（计算机软件与理论专业论文）硬件原理图自动审查技术的研究与实现.pdf

中吲科学技术人学颂l j 学位论文 摘拦 摘要 随着信息时代的发展，电子信息产品已经成为现代化信息社会文明与进步的 标志，人们对它们的需求也逐年增大。从上世纪9 0 年代以来，电子信息类产品 的丌发明显出现了两个特点：一是产品开发的复杂度加深：二是产品开发的周期 变短。为了适应这种变化，应用e d a 技术和e d a 工具逐渐成为电子设计的主要 手段。 在e d a 技术中，应用于电路级设计的c a d c a e 技术有着广泛的应用前景。 本文从缩短电路板设计的周期、节约设计成本的目标出发，提出了一种应用于电 路板原理图设计的自动审图技术，并在相关e d a 工具上实现了电路扳原理图的 自动审查平台。 本文提出的原理图审查技术基于与e d a 工具无关的原理图通用数据结构， 整个审查平台可以移植到其它的电路板原理图c d c a e 工具系统中。从而实现 了审查技术的通用性。 在本文提出的原理图审查技术中，审查平台本身不提供审查规则，而是提供 一系列基于原理图通用数据结构操作的t e l 扩展命令。审查规则由用户完成，以 t c l 脚本的形式保存和执行。这种平台和规则分离的设计方法使此项原理图审查 技术具有很大的灵活性。 另外，根据电路板原理图设计的特点，本文在原理图通用数据结构的基础上 提出了一种匹配比较两个原理图的算法，并根据算法制订了能够在待审查原理图 中匹配比较局部原理图设计的标准原理图审查规则扩展命令，极大地提高了平台 的审查能力。 关键字：原理图自动审查，电子设计自动化( e d a ) ，计算机辅助设计计算机辅 助工程( c a d c a e ) ，电子设计交换格式( e d i f ) ，工具命令语言( t c l ) 中周科学技术人学颁i ：学位论义a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ef a s tp r o g r e s so ft h ei n f o r m a t i o na g e e l e c t r o n i cp r o d u c t sb e c o m et h e s y m b o lo ft h em o d e ms o c i e t y , p e o p l en e e dt h e mm o r ea n dm o r e s i n c et h e9 0 so f t h el a s tc e n t u r y , t h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i cp r o d u c tp r e s e n t st h ef o l l o w i n g c h a n g e s ：t h ei n c r e a s i n gc o m p l e x i t ya n dt h ed e c r e a s i n gd e v e l o p i n gp e r i o d i no r d e rt o a d a p tt ot h e s ec h a n g e s ，d e v e l o p e r sd e p e n dm o r ea n dm o r eo ne d at e c h n o l o g i e sa n d e d at o o l s a m o n gt h ee d at e c h n o l o g i e s ，c a d c a et e c h n o l o g i e su s e df o re l e c t r o c i r c u i t d e s i g nh a v eab r o a du s a g e i nt h i sp a p e r , i no r d e rt os h o r tt h ed e s i g np e r i o da n dc u t t h ed e s i g ne x p e n s e s ，w ep r e s e n t sa na u t ov e i l f yt e c h n o l o g yf o r t h es c h e m a t i cd e s i g n o ft h ee l e c t r o c i r c u i