Отличительная особенность продуктов Altium Designer -- возможность проектировать функциональные узлы на микросхемах программируемой логики (ПЛИС, или FPGA -- в англоязычной лексике) с использованием как обычного схемного ввода исходных данных, так и с заданием логики на языке описания схем VHDL. Это позволяет модернизировать проекты, ранее разработанные на микросхемах малой и средней степени интеграции, выполнив их на ПЛИС, и создавать новые решения на ПЛИС непосредственно в среде Altium Designer. Современные версии программного комплекса оснащены развитыми средствами импорта входных данных из других САПР -- например, P-CAD 2000/2006, из САПР фирм Cadence Design Systems (OrCAD, Allegro), Mentor Graphics (PADS, DX Designer), ZUKEN (Cadstar).
Фирма Altium Ltd, обладающая также правами на P-CAD, в 2006 году приняла решение прекратить дальнейшую поддержку линии продуктов P- CAD, закончив ее версией 2006, полностью перейти на Altium Designer и в дальнейшем развивать только этот продукт. Тем не менее в интересах пользователей, обладающих лицензией на P-CAD, фирма ввела в состав продуктов Altium Designer развитые средства конвертации форматов данных P-CAD и ряда других известных САПР с тем, чтобы при переходе с P-CAD на Altium Designer не пострадала преемственность разработок.
В первые годы распространения продукта Altium Designer наблюдалась определенная озабоченность его разработчиков перспективой отказа пользователей от продукта P-CAD. Это находило отражение в дискуссии на форуме сайта производителя www.altium.com. В настоящее время положение в пользу Altium Designer заметно изменилось. Наблюдается все большее увеличение количества пользователей Altium Designer и заинтересованность отечественных организаций-производителей радиоэлектронных средств в обучении своих сотрудников правилам и приемам работы в среде Altium Designer.
Стоит отдельно отметить высокую заинтересованность работодателей в специалистах со знанием и P-CAD, и Altium Designer, в связи с поддержанием существующих и зарегистрированных ранее разработок, чертежи для которых были подготовлены именно в P-CAD. Документация и чертежи новых проектов при этом готовятся зачастую в Altium Designer.
С выходом на российский рынок фирма-производитель предпринимает меры по адаптации функций и формата документов к требованиям отечественной системы стандартов ЕСКД. Представляется, что внесенные обновления, а также возможность выполнения проектов с использованием интегральных микросхем программируемой логики (ПЛИС, они же FPGA) в интегрированной среде Altium Designer дают этому программному комплексу определенные преимущества перед конкурентами.
При всех своих достоинствах Altium Designer, однако, как и другие "электронные" САПР, не дает возможности провести полный цикл сквозного проектирования изделия, включающий этап выпуска конструкторской документации по ЕСКД. Конечным результатом работы "электронных" САПР является интегральный графический образ печатной платы и файлы управляющей информации для автоматизированного производства печатных плат. Этого достаточно для "бездокументного" производства, но принятые на практике системы ведения рабочей конструкторской документации предполагают также выпуск комплекта документов на "твердом" (бумажном) или "электронном" (в виде компьютерных файлов) носителе. Проведенные в 2006 году обновления ЕСКД устанавливают равноправный статус электронных и бумажных конструкторских документов, не отменяя при этом последние.
Для выполнения конструкторского этапа сквозного проектирования, включая выпуск документов по ЕСКД, приходится пользоваться связками САПР, одни из которых выполняют разработку "электронной" составляющей проекта радиоэлектронного функционального узла, а другие -- "машиностроительную" часть проекта.
Состав и базовые концепции Altium Designer
Основные функции Altium Designer
Рассмотрим состав интегрированной САПР радиоэлектронных функциональных узлов Altium Designer и охарактеризуем основные функции входящих в нее компонентов.
О Интегрирующая оболочка DXP (аббревиатура от Design eXPlorer), организующая среду проектирования и объединяющая составные части выполняемой разработки в проект.
О Базовые средства проектирования (Foundation). К ним относятся компоненты Altium Designer, обеспечивающие:
• формирование библиотек компонентной базы;
• просмотр и редактирование электрической схемы;
• схемотехническое моделирование (средства PSpice и XSPICE);
• моделирование логики на основе VHDL-описаний;
• анализ (на этапе разработки электрической схемы) расщеплений фронтов сигналов быстродействующей логики за счет отражений волны на концах печатных проводников (средства Signal Integrity);
• средства подготовки монтажного поля печатной платы, определения структуры слоев платы, правил выполнения печатного монтажа, импорта описания схемы (Netlist) из схемного редактора;
• просмотр и распечатку проекта печатной платы;
• импорт и просмотр файлов механической обработки и фотошаблонов (средства CAM File Viewer).
