Автоматизированное конструкторское проектирование радиоэлектронных схем на локальных вычислительных сетях Текст научной статьи по специальности «Математика»

Известия ТРТУ Тематический выпуск

2. Васильев А. Радиоэлектронная борьба в воздушных операциях ВВС США //Зарубежное военное обозрение .-1992. № 1. - С. 41-43.

В.М. Глушань, А.В. Далекин, Р.В. Иванько, И.Ю. Косов

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ НА ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ

СЕТЯХ*

В работе [1] рассмотрено применение сетевых технологий для решения задач конструкторского проектирования. В качестве примера рассматривались задачи компоновки и размещения, обосновывалась эффективность указанного подхода. Однако, наиболее трудоемкая задача трассировки в этой работе не рассматрива-, -ности в целом конструкторского проектирования на основе применения сетевых технологий. Некоторое продвижение в этом направлении дано в работе [2]. Однако, эта работа носит в основном концептуальный характер, хотя в ней и рассматривается помимо задач компоновки и размещения задача трассировки, остаются невыясненными некоторые частные вопросы такие, как: зависимость времени решения этих трех задач от числа компьютеров в сети; времени передачи информации - - . -принята попытка по устранению этого недостатка.

1. Варианты распределения задач конструкторского проектирования между сервером и компьютерами сети. Для упрощения будем рассматривать задачу проектирования печатной платы с одногабаритными элементами. Исходя из

, , -, . задач компоновки и трассировки на сервере, а размещение компонентов выполнять на компьютерах-клиентах. Во втором способе предлагается задачу компоновки решать на сервере, затем всю информацию о частях схемы (печатной платы) передать на компьютеры-клиенты сети. Задачу размещения и трассировки решать на

- . -формацию о каждой части платы необходимо последовательно передать с каждого клиентского компьютера на сервер. При этом на каждой части платы вероятнее

( ), , т.е., будут проходить по разным платам. Поэтому сервер должен объединить все , - , -полнить окончательную трассировку цепей, расположенных на разных частях.

2. Подготовка информации, необходимой для решения задач конструкторского проектирования на ЛВС. Первая подготовительная задача - это разбиение исходной схемы на определенное количество частей (задача компоновки) в зависимости от числа клиентских компьютеров и с учетом того, что эти пла-

( ), их практически невозможно будет объединить в одну общую плату.

Классическим случаем разбиения схемы на части является использование графовых или гиперграфовых моделей схем. Однако, эти модели хороши только для решения задач компоновки и размещения. Для решения задачи трассировки необходима информация о том - какие выводы элементе в соединяются между со-

* Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 03-01-00336

бой в соответствии с исходной схемой. Такую информацию дает матрица цепей Т, каждая строка которой соответствует определенному элементу, столбец - определенному выводу элемента, а на пересечении 1-й строки и _|-го столбца стоит номер цепи ^

Так как для решения задач компоновки и размещения более удобной и простой является графовая модель схемы, то матрицу цепей необходимо преобразовать в матрицу связности графа С. Соответствующим алгоритмом, используя эту матрицу, разбить схему на части с подматрицами С1. Используя полученные разбиения, т.е. подграфы, перейти от каждого из них к подматрицам цепей Т1, а также сформировать вспомогательную матрицу 8 (будем называть ее матрицей разрывов). В матрице разрывов 8 каждая строка будет соответствовать определенной , - ( ), пересечении строки и столбца будет стоять единица, если соответствующая цепь попадает в соответствующую часть схемы; в противном случае на пересечении будет стоять ноль.

Матрица 8 необходима для того, чтобы при решении задачи дотрассировки сервер мог определить разрывные цепи и соединить их в единую трассу.

, -ентский компьютер номера элементов, соответствующие подграфы в виде подмат-, , элемента с нумерацией выводов.

Как отмечалось выше при решении задачи компоновки необходимо определить число частей схемы, на которые она должна быть разбита. Казалось бы, что здесь не возникает никаких проблем и число частей схемы взять равным количеству клиентских компьютеров в сети, а число элементов в каждой части будет равно частному от деления общего числа элементов схемы на число компьютеров-клиентов. Если частное будет не целым числом, то его надо округлить до ближайшего большего числа. Но такой упрощенный подход является неприемлемым, так как число частей может получиться нечетным, что вызовет сложности, либо вообще сделает невозможным последующее объединение отдельных плат в одну общую. Кроме того, число элементов, приходящееся на каждую плату может оказаться «плохим», оно не будет представляться в виде хорошего» соотношения числа строк и столбцов. Под <аорошим» соотношением мы будем понимать такие размеры отдельной платы, на которой можно расположить элементы с почти равным числом строк и столбцов, или их соотношение должно быть близким к 3:4 (4:3).

