??? 關鍵詞：電子系統(tǒng)? 開發(fā)周期? ＡＬＴＥＲＡ? ＰＲＯＴＥＬ

??? 自集成電路從６０年代出現(xiàn)以來，隨著它在速度、規(guī)模和價格上取得了令人矚目的飛躍，電子系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。進入９０年代，電子信息類產品的開發(fā)明顯地出現(xiàn)了兩個特點：一是開發(fā)產品的復雜程度加深；二是開發(fā)產品的上市時限緊迫。所謂開發(fā)產品的復雜程度深是指設計者往往要將更多的功能、更高的性能和更豐富的技術含量集成于所開發(fā)的電子系統(tǒng)之中。目前的趨勢是系統(tǒng)集成（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ或ｃｈｉｐ ｉｎ ｓｙｓｔｅｍ）。所謂產品開發(fā)的時限性，是指在產品的壽命期間應讓產品早日上市。從市場的角度開發(fā)應市的新產品應該做到使產品無延誤地投放市場。圖１示出了市場學中的一種市場窗口，從圖中可以看出，減少延誤、縮短系統(tǒng)開發(fā)周期以及盡早推出產品上市是十分重要的。

??? 由于電子系統(tǒng)復雜且具有上市的時限性，因此手工設計無法完成。只有采用ＥＤＡ（電子設計自動化）設計方式，從手工設計過渡到自動設計，將大量繁重、重復性的工作交給計算機去完成。因而，提高ＥＤＡ方法的自動化程度，縮短整體ＥＤＡ設計周期，具有十分重要的意義。

1 目前電子系統(tǒng)設計開發(fā)ＥＤＡ方法中瓶頸問題的討論

??? 典型的電子系統(tǒng)的制造周期中包含以下幾個步驟：系統(tǒng)規(guī)劃、功能設計、邏輯設計、電路設計、設計驗證、生產制作、測試調試。歸納起來可劃為三個主要階段：設計階段、生產制作階段與測試階段。

??? 進行電路設計時，首先要選擇使用的電子器件。由于系統(tǒng)的復雜性加深，分立器件已經(jīng)不能滿足對設計的精度和質量的要求，應采用集成電路進行設計。電子系統(tǒng)中所使用的集成電路，一般來說有三種芯片可供選擇：全定制電路芯片、半定制電路芯片、通用電路芯片。全定制電路芯片完全由設計者自己開發(fā)設計，集成度高，可以針對所設計的電子系統(tǒng)進行優(yōu)化，使性能達到最優(yōu)，但是其芯片設計、制作的成本都比較高，并且設計開發(fā)的周期較長，所以全定制電路芯片一般只用于大規(guī)模生產中，在電子系統(tǒng)的設計開發(fā)過程中不使用全定制電路芯片。對于半定制電路芯片，設計者不需從頭設計，只需將所需功能用開發(fā)系統(tǒng)“寫”入半定制電路芯片，如ＥＰＬＤ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ等。因而在性能上雖然不能達到最優(yōu)，但是設計制作的成本較低，開發(fā)周期短，比較適合于在電子系統(tǒng)的設計開發(fā)中使用。而通用電路芯片，特別是ＳＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、Ｅ２ＰＲＯＭ等，由于價格便宜，使用方便，也廣泛地應用于電子系統(tǒng)的設計、生產過程中。

??? 因此，在電子系統(tǒng)的設計開發(fā)過程中，主要考慮使用半定制電路芯片和通用電路芯片。在電子系統(tǒng)規(guī)模較大的情況下，如果在開發(fā)設計過程中全部使用或者主要依賴于通用電路芯片，則設計出的ＰＣＢ板會規(guī)模非常大，并且整個系統(tǒng)的集成度很差，同時性能下降，可靠性降低。如果對電子產品的設計開發(fā)采用半定制電路芯片，由設計者自行規(guī)定器件的邏輯功能，可將大量的電路功能集成到一個單芯片中，從而提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。然而半定制電路芯片的制作成本比通用電路芯片的成本高得多，例如，同樣是使用上百萬門的存儲器電路，將此部分電路集成到半定制電路芯片中，比直接使用ＲＯＭ或ＲＡＭ通用電路芯片的花費高幾十倍。所以，要同時考慮性能、集成度和開發(fā)成本這些相互矛盾的因素，并最終取得相對最優(yōu)的結果。可見電子系統(tǒng)的設計開發(fā)應該采取半定制電路芯片與通用電路芯片配合使用的方法。

??? 綜上所述，電子系統(tǒng)設計開發(fā)的一般過程是：

??? （１）系統(tǒng)規(guī)劃，功能設計。

??? （２）邏輯設計，并進行邏輯模擬。

??? （３）電路設計。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模、復雜度選擇所使用的元器件。在設計開發(fā)的過程中，要縮短設計周期，降低開發(fā)成本，主要選擇半定制電路和通用的元器件。根據(jù)電路的邏輯功能，同時考慮系統(tǒng)集成度和設計成本，確定將哪些電路功能集成到半定制電路芯片中，哪些電路功能可直接采用通用元器件芯片。