tb o a r da n di m p l e m e n t a t i o na na u t ov e r i f yp l a t f o r mo na c a d c a es y s t e m 、 t h ea u t ov e r i f yt e c h n o l o g yo fs c h e m a t i cd e s i g ni sb a s e o nag e n e r a ld a t af o r m a t o ft h es c h e m a t i cd e s i g ni n d e p e n d e n to fa n ye d at o o l s ，t h ew h o l ev e r i f yp l a t f o r m c a nb er e p l a n ti nm a n yc a d c a es y s t e m s t h i sc h a r a c t e rg u a r a n t e e st h ew i d eu s a g e o f t h i st e c h n o l o g y i nt h et e c h n o l o g yd i s c u s s e di nt h i sp a p e r , t h ea u t ov e r i f yp l a t f o r md o e sn o t p r o v i d et h ev e r i f yr u l e s ，b u tp r o v i d e sas e to fe x t e n d e dt e lc o m m a n d sf o rt h e o p e r a t i o n so ft h eg e n e r a ld a t af o r m a t t h ev e r i f yr u l e si sd e s i g n e db yt h eu s e r s ，a n d i ss t o r e da n dr u n n i n gi nt h ef o r mo f t e ls c r i p t s t h es e g m e n t a t i o no f t h ep l a t f o r ma n d t h er u l e sm a k et h ev e r i f yt e c h n o l o g ym o r ef l e x i b l e i na d d i t i o n ，a c c o r d i n gt h ec h a r a c t e r so ft h es c h e m a t i cd e s i g no ft h ee l e c t r o c i r c u i t b o a r d ，a na l g o r i t h mi sp r e s e n t e di nt h i sp a p e rf o rt h ec o m p a r i n go ft w os c h e m a t i c d e s i g n e sb a s e do nt h eg e n e r a ld a t af o r m a t o nt h eb a s eo ft h ea l g o r i t h m ，u s e r sc a n d e v e l o pt h es t a n d a r ds c h e m a t i cd e s i g nr u l e ，w h i c hi m p r o v e st h ev e r i f ya b i l i t yo f t h ep l a t f o r mg r e a t l y k e yw o r d s ：a u t ov e r i f yo fs c h e m a t i cd e s i g n ，e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n 中田科学技术人学倾f j 学位论卫 第一章川高 1 i 研究背景 第一章引言 1 1 1 电子信息产业的发展特点 和认识“物质”，“能量”这两个基本概念一样，从刚刚结束的上个世纪 仞期开始，人类逐渐认识到“信息”也是一种基本概念。