Рассмотрим пример «плохого» случая. Пусть общее число элементов в схеме равно 81 и в сети имеется 6 компьютеров-клиентов. Тогда число элементов, которое должно быть размещено на каждой из 6 плат, будет равно 13,5. Ближайшее большее целое число к 13,5 есть 14. Это число раскладывается только на 2 сомножителя 2 и 7. Это означает, что на каждой отдельной плате должно размещаться 14 элементов с числом строк и столбцов равным 2 и 7 соответственно (или наоборот).

Таким образом, предваряя компоновку, необходимо сначала определить, исходя из заданного общего числа элементов в схеме, число отдельных плат (число задействованных клиентских компьютеров в ЛВС) и число элементов, размещае-

Известия ТРТУ Тематический выпуск

мой на каждой из них, которое удовлетворяло бы приведенным выше соображениям. Очевидно, что для выполнения приведенных соображений невозможно обойтись без введения фиктивных элементов.

Можно предложить такой подход к определению числа элементов на каждой отдельной плате (с учетом фиктивных элементов). Пусть в исходной схеме N элементов, а в ЛВС можно задействовать 6 клиентских компьютеров. Тогда число

элементов, приходящихся на каждую отдельную плату будет ^ = а. ь, где а и Ь -

К

( ).

Возьмем отношение а = 2. Тогда а = \ 3 |ь, N = \ — |-К■ Ь2. Зная N К и соотно-

Ь 4 \4,

шение а /Ь, можно определить числа а и Ь.

Например: N = 160, К = 6. Отсюда N / К[= 27 = а ■ Ь, где знак ] ■ [ означа-

ет округление до большего целого, а =

- Ь , 27 = 3 Ь2, Ь =Ь/108/3[= 6;

а = ](3/4) ■ 6[= 5. Таким образом, в каждой из 6 плат должно размещаться 30 элементов, а на всех платах - 180. Величина фиктивных элементов на 20 превыша-. .

N / К [= 27 можно взять число большее 27 и меньшее 30. Таким числом является

28, 4 7. , 4,

- 7, 168

8.

3. Сравнительная оценка времени решения задач конструкторского проектирования на ЛВС и отдельном компьютере. Для выяснения вопроса об эффективности решения любых задач на отдельно взятом компьютере и ЛВС необходимо определить временные затраты в том и другом случае.

При конструкторском проектировании на одном компьютере требуется решить две задачи: размещения элементов и проведения трасс, т.е. задача компонов-. , ,

, -тов, т.е. N2, а число шагов используемого алгоритма трассировки пропорциональ-

( ). , состоящей из общего числа элементов N, неизвестны соотношения, связывающие число цепей с числом элементов N. Однако, учитывая оценочный характер нашей работы, мы можем опереться на известное эмпирическое «правило Рента» [3]

К.в =а^,

где N - число внешних связей узла (входных - выходных контактов);

N - число логических элементов в узле; а - число внешних связей (цепей) логического элемента; Р - показатель Рента, принимающий значения в диапазоне 0 < Р < 1 .Типичные значения Р равны 0,5-0,75.

Из этой эмпирической формулы выводится количественная оценка трасси-

( ), число трасс в вертикальном и горизонтальном направлениях. Мы будем понимать под величиной Т число цепей в схеме, содержащей N логических элементов. Там же в [3] приведена приближенная связь между Т и N при Р = 0,5

Т - 5^Й ^ N. (1)

Используя приведенные соотношения, время решения задач размещения и трассировки ТРТ на одном компьютере можно записать в виде

- V - ~ / (2)

где t - время, затраченное на выполнение одного шага алгоритма.

При решении задач конструкторского проектирования на ЛВС добавляется ( ) ( ), -мени реализации трех алгоритмов добавляется время передачи необходимой информации с сервера на клиентские компьютеры и передача информации в обратном направлении.

Принимая линейную зависимость числа шагов алгоритма компоновки, время

ТКРТ

Т = г

1КРТ 1

N. N

к 18 К

\3

(3)

Кроме времени реализации всех трех алгоритмов, определяемого выражени-(3),

сервером и клиентскими компьютерами, а также учесть время дотрассировки разрывных цепей сервером. С учетом дотрассировки выражение (3) принимает вид

Т = г

1 КРТ 1

\

(4)

В выражении (4) величина N - представляет число цепей, которые требуют дотрассировку на сервере. Эмпирическим путем найдено, что величину N можно определить выражением

N - 5^к4ы = 5^КуШ . (5)

Для определения времени обмена между компьютерами необходимо знать объемы передаваемой информации и пропускную способность каналов связи.