??? （４）設計半定制電路芯片。

??? （５）設計印刷電路板。將自己設計的半定制電路芯片與通用電路芯片組合成完整的電路，設計印刷電路板。

??? （６）制作印刷電路板，完成整個系統(tǒng)的制作。

??? （７）測試調試，并最終形成設計開發(fā)的新產品，推向市場。

??? 在現(xiàn)在的技術條件下，ＥＤＡ設計方式已經(jīng)比較成熟，從邏輯分析模擬到半定制電路設計、印刷電路板設計，都有專門的軟件來完成。隨著ＰＬＤ、ＦＰＧＡ技術、以及ＰＣＢ板自動布局、布線技術的發(fā)展，半定制電路設計、ＰＣＢ板設計已實現(xiàn)了較高程度的自動化，可以簡單、迅速地完成設計任務。然而將自己設計的半定制電路芯片與通用電路芯片組合成完整電路輸入到ＰＣＢ板的設計軟件中去設計ＰＣＢ板，這一步基本上是手工操作，做起來相當繁瑣。例如，使用軟件ＡＬＴＥＲＡ進行半定制電路芯片的設計，使用軟件ＰＲＯＴＥＬ進行印刷電路板的設計。雖然其最新版本（Ｐｒｏｔｅｌ９８、９９）中包含了ＡＬＴＥＲＡ的元件庫，但由于半定制電路芯片都是自己設計的，管腿功能和名稱不可能統(tǒng)一，所以即使ＰＲＯＴＥＬ中有ＡＬＴＥＲＡ的元件庫，仍然不實用。通常的做法是先在ＰＲＯＴＥＬ的元件庫中建立或編輯修改芯片的原型，然后使用。而且由于自己設計的半定制電路芯片互不相同，所以對每一個芯片都需要在庫中建立修改它的原型；另一方面，半定制電路芯片的管腿很多（一般都有幾十個甚至上百個管腿），并且在很多情況下庫中所建芯片原型只使用少數(shù)幾次。建庫完成后，還需進行Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ式設計繪制電路原理圖。因而這種通常的做法費時費力，效率非常低，已成為制約提高電子產品開發(fā)速度的一個瓶頸，具有非常大的改進余地。

2 接口軟件Ｐｏｒｔ

??? 解決這一瓶頸問題，就要將手工作業(yè)部分變?yōu)樽詣印＝鉀Q方案就是在半定制電路設計與印刷電路板設計之間用軟件自動接口，使設計好的半定制電路芯片能夠直接用于ＰＣＢ板的設計，從而省去繁瑣的建庫操作，實現(xiàn)從半定制電路設計到印刷電路板設計的自動化。

??? 以ＡＬＴＥＲＡ（半定制電路設計軟件）和ＰＲＯＴＥＬ（ＰＣＢ板設計軟件）為例，編寫ＡＬＴＥＲＡ與ＰＲＯＴＥＬ之間的接口軟件Ｐｏｒｔ，來完成自動輸入。圖２示出了設計中對瓶頸問題的改進。

??? 使用ＰＲＯＴＥＬ進行ＰＣＢ設計的步驟是：首先使用Ｐｒｏｔｅｌ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ進行電氣原理設計，即用電氣圖形符號編輯器（Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｅｄｉｔｏｒ）制作、編輯和管理元器件的圖形符號庫，用電氣原理圖編輯器（Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｓｈｅｅｔ Ｅｄｉｔｏｒ）制作、編輯和檢查符合電氣設計方案的原理圖；然后利用編輯好的原理圖生成電氣連接網(wǎng)絡表，以此與ＰＣＢ設計及其他ＥＤＡ工具（ＳＰＩＣＥ、ＥＥｓｏｆ、Ｘｉｌｉｎｘ、ＯｒＣＡＤ等）有機地連接。由此可見，Ｐｒｏｔｅｌ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ依靠電氣連接網(wǎng)絡表進行數(shù)據(jù)傳輸，因此可以考慮跳過Ｐｒｏｔｅｌ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｓｈｅｅｔ Ｅｄｉｔｏｒ繪制電氣原理圖部分，直接產生用于其他ＥＤＡ工具的電氣連接網(wǎng)絡表。接口軟件Ｐｏｒｔ能直接生成整個電子系統(tǒng)的元器件連接網(wǎng)絡表，作為Ｐｒｏｔｅｌ ＰＣＢ設計的輸入文件，而跳過了Ｐｒｏｔｅｌ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ繪制原理圖的部分。由于現(xiàn)在接口軟件Ｐｏｒｔ主要為ＰＣＢ設計服務，所以編寫Ｐｏｒｔ時只考慮了生成用于ＰＣＢ設計的電氣連接網(wǎng)絡表，但是仍保留了與其他ＥＤＡ工具（如ＳＰＩＣＥ、ＥＥｓｏｆ等）傳遞數(shù)據(jù)的接口。