正如信息论的创始人 维纳( n w i e n e r ) 定义的那样， “信息是人们在适应外部世界并使这种适应反 作用于世界的过程中同外部世界进行交换的内容的名称。”当“信息”达到影 响和制约人们的基本生存环境的时候，人们开始从科学技术的角度研究它。二 十世纪中后期，信息处理和传输技术发生了革命性的进步，同时也推动经济、 社会、科技的飞速发展，人们的生活，甚至整个世界的政治格局发生了革命性 的变革。以数字电子技术为基础的信息产业的出现和飞速发展，将人类带入崭 新的信息社会。 目前，电子信息产品已经成为现代化信息社会文明与进步的标志，信息产 业在我国和世界上成为了发展最快的产业之一。在我国，根据信息产业部发布 的数据，2 0 0 2 年中国信息产业实现销售收入1 8 8 万亿元，增长3 4 ；完成工业 增加值4 0 0 0 亿元，增长3 4 ：利税总额1 0 0 0 亿元，增长1 6 ，其中利润7 0 0 亿 元，增长1 7 ：电子信息产品出口额1 4 2 1 亿美元，增长5 4 3 8 1 】 2 。在很短 的时间内，信息产业已发展成为我国的支柱产业。 进入上世纪9 0 年代以来，电子信息类产品的开发明显出现了两个特点：一 是产品开发的复杂度加深；二是产品开发的周期变短 3 4 】。 对于电子产品的复杂度和开发周期的变化，我们可以通过c p u 产品的发展 历史来认识 5 】。 表1 1c p u 发展简史 时间产品制造商技术特点 1 9 7 6z 8 0 z i l o g 字长8b i t 1 9 7 66 5 0 2 a p p l e 字长8b i t ，用于a p p l i e l i 中困科学技术人学坝i 学位| 仑义 第一章0 f 言 1 9 7 8 1 9 7 98 0 8 6 8 0 8 8i n t e i 字长1 6b i t ，主频8 m h z 1 9 7 96 8 0 0 0 m o t o r o l a用于m a c i n t o s h 1 9 8 l8 0 1 8 6 8 0 i8 8i n t e l 支持d m a 方式 1 9 8 28 0 2 8 6i n t e j 主频1 2 5 2 0 m h z i 9 8 5 8 0 3 8 6 d xi n t e l主频2 0 ，3 3 m h z 1 9 8 9 8 0 4 8 6 d x i n t e j 主频2 5 1 0 0 m h z 1 9 9 3 p e n t i u mi n t e l主频6 0 & 6 6 m h z 1 9 9 4p e n t i u mi n t e i主频9 0 & 1 0 0 m h z 1 9 9 5p e n t i u mi n t e l主频1 2 0 & 1 3 3 m h z 1 9 9 5p e n t i u mp r oi n t e l主频2 0 0 m h z 1 9 9 6p e n t i u mi n t e i主频1 5 0 & 1 6 6 & 2 0 0 m h z 1 9 9 7p e n t i u mm m xi n t e l主频1 6 6 & 2 0 0 & 2 3 3 m h z 1 9 9 7p e n t i u m1 1i n t e j 主频2 3 3 & 2 6 6 & 3 0 0 m h z 1 9 9 8p e n t i u mi ii n t e l ， 主频3 3 3 m h z 1 9 9 9k 6 i i ia m d 主频4 0 0 & 4 5 0 m h z 1 9 9 9a t h l o na m d 主频7 5 0 m h z 2 0 0 0a t h l o na m d 主频1 g h z 2 0 0 0p e n t i u mi i ii n t e l 主频1 g h z 可以看出，以c p u 为代表的电子产品在性能提高、复杂度增加的同时，产 品更新换代的步伐也越来越快。要实现这种迸步，必须得到三项先导技术的支 持，即微电子技术、计算机技术和智能化技术，利用这些先进的技术改造电子 产品的设计是当前市场压力下的必然趋势 4 】。e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g n a u t o m a t i c ，电子设计自动化) 技术的发展和e d a 产品的使用正是上述三种技 术在电子设计领域成功应用的体现。