С сервера на каждый ьй клиентский компьютер необходимо передавать чис-

2

ло элементов п, подматрицу связности размерности п ■ п = п , подматрицу цепей размерностью п ■ пчв, где пчв - число выводов элемента (будем предполагать, что

), -

мерацией его выводов.

Таким образом, объем передаваемой информации с сервера Ус клиентским

4- ,

¥с = 4 К(

п + п2 + п ■ п +

(I,+1, ),

где 1Х и I - ширина и длина элемента, выраженные числом клеток сетки, которое в результате проведения на плате вертикальных и горизонтальных линий образуется перед трассировкой - р ис.1

Известия ТРТУ Тематический выпуск

п

Рис.1. Эскис платы

Объем передаваемой информации Ук с каждого клиентского компьютера

серверу с учетом 4-байтного формата чисел можно определить (см. рис.1) следующим образом:

Ук = 4(п + т) + 2• ( • Ьц + 2( + 1у)пх • пу), (6)

где п и т - габаритные размеры платы; Ьц - длина цепи, которую примем одинаковой для каждой цепи и равной полупериметру габаритных размеров платы; пх и Пу - число элементов в строке и столбце соответственно. Учитывая это и

определяя число цепей N1 п0 формуле (5) выражение (6) примет вид:

Ук = 4((Х + 1х ) • пх + (У + 1у ) • пу + 5л/пЛ !§ пхпу ((Х + 1х )пх + (У + 1у )пу ) • 2 +

+ 2(1х + 1у ) • пхпу ).

Приведем результаты расчетов для конкретного примера проектирования в обоих случаях, приняв время обработки одного шага алгоритма 10-4с, а пропускную способность канала связи между сервером и клиентским компьютером 106 бит/с. Тогда в соответствии с выражением (2) для случая N = 72 время решения составит ТРТ ~ 50с .

Анализируя следующую таблицу, можно заключить, что время решения задачи конструкторского проектирования с ростом числа частей, на которые разбивается исходная схема, уменьшается примерно по линейному закону.

Таблица

Время проектирования Ткрт на ЛВС для разных случаев разбиения ис-

ходной схемы состоящей из 72 элементов, приведено в таблице

N = 72

К = 3; п = 24 К = 6; п = 12 К = 12; п = 6 К = 24; п = 3

Т’крт 3,3с ТкРТ = 0,71с Ткрт = 0,15с Ткрт = 0,04с

Это свидетельствует о незначительном влиянии на общее время решения времени обмена между сервером и клиентскими компьютерами. Однако, не следует пока обольщаться этим результатом, поскольку при большом числе частей, об, -риев качества, например, уменьшения суммарной длины трасс и достижения 100% .

плане как толчок для последующих совместных исследований времени решения задачи и критериев качества.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Адамов АЗ., Глушань В.М. Технология проектирования сетевых САПР. Труды международных конференций «Искусственные интеллектуальные системы» (IEEE AIS’02) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2002). - М.: Изд-во Физматлит, 2002. - С. 456-461.

2. Глушань В.М., Далекий А.В., Косов ИМ. Конструкторское проектирование на основе сетевых технологий. Труды международных конференций «Интеллектуальные системы» (IEEE AIS’04) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2004), Т.2. - М.: Изд-во Физматлит, 2004. - С. 15-19.

3. Быстродействующие матричные БИС и СБИС. Теория и проектирование /Б.Н. Файзула-ев, И.Н. Шагурин, А.Н. Кармазинский и др.; Под общей редакцией Б.Н. Файзулаева и И.Н. Шагурина. - М.: Радио и связь, 1989. - 304 с.

В.В. Янушко

РАЗВИТИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ ПРОДУКТА НА ПРЕДПРИЯТИИ*

С наступлением нового века мы становимся свидетелями тектонических сдвигов в представлениях о том, что такое информационная система предприятия. , - , которых станет очевидным через какое-то время. Одним из предвестников грядущих перемен можно признать PLM - «новое управление жизненным циклом изделий» [1-2]. PLM

приложений и архитектуре корпоративных систем позволяет представить предприятие как единый управляемый организм.

До последнего времени внедрение компьютеров на промышленных предприятиях не было напрямую связано с конечной целью их существования, которая, , . Из-за ограниченности технических средств предпринимались разрозненные попытки автоматизировать отдельные, зачастую не самые критичные.

Раньше в больших интегрированных CAD/CAM системах все вопросы документооборота решались внутренними механизмами CAD системы -Workflow, средствами операционной системы Unix и группой администраторов проекта. Администраторы проекта должны были создавать и поддерживать структуру изделия , , , -ректорий параллельно с процессом разработки изделия. Системы использовали собственные внутренние форматы файлов, встроенные базы данных, текстовые процессоры, редакторы таблиц параметров и другие служебные утилиты. Стои-

* Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 04-01-00174