??? 接口軟件Ｐｏｒｔ以Ｃ＋＋作為編程語言，采用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ ６．０作為編程的工作平臺，是標準的Ｗｉｎｄｏｗｓ多文檔應用程序，可以同時編輯多個電氣連接網(wǎng)絡表。能夠非常方便地處理半定制電路芯片和通用電路芯片，并且對連接網(wǎng)絡表提供了很強大的修改、整理以及統(tǒng)計的功能。下面詳細介紹接口軟件Ｐｏｒｔ的使用。

??? 首先，對于自己設計的半定制電路芯片，直接利用ＡＬＴＥＲＡ的設計結果。通過對話框（如圖３所示）調用ＡＬＴＥＲＡ的輸出文件，將自己設計的半定制電路芯片加入到網(wǎng)絡連接表中，省去了對半定制電路芯片建庫的工作。另外，如果需要更改半定制電路芯片的管腿名，可通過復選框的設定來打開對話框，進行管腿名的修改。

??? 其次，同樣可以將通用電路芯片加入到網(wǎng)絡連接表中。對于通用電路芯片，通過庫的形式進行處理，調用庫編輯對話框（圖４所示）將庫中的元器件加入網(wǎng)絡表。庫編輯對話框上半部分是對庫進行處理，列表框顯示內存中的元件庫，按鈕Ａｄｄ和Ｒｅｍｏｖｅ的功能分別是將庫加入內存和從內存中剔除庫，按鈕Ｎｅｗ Ｌｉｂ是建立新的庫。下半部分是對庫中的元器件進行處理，列表框顯示選中元件庫中所包含的元器件，右側的一排按鈕對選中的元件進行操作，其功能如下：

??? 按鈕Ａｄｄ ｔｏ Ｎｅｔ：打開添加通用電路芯片對話框（如圖５所示），通過輸入網(wǎng)絡名稱，即將選中的元件加入到網(wǎng)絡連接表。

??? 按鈕Ａｐｐｅｎｄ ａ Ｎｅｗ和Ａｐｐｅｎｄ ａ Ｃｏｐｙ：打開庫元件編輯對話框（如圖６所示），通過填寫對話框中的各項內容，實現(xiàn)向所選庫中增加期望的新元件。

??? 按鈕Ｍｏｄｉｆｙ Ｃｏｍｐ：打開庫元件編輯對話框，修改選中的元件。

??? 按鈕Ｒｅｍｏｖｅ Ｃｏｍｐ：從庫中永久性地刪除所選中的元件。

??? 通過圖３和圖５所示的對話框可簡單快捷地將電路設計中所用到的半定制電路芯片與通用電路芯片構造成完整的電氣連接網(wǎng)絡表，供Ｐｒｏｔｅｌ ＰＣＢ設計自動布局、布線使用。如此可非常容易地完成Ｐｒｏｔｅｌ ＰＣＢ設計的輸入工作，實現(xiàn)從半定制電路設計到ＰＣＢ設計的自動化。

??? 此外，為使用方便，接口軟件Ｐｏｒｔ還提供對網(wǎng)絡連接表進行檢查、修改、整理的功能?？梢詫W(wǎng)絡連接表中多余的元器件進行刪除；對輸入錯誤的元器件進行修改；對選擇錯誤的元器件進行替換。如果要查詢元器件的連接關系，打開對話框（如圖７所示），可方便地顯示出元器件的管腿連接，而且通過單擊按鈕Ｉｎｐｕｔ Ａ Ｆｉｌｅ可以調用ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ Ｏｆｆｉｃｅ９７中的Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ，將元件的連接關系自動生成Ｅｘｃｅｌ文件，為制作設計報告提供方便。

3 效果分析

??? 對使用和不使用接口軟件Ｐｏｒｔ的情況進行了比較。以所設計開發(fā)的某電子設備主機板（所使用的元件包括自己設計的半定制電路芯片和通用電路）為例，不使用此接口軟件，對于將電路連接輸入到Ｐｒｏｔｅｌ中的工作，需要首先在Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ的元件庫中建立六個半定制電路芯片的原型，每個芯片有８４個管腳；然后將半定制電路芯片與通用電路芯片結合在一起畫出電路原理圖，再產生系統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡連接表，以便據(jù)此進行ＰＣＢ板的自動布局、布線。整個工作需要花費一周的時間。而如果使用接口軟件，可直接利用ＡＬＴＥＲＡ的輸出文件和元件庫生成電路的網(wǎng)絡連接表，省去了建立半定制電路芯片的元件庫以及繪制電路原理圖的工作。如此，整個工作只需一天的時間就可完成，大大縮短了設計開發(fā)周期，提高了設計的自動化程度。

??? 實踐證明，接口軟件Ｐｏｒｔ可以完成電氣原理設計軟件Ｐｒｏｔｅｌ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ的功能，頂替之用于電子系統(tǒng)的設計，確實改善了Ｐｒｏｔｅｌ ＰＣＢ設計輸入繁瑣的問題，效果良好，對縮短電子系統(tǒng)設計開發(fā)周期、提高設計自動化程度起到了積極的作用，消除了其中的瓶頸。