e d a 工具的广泛使用，加深了电子产品开 发的复杂性并满足了电子产品的上市时间要求；同时，复杂的电子产品开发需 求又促使人们研究开发更先进的e d a 技术和e d a 工具。 1 1 2e d a 技术的历史与发展现状 e d a 技术是以计算机技术，微电子技术和智能化技术为先导，汇集上述三 中周科学技术人学颇 学位论立 第一章0 l 盲 个领域研究最新成果形成的先进的计算机自动化设计技术 3 】。 e d a 技术从7 0 年代开始经历了c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，计算机辅 助设计) ，c a e ( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ，计算机辅助工程) 和e s d a ( e l e c t r o n i cs y s t e md e s i g na u t o m a t i o n ，电子系统设计自动化) 三个阶段 3 【4 】 6 】【7 】 8 1 。 第一个阶段的e d a 软件工具重点将重复性的繁琐劳动用计算机替代完成， 利用简单的工具解决设计的个别环节问题，如简单的图形输入工具和绘图系统， 通过简单的原理图编辑系统和印制板布线工具将设计人员从枯燥烦琐的绘图工 作中解脱出来。 第二个阶段的e d a 工具以仿真和自动布局为核心，使设计人员在产品的设 计阶段提前预知产品的功能和性能，提高了产品性能的可分析性和制造的可控 制性，从而大大缩短了电子产品的设计过程。 第三个阶段的e d a 工具有以下特点：并行集成设计环境；统一的数据库： 全方位的仿真系统和物理分析系统；基于人工智能技术的布局和布线系统。 当代的e d a 软件工具综合了e d a 发展三个阶段的特点和功能，涵盖了电 子产品设计的各个领域，即从低频电路到高频电路，从线性电路到非线性电路， 从模拟电路到数字电路以及从p c b 扳设计到f p g a 开发等。使用e d a 工具可 以使整个开发进程具有以下优势：缩短设计周期，减少设计费用，寻找最优解， 减少甚至避免设计错误，实现设计过程的自动文档化。 从e d a 软件运行环境的角度，目前的e d a 软件主要分为运行于工作站和 运行于p c 微机的两种类型。前者主要的供应商有m e n t o r ，c a n d e n c e 和 v i e w l o g i c 等。而运行于p c 上的e d a 软件由于投入较少，使用方便和比较 强大的功能，在业界应用非常广泛。目前主要的软件有p c a d ，o r c a d ，p a d s ， v i e w d m w ，p r o t e l 等等 4 】 6 7 】。 e d a 技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都 有新的e d a 工具问世。随着e d a 技术的逐步成熟，电子设计最终将实现完全 的自动化与规范化。 中国科学技术大学硕士学位论文第一章引言 1 1 3 电路级设计方式和自动审图技术 e d a 技术的三次进步，带来了电子产品设计方式的三次变化。一般来说， c a d 技术应用于物理级设计，c a e 技术用于电路级设计，而e s d a 技术则应 用于系统级设计。随着高性能c p u ，大规模f p g a 以及高速、高密度印刷电路 板的出现，三种设计方式各自有了不同的应用背景 3 】【4 】f 6 【7 f 8 。 物理级设计主要是i c 版图设计，由半导体厂商完成。 系统级设计不涉及门级电路的描述和特定的硬件工艺，设计人员将目标集 中在目标功能描述和设计构思上，以高层形式( 例如v h d l 语言文件) 输入 e d a 软件，e d a 软件在硬件厂商综合库的支持下，将高层描述转换成为针对具 体芯片和具体工艺的综合网表。目前基于f p g a 产品的设计一般采用这种设计 方式【6 7 。 介于物理级设计和系统级设计之间的是电路级设计。电路级过程中，设计 人员首先确定设计方案，选取合适的元器件，然后根据设计方案绘制电路板原 理图，进行第次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析，模拟电路的交 直流分析、瞬态分析。第一次仿真主要是验证设计方案在功能上的正确性。