應商的工具能整合在自己獨特的設計流程中。

權宜之計是編寫一個介面,透過該介面將一個工具的ASCII輸出轉換成其它工具的ASCII輸入格式。照這樣做的話會產生上百個ASCII介面,每個介面用於克服常見的數據模型和規則不相容問題。

這種整合方法的基本要求是所有應用必須擁有完全相容的數據模型。每個應用程式處理數據時可能使用不同的工具和不同的自動化水準,但每個應用程式必須能夠接收改動並加以識別,因而知道下一步該做什麼。

也可能使用平行設計技術整合某個應用以執行一組特定的任務,如製作、佈局、佈線和編輯嵌入式元件。如果這樣,那麼那個應用程式就能被自動限製成只允許使用那些特定的功能。

電路和板設計

將平行版圖和平行整合所需的技術結合起來可以形成這樣的環境,即設計流程中的多個不同應用可以被整合在一起,並供多個設計師同時使用。

例如,原理圖設計、約束管理、版圖設計、三維機械設計模擬和製造等應用程式能以某種方式整合起來,因而允許所有這些應用程式被同步投入使用,同時在整個設計流程中更新和同步所有的編輯事件。甚至在混合環境中可能出現多個相似的應用,比如多個版圖工具。

由於多個應用程式在同時執行,工程師就能快速理解所增加路徑的訊號完整性效應。如在蜂巢式話機設計三維機械系統中,元件在版圖中的行動能夠立即獲得更新和被檢查。

作者:Charles Pfeil


自動佈局工程總監


Email:charles_pfeil@mentor.com


Venkat Natarajan


首席工程師


Email:venkat_natarajan@mentor.com


明導國際公司電路板系統事業部





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