О Средства проектирования печатной платы (Board Implementation):
• графический редактор печатной платы PCB Layout -- размещение и редактирование объектов на печатной плате, использование библиотек компонентов, ручное, интерактивное и авторазмещение, интерактивная трассировка, трассировка дифференциальных пар и др.;
• автотрассировщик Situs -- автотрассировка печатной платы;
• Signal Integrity -- анализ паразитных эффектов (расщепления сигналов и на-
• водок в печатном монтаже) на стадии проектирования печати;
• средства формирования управляющей информации для производственного оборудования -- файлов в формате фотоплоттера Gerber и файлов данных для сверления (NC Drill), экспорт проектов в обменном формате ODB++;
• редактор CAM-файлов -- импорт и редактирование фотошаблонов, данных сверления и фрезерной обработки, экспорт управляющей информации;
• средства разработки аппаратной части JTAG-интерфейса программирования ПЛИС.
О Средства проектирования устройств со встроенным интеллектом (Embedded Intelligence Implementation) включают:
• библиотеки ориентированных на реализацию в ПЛИС (FPGA- Ready) базовых логических элементов, генераторов, логических анализаторов, интерфейсных адаптеров и др.;
• средства реализации в ПЛИС процессорного ядра микроконтроллеров и оболочки дискретных процессоров на основе библиотеки функциональных аналогов ряда распространенных микроконтроллеров и моделей процессорного ядра;
• смешанные средства синтеза и моделирования логики ПЛИС -- на основе схемного ввода, описаний логики VHDL или Verilog HDL;
• средства программно-аппаратной реализации JTAG-интерфейса программирования ПЛИС.
О Аппаратные средства отладки логики и загрузки программы коммутации ПЛИС непосредственно на стадии разработки проекта (отладочные стенды NanoBoard NB1, NB2DSK01, NB-3000), превращающие программно-аппаратный комплекс Altium Designer в инновационную рабочую станцию (Altium Innovation Station).
Последние две группы средств вводят Altium Designer в относительно узкий круг универсальных САПР, предоставляющих интегрированную среду для разработки современных радиоэлектронных функциональных узлов.
Следует отметить, что Altium Designer не в состоянии своими средствами выполнить полный цикл синтеза логики ПЛИС, включая упаковку логики в выбранную микросхему ПЛИС (компиляцию), а также формирование данных для программирования встроенной памяти и "прошивки" ПЛИС. Функции Altium Designer позволяют синтезировать и моделировать логику проекта, в результате чего формируются выходные данные в обменном формате EDIF. Эти данные передаются в специализированные САПР производителей компонентной базы ПЛИС (Vendor Tools) фирм Altera, Actel, Lattice, Sharp, Xilinx -- в зависимости от выбранного для реализации проекта семейства ПЛИС. Результат работы этих специализированных САПР -- информация о коммутации логических сигналов проекта на выводы выбранной ПЛИС и данные для программирования ПЛИС в аппаратуре пользователя или на программаторе. Эти данные возвращаются в Altium Designer, где выполняется окончательная проработка проекта -- включение ПЛИС в состав полной электрической принципиальной схемы, размещение компонентов на монтажном поле и трассировка печатного монтажа.
Лекция 8 Проект и рабочее пространство Altium Designer
Базовая концепция формирования данных, вырабатываемых в Altium Designer и относящихся к одному объекту того или иного вида, -- проект. Он представляет собой текстовый файлоболочку, объединяющий иерархически организованный набор документов, предполагающих воплощение их в единственном объекте.
В свою очередь, группа проектов, относящихся к объекту со сложной организацией, например, радиоэлектронному устройству, состоящему из нескольких ячеек или блоков, может быть объединена в так называемое рабочее пространство (Workspace). Удобство организации и использования рабочего пространства состоит в том, что в интерфейсных окнах графических редакторов и рабочих панелях программы отображаются документы и другие данные, относящиеся только к проектам активного рабочего пространства. При этом никак не ограничивается возможность включения и исключения из данного рабочего пространства любых других документов.