仿 真调试完成以后，根据原理图产生的电气连接网络表进行p c b 板的自动布局布 线，开始第二次仿真，这次仿真检查系统在实际工作环境下的可行性，并形成 最终产品。电路级设计方式流程图如下【6 】： 中国科学技术大学硕士学位论文 第一章引言 图1 1 电路级设计流程 从电路级设计流程图中我们可以看出，对电路板原理图的所有修改来自于 第一次仿真和第二次仿真的仿真结果，反过来，电路板原理图的设计质量直接 影响到第一次仿真和第二次仿真的通过率，甚至直接影响到p c b 板的工作质 量。然而，从设计电路板原理图到第一次仿真必须经过网表数据生成过程，到 第二次仿真更需要经历p c b 板的自动布局布线过程，后分析过程等等，这样通 过从第一次和第二次仿真反馈结果中获得原理图设计的缺陷信息将要经历很长 的时间，如果原理图设计存在较多缺陷，那么这个“原理图设计一仿真反馈一 原理图设计修改”的过程会循环多次，从而大大延长了电路板设计时间，直接 影响到产品的上市时间和升级换代周期。 基于以上考虑，要解决设计周期过长问题，必须在电路板原理图设计阶段 最大限度地减少设计的错误和缺陷，因此，在原理图设计环节上引入自动审图 过程是实现这一目标的有效途径。引入自动审图过程后，新的电路级设计的工 作流程如下： 中固科学技术人学f o i l 。学位论义 第一帝0 i 音 匠堕皿 图1 2 引入自动审图过程的电路级设计流程 原理图自动审查技术的引入，除了可以避免过多的“原理图设计一仿真反 馈一原理图设计修改”循环，缩短设计时间，节约开发成本以外，还具有以下 几个优势： 第一，原理图自动审查技术有助于硬件工程师总结设计经验，制订小范围 的设计标准。在电路板设计阶段，设计经验是设计人员和企业的宝贵财富。通 常，这些经验存在于工程师的大脑中，难以用一种有效的方式记录和大规模运 用。原理图自动审查技术以这些设计经验作为审查规则，规则除了对经验有详 细文字描述以外，还可以通过运行规则脚本对原理图设计进行强制审查。所以， 原理图审查规则是这些设计经验良好的保存和运用载体。 第二，原理图自动审查技术有助于不熟练的设计人员提前发现设计缺陷。 由于审查规则包含了很多资深工程师的设计经验，且具有执行能力和强制性， 因此在运用原理图自动审查技术辅助设计的过程中，设计人员可以避免很多设 计的错误和缺陷。而在通常的电路级设计流程中，这些缺陷和错误往往要等到 原理图仿真和二次仿真的时候才。能够被设计人员发现。 第三，原理图自动审查技术有利于形成标准化的设计文档。在现代的技术 企业中，标准化是企业管理的重要内容，体现在原理图设计方面，企业通常会 中圃科学技术人学颁i 学位沦史第一市t j i 高 在设计细节上做出具体的规定( 例如规定两脚的电阻器件# l 脚接高电平，# 2 脚 接低电平) ，而检查这些规定的在设计中的执行情况是一项非常艰巨的任务。通 | 支术，企业可以以审查规则的形式将企业的设计规定应用于 拘审查，从而保证设计文档的标准化。 1 2 本文的主要内容及贡献 本文提出了一种基于t c l 扩展命令和脚本的电路板原理图审查技术，着重讨 论了电路板设计的通用数据格式和用于审查的扩展t e l 命令的设计。 在本文提出的原理图审查技术的基础上，笔者在e d a 软件工具v i e w d r a w 上采用二次开发的方式，实现了电路板原理图自动审查平台。试验证明，该审 查平台能够准确执行原理图审查任务，并且具有良好的可移植性和可扩展性。 目前，该原理图自动审查平台已经在企业研发部门中得到大规模应用。 本文提出了原理图自动审查技术对于开发e d a 工具无关的其它方式的自动 审查工作技术具有一定的指导和参考价值。 ， 1 3 本文结构安排 在本文第一章中，介绍了电路板原理图自动审查技术的应用背景和意义， 在后续章节中，本文作如下安排： 第二章讨论自动审查的基础一一原理图通用数据结构。 第三章讨论在基于t e l 扩展命令的审查方式，其中，在原理图通用数据结构 基础上的t e l 扩展命令集合是构成审查规则的基础。 第四章介绍原理图自动审查平台的设计方案和实现技术，并给出审查示例。 第五章介绍两个原理图设计数据的匹配比较算法和标准原理图规则实现方 法。 在本文最后一章，提出结论和展望。 中闻科学技术人学硕 学位论文第一二章娘娌l 笙| 审盘的教据格式 2 1 引言 第二章原理图审查的数据格式 本章主要讨论原理图审查技术的数据基础，即原理图通用数据结构的制订。 