в учебном курсе “Основы автоматизации проектирования”
П.А.Таберкин
В соответствии с учебным планом многоуровневой подготовки специалистов курс “Основы автоматизации проектирования” изучается студентамиспециальности 2203 “Системы автоматизированного проектирования” в седьмом семестре и включает 36 часов лекционных занятий, 18 часов практических занятий и 18 часов индивидуальных занятий.
В первой части курса рассматриваются основные этапы проектирования РЭА и ЭВА: системотехнический, схемотехнический и конструкторский; основные задачи каждого этапа, их особенности и взаимосвязи; обобщенная структурная схема САПР, виды обеспечения САПР и требования к их компонентам [1-3].
Во второй части курса рассматриваются наиболее широко применяемые подходы и методы решения ключевых задач каждого этапа проектирования, а также назначение, состав и особенности таких систем автоматизированного проектирования как PSpice, OrCAD, AutoCAD и P-CAD[1,3-5].
Основной целью курса является изучение общих сведений об объектах, моделях и задачах автоматизированного проектирования; основных понятий САПР; назначения, состава, принципов и особенностей функционирования различных систем автоматизированного проектирования. Т. о., в этом курсе предпринята попытка дать цельную картину процесса автоматизированного проектирования РЭА и ЭВА, основных проблем и подходов к их решению. Отдельные этапы и задачи проектирования, методы их решения более подробно изучаются студентами специальности 2203 “Системы автоматизированного проектирования” в других учебных курсах, таких как “Автоматизация конструирования ЭВА”, “Оптимизация в САПР” и т. д.
Основной проблемой при преподавании курса “Основы автоматизации проектирования” является организация и наполнение практических и индивидуальных занятий таким образом, чтобы они с максимальной эффективностью способствовали освоению студентами данного курса.
С этой целью для практических и индивидуальных занятий студентам предлагалась следующая задача – разработать техническое задание и эскизный проект для построения в Таганроге различных систем связи.
Варианты заданий:
цифровая система интегрированной связи на базе АТС Алкатель 1000 С12;
сотовая цифровая система связи на базе системы Алкатель 900 с использованием в качестве центра коммутации подвижной связи АТС Алкатель 1000 С12;
система расширенного факс-сервиса FAXNET, использующая принцип “Store-and-Forward” (цифровое запоминание и отправка факсимильных сообщений) на основе выделенной телефонной сети “Искра-2”;
интегральная цифровая система связи на базе System X фирмы GEC PLESSEY TELECOMMUNICATIONS LIMITED;
цифровая сотовая система GMH 2000 фирмы HUGHES NETWORK SYSTEM, Inc.;
интегральная сеть деловой спутниковой связи фирмы HUGHES NETWORK SYSTEM, Inc.;
территориальная радиально-зоновая система сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования “ВОЛЕМОТ”;
система радиотелефонной связи для сельской местности “ЛЕС-С”;
система персонального радиовызова “ЛУЧ-1С”;
цифровая система связи на базе электронной УАТС типа DX 200 фирмы Nokia Telecommunications Oy;
цифровая система радиотелефонной связи ACTIONET фирмы Nokia Telecommunications Oy.
В качестве раздаточных материалов использовались материалы фирм-разработчиков, содержащие описание и технические характеристики соответствующих систем.
Результаты работы показали, что студенты способны достаточно грамотно разработать техническое задание на проектирование соответствующей системы и выполнить привязку предложенных проектов к местным условиям.
Накопленный опыт позволяет сделать следующие выводы:
– необходимо расширить часть курса, посвященную системотехническому этапу проектирования ЭВА, уделяя особое внимание рассмотрению основ прикладной теории конечных автоматов и базирующихся на ней методов синтеза микропрограммных автоматов;
– при проведении практических занятий возможно использование УМК “Моделирование цифровых систем на языке VHDL”, в частности – интегрированной системы подготовки и контроля VHDL-описаний.
Язык VHDL содержит средства, позволяющие отобразить три аспекта, характеризующие цифровую аппаратуру[6]:
–функциональный (функция аппаратуры может детализироваться от уровня системы команд и алгоритмов устройств до булевых функций);
– временной (задержки, производительность, время отклика – от задержек фронтов сигналов до тактов и задержек электромеханических устройств);
– структурный (схемы, типы и связи компонент – от уровня устройств типа процессор-память до уровня вентилей и переключающих элементов).
Программная система VHDL-ANALYZER позволяет осуществить проверку фрагментов VHDL-описаний систем и дает возможность из корректных VHDL-описаний фрагментов создать проектную библиотеку или библиотеки проектов. Такие фрагменты описаний, которые могут независимо анализироваться VHDL системой и при отсутствии ошибок помещаться в библиотеку проекта, в терминах языка VHDL называются проектными модулями (design unit). Такими модулями могут быть:
– объявление интерфейса объекта проекта (entity);
– объявление архитектуры (architecture);
– объявление конфигурации (configuration);
– объявление интерфейса пакета (package);
– объявление тела пакета (package body).
Таким образом, УМК “Моделирование цифровых систем на языке VHDL” может быть использован в учебном курсе “Основы автоматизации проектирования” для решения следующих задач:
– исследование и отладка VHDL-описаний отдельных фрагментов различных систем связи, в первую очередь подсистем управления, коммутации, учета и управления трафиком ячеек цифровых сотовых систем радиосвязи в виде конечных автоматов;
– создание и сопровождение проектных библиотек, содержащих разработанные и отлаженные студентами проектные модули, описывающие те или иные аспекты реальных цифровых систем;
– создание на основе иерархических систем VHDL-описаний проектных модулей, отображающих структурные и поведенческие аспекты соответствующих фрагментов, VHDL-описаний реальных систем в целом;
– исследование промежуточных результатов на различных уровнях и этапах разработки технического задания и эскизного проекта;
– моделирование на VHDL различных микросхем и микропроцессорных систем.
Это позволит значительно увеличить степень детализации и повысить достоверность проектных решений при разработке студентами технических заданий и эскизных проектов для построения различных систем в конкретных условиях, глубже освоить инструментарий языка VHDL студентами при отладке VHDL-описаний и моделировании микросхем и простых микропроцессорных систем, смоделировать участие студентов в реальном процессе проектирования сложной системы крупным проектным коллективом.
Список литературы
Ильин В. Н. и др. Автоматизация схемотехнического проектирования.- М.: Радио и связь, 1987.
Морозов К. К., Одиноков В. Г., Курейчик В. М. Автоматизированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.
Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник/Е. В. Авдеев и др.; Под ред. И. П. Норенкова.- М.: Радио и связь, 1986.
Карберри П. Р. Персональные компьютеры в автоматизированном проектировании.- Машиностроение, 1989.
Разевиг В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ.- Вып. 1-4.- М.: Радио и связь, 1992.
Поляков А. К. Моделирование цифровых систем на языке VHDL. Учебное пособие/М.: Моск. энерг. ин-т, 1995.