В Altium Designer поддерживается несколько видов проекта:
Проект печатной платы (PCB Project). В графическом схемном редакторе на основе библиотек компонентной базы строят электрическую принципиальную схему и проводят схемотехническое моделирование. Описание схемы передается в графический редактор печатной платы, в котором строят контур печатной платы, задают число и свойства слоев печати, правила выполнения трассировки, выполняют импорт описания схемы, размещение компонентов на монтажном пространстве, трассировку печатного монтажа, формируют стандартные файлы выходных данных для изготовления печатной платы, сборки и монтажа функционального узла. Документы проекта объединяются оболочкой с именем файла *.PrjPcb.
Проект ПЛИС (FPGA Project). Имя файла оболочки проекта -- *.PrjFpg. Разработку начинают с формирования схемного или HDL-описания логики проектируемого устройства. В проект вводят файлы, в которых содержатся ограничения, связанные с выбором семейства и типа ПЛИС, определяют коммутацию входов и выходов логических сигналов на выводы выбранной ПЛИС, задают требования к рабочей частоте, подключению внешних тактовых сигналов и т. п. Заданная логика компилируется в комбинации логических ячеек нижнего уровня внутренней структуры ПЛИС. Результаты логического синтеза выдаются в виде описания в конструкциях языка обменного формата EDIF. После этого данные EDIF-формата передаются в специализированную САПР производителя выбранного семейства ПЛИС (Vendor Tools), в которой программируется коммута- ция логических ячеек и блоков внутренней структуры ПЛИС и вывод логиче- ских сигналов на физические контакты выбранной микросхемы. Вырабатываются управляющие файлы для программирования ПЛИС в аппаратуре пользователя или на специальном программаторе. В результате микросхема ПЛИС может быть запрограммирована и протестирована на стенде NanoBoard.
На этом выполнение собственно проекта ПЛИС завершается. Однако запрограммированная микросхема не может "висеть в воздухе" -- в любой аппаратуре пользователя ПЛИС окружена целым рядом компонентов: резисторами, конденсаторами, микросхемами более низкой степени интеграции или еще несколькими ПЛИС, электрическими соединителями и т. п. В отличие от традиционных цепочек, образуемых самостоятельными инструментами проектирования, Altium Designer предоставляет единую модель проектных данных и единую среду, в которой обеспечивается связь и синхронизация проекта логического ядра на ПЛИС и "окружения" этой ПЛИС в рамках проекта функционального узла на печатной плате. Таким образом, на завершающей стадии выполняется объединение FPGA- и PCB-проектов и исполнение всего устройства в виде ячейки (модуля) на печатной плате, на которой ПЛИС выступает как обычный компонент, наравне с остальными.
Интегрированная библиотека. Имя файла оболочки -- *.LibPkg, имя файла библиотеки -- *.IntLib. В редакторе библиотек формируют наборы схемных символов (УГО) электрорадиокомпонентов, определяют ссылки на модели компонента. В качестве модели выступают топологическое посадочное место (ТПМ), формируемое в среде редактора библиотек, модели для схемотехнического моделирования, модели для анализа целостности сигнала -- расщепления фронтов логических сигналов в быстродействующих устройствах за счет отражений от концов печатного проводника, а также трехмерные геометрические модели компонентов. Файлы описаний моделей либо ссылки с указанием пути к ним включаются в структуру библиотечного пакета *.LibPkg. После этого выполняют компиляцию компонентов библиотечного пакета в единый файл интегрированной библиотеки.
Встроенный проект (Embedded Project). Имя файла оболочки -- *.PrgEmb. Это набор проектных документов, образующих программное приложение. Исходный текст программы и (или) подпрограмм формируется в конструкциях языка С или Ассемблера и компилируется в объектные модули. Подпрограммы связываются в исполняемый модуль в машинном коде, готовый для загрузки в выбранный процессор или микроконтроллер. Таким образом достигается органическая связь между "схемотехнической" составляющей проекта ПЛИС и программным при- ложением, разрабатываемым в рамках "встроенного" проекта (Embedded Project), когда на ПЛИС проектируется микроконтроллер или микроЭВМ.
Проект логического ядра, неоднократно повторяющегося как элемент логической структуры в других проектах ПЛИС (Core Project). Имя файла оболочки -- *.PrjCor. Проект заканчивается формированием графического схемного символа и описания логики в формате EDIF.