国际标准e d i f ( e l e c t r o n i cd e s i g ni n t e r c h a n g ef o r m a t ，电子设计交换格式) 对 于通用数据结构的制订具有强烈的指导意义。 2 2 电子设计交换格式- - e d i f 2 2 1e d i f 的历史背景 随着技术的进步，电路设计人员需要在越来越多的c a d c a e 开发商、半 导体厂商和器件制造厂商提供的系统中进行数据交换，然而各自独立的厂商开 发的系统往往难以支持其它格式的数据，标准化的设计数据的制订有助于解决 这一问题。e d i f ( e l e c t r o n i cd e s i g ni n t e r c h a n g ef o r m a t ，电子设计交换格式) 正 是在这种背景下产生的国际标准 9 】 1 0 【1 1 1 1 1 2 】。 e d i f 是一种不依赖于任何软硬件系统的数据格式，它提出和规定了数字电 路和模拟电路设计有关的原理图、符号和物理布局、互联以及结构信息。利用 e d i f 这样的标准数据格式，设计人员可以在不兼容的c a d c a e 系统间传送设 计数据，设计人员还可以从a s i c 制造商和p c b 板制造商那里接受数据，并可 以向他们传送数据。 e d i f 由e d i f 指导委员会制订。e d i f 指导委员会成立于1 9 8 3 年1 1 月，最 初参与制订e d i f 标准的企业和机构包括：d a i s y s y s t e m s 、m e n t o rg r a p h i c s 、 m o t o r o l a 、n a t i o h a ls e m i c o n d u c t o r 、t e k t r o n i x 、t e x a si n s t r u m e n t s 和力口州1 大学伯 克利分校。e d i f 的第一个版本e d i f 0 8 0 于1 9 8 4 年公布，耳前，e d i f 的最新 版本是e d i f 4 0 0 ，它同时也是i e c 标准和欧洲标准【9 】。 e d i f 是目前唯一传送电子设计的各种信息的数据格式，这些信息是：库、 原理图输入、行为、功能和逻辑结构、电路、几何布局和测试规定、生成信息 和模拟信息【1 0 】【l i 】。同大部分c a d c a e 工具使用专有二进制文件不同，e d i f 中田科学技术人学倒i 学位论义第二章原理幽市盘的数据棒- 文件以一种字符流的形式记录存放这些信息。 2 2 2e d i f 的基本元素与形式 e d i f 语法借鉴了l i s p 程序蹬计语言的语法，有类似树形的结构。e d i f 的 基本对象称为原子，0 个或者多个原子组成表，表之间用圆括号隔开，表构成 的组又形成高级表【1 3 】。例如：一个多边形表示如下： ( p o l y g o n ( p o i n t1 0 01 0 0 ) ( p o i n t1 5 02 0 0 ) ( p o i n t2 0 01 0 0 ) 所有的e d i f 陈述包括一个左圆括号，一个关键字，一些参数和一个右圆括 号。而一个陈述中的参数又可以是其它的陈述。整个e d i f 文件就是这样的结 构： ( e d i f p a r a m e t e r s ) 作为一种电子设计数据转换格式，必须广泛地适应于用户的各种需要。从 源行为功能描述到目标掩模工艺数据，无所不包。有些数据需要很复杂的结构 和过程描述，而有些只需要用到一些简单的原语。为了既具有描述复杂结构和 过程的能力，又不使简单地任务复杂化，e d i f 描述按其复杂程度分为以下三级 ( l e v e l ) ： l e v e l o ：基本级，只有简单常量； l e v e l l ：含0 级，增加了变量和表达式； l e v e l 2 ：含l 级，增加了过程和复杂的数据类型。 三级的关系是l e v e l o l e v e l l 1 ) g e t n e t p r o p e r l y $ n e t l dl a b e ll a b v a l i f 【s t r i n ge q u a l $ l a b v a l 1 】一l 3 2 中周科学技术大学领i 学位论文 第三帝赫于t c l 扩鹱的市盘方式 r e d o f t e r r o r ”s n e t l d ”网络$ n e t i d 存在多驱动” e l s e 坠：凹”e r r o r ”$ n e t l d ”网络$ l a b v a l 存在多驱动 ) ) # g e tn e x tn e t g e t n ，e t n e x tn e t l d l r e p o r t ”n o t e ”审查7 $ c o u n t 个网络” 其中，带下划线的是扩展t c l 命令。 这条规则在整个原理图设计中依次检查每个网络，获得网络上管脚 p i n t y p e 属性是“o u t ”、“o c ”、“o d ”和“t p ”的管脚集合，如果这个集合 的规模大于1 ，则判定该网络存在多驱动，通过r e p o r t 命令向用户报告。 至此，电路板原理图审查的核心技术：原理图审查通用数据结构、t c l 扩展 命令和审查执行器已经介绍完毕。下面，我们将描述审查平台的具体设计和实 现。 中田科学技术人学颂f 学位沧史 第州章f u 路板原理i 生f 自动市盘甲台醴汁实现 第四章电路板原理图自动审查平台设计实现 4 1 引言 本章通过实际完成的原理图审查平台，详细描述电路板原理图审查系统的 设计、实现方案和原理图审查的工作流程。 4 2 原理图审查平台的运行环境 电路板原理图审查技术是e d a 技术中电路板计算机辅助设计( c a d ) 和计 算机辅助工程( c a e ) 的补充，这项技术必须要能够和c a d c a e 技术紧密结 合起来，向用户提供一个融合于设计工具的审查平台。因此，在现有电路板原 理图设计工具基础上，通过二次开发的方式进行原理图自动审查平台的开发是 应用这项技术的一个有效途径。 c a d c a e 工具基础上的二次开发需要各种工具来支持才可能实现。事实上， c o m ( c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l 。组件对象模型) 构成了多层结构的基础平台 2 6 】。 c o m 不仅定义了组件程序间进行交互的标准，而且也提供了组件程序运行所需 的环境。在c o m 标准中，一个组件也即是一个模块，它可以是一个动态连接库 ( 缩写d l l ) ，也可是一个可执行程序( 目 j e x e 程序) 【2 8 2 9 】。层和层之间可 以通过c o m 接口( i n t e r f a c e ) 联系起来，他们可以运行在不同的进程中，甚至运 行在不同的机器上。原理图自动审查平台和e d a 软件的关系如f 图： 中田科学技术大学硕i 学位论文第州章f 也路板原埋l 生| 自动审盘f 台设计实现 削则数拄i 侔 图4 1 原理图审查系统和e d a 软件的关系 在我们实际开发的电路板原理图自动审查系统中，我们采用v i e w l o g i c 公 司的e d a 软件v i e w d r a w 作为集成审查系统的平台。在w i n d o w s 环境下， v i e w d r a w 包含一些可执行程序和动态链接库，它们是以c o m 组件的方式发布 、 的，向外界提供接口调用。我们的原理图自动审查系统以一个动态链接库的形 式发布，它在v i e w d r a w 启动的时候被载入，并且把审查行为和v i e w d r a w 事 件绑定。具体来说，建立一个在v i e w d r a w 软件中嵌入的功能模块包含以下步 骤 2 4 】： 第一步，创建一个动态链接库工程，通过i m p o r t 语言载入c o m m a n d b a r s v r d l l 和v i e w d r a w e x e 两个模块。 第二步，为功能模块编写i n i t i a l i z e 和c l e a n u p 两个函数，并且把它们设计 成为动态链接库的外部函数接口。在i n i t i a l i z e 函数中实现对v i e w d r a w 菜单等 系统资源的添加，并且建立v i e w d r a w 事件的监听机制。 第三步，设计功能模块在v i e w d r a w 界面上的扩展菜单和工具条等界面。 第四步，设计个c c m d t a r g e t 派生类，把这个类的对象同引入的v i e w d r a w 模块对象连接起来，实现对v i e w d r a w 事件的监听。 第五步，实现事件消息映射机制，将监听到的v i e w d r a w 事件同功能模块的 具体函数联系起来，从而实现了v i e w d r a w 系统的功能扩展应用。 通过对以c o m 形式发布的e d a 工具的二次开发的方式，我们成功地使原 理图审查平台同原理图设计软件结合起来，向电子设计人员提供了一个统一于 中国科学技术人学颁i ：学位论文 第叫章i u 路扳原理l 呈| 自动审矗p 台设计实现 设计平台的审查方案。下面一个部分将洋述原理图自动审查平台的各模块设计 即审查规则管理模块的设计和审查规则执行模块的设计。 4 3 原理图审查平台的详细设计 4 3 1 审查平台的总体结构 电路板原理图审查平台由审查规则管理模块和审查规则执行模块组成。其 中，规则管理模块包括服务器规则管理子模块、本地规则子模块和规则脚本编 辑模块：审查执行模块包括审查控制模块和执行器。整个审查平台结构如下： 图4 2 原理图审查平台的结构 下面我们详细描述各模块的设计和实现方案。 中周科学技术人学坝i 学位论文第川尊i u 路扳麒堙蹦自动审盎p 向数汁实现 4 3 2 审查规则管理模块设计 在原理图审查系统中，审查舰则以数据库的方式组织存放。在我们设计的 审查平台中，系统可以以两种方式应用：企业级的应用和单个用户的应用。在 前一种应用方式下，我们采用适合企业级数据库系统开发的s q ls e r v e r 作为规 则服务器数据库；在后一种应用方式下，我们采用a c c e s s 作为规则本地数据库 3 0 3 1 】。当然。在数据库的内容上，两者差异不大。数据库各表的字段表述如 下； 规则表。描述规则实体的相关注释信息和t c l 脚本。 表4 1 规则表字段一览 字段 注释 规则i d规则标识，可以唯一确定条规则，( 关键 字) 规则名称规则名称，对该规贝旷的一个字符串命名 规则描述规则描述，对该规则的注释 规则作者规则作者 ， 规则访问数规则访问计数，这一项只在服务器数据库中 有效 规则类型规则类型，可以是通用规则、器件规则和标 准电路图规则 规则脚本规则的t c l 脚本 标准原理图表，描述标准电路图实体的原始数据和通用数据结构。 表4 2 标准原理图表字段一览 字段注释 标准原理图i d标准原理国标识，可以唯一确定一张标准 原理图( 关键字) 标准原理图数据标准原理图通用数据结构( 标准原理图的 原理图通用数据结构数据块的压缩包) 标准原理图原始数据标准原理图原始数据( 即标准原理图的整 中脚科学技术人学颅l ：学位论史第州章l 乜路扳原理幽自动审直平台世汁实现 规则特征器件表，描述与规则实体的相关联的特征器件，当标准电路规则 和一般规则指定一个特征器件时，必须在该表中加入一个表项。 表4 3 规则特征器件表字段一览 字段注释 器件i d器件标识，可以唯一确定一类器件( 外关 键字) 规则i d规则标识( 外关键字) 规则原理图表，描述描述标准原理图规则实体与标准原理图实体的关联关 系，当一条规则为标准原理图规则时，该规则必须有相应的标准原理图，则在 该表中必须有一个表项描述。 表4 4 规则原理图表字段一览 字段注释 标准原理图i d标准原理图标识( 外关键字) 规则i d规则标识( 外关键字) 服务器访问统计表，统计服务器规则的访问数。本地数据库没有这个表。 表4 5 服务器访问统计表字段一览 字段 注释 总访问数总访问数 时阃 时n ( ：o o o , 一m m d d ) ，每天一个表项 数据库的实体一关系( e r ) 图如下 e n t 适 庄 图4 3 实体一关系图 中国科学技术人学硕卜学位论文第州章l u 路板原理| 生| 白动审盘、p 台、世计实现 规则管理模块包含两个子模块：服务器规则管理模块和本地规则管理模块。 服务器规则管理模块。该模块实现服务器审查规则数据库的管理功能，具 体如下： 1 规则删除：对于通用规则，修改服务器数掘库规则表，删除相关表项： 对于器件规则，修改服务器数掘库规则表，删除相关表项，维护规则器件表： 对于标准原理图规则，修改服务器数据库规则表，删除相关表项，维护规则器 件表，删除对应的原理图表相关表项，维护规则和原理图表。 2 规则下载：对于通用规则，修改本地数据库规则表，添d l ：l n 关表项；对 于器件规则，修改本地数据库规则表，添加相关表项，维护规则器件表；对于 标准原理图规则，修改本地数据库规则表，添加相关表项，维护规则器件表， 添加对应的原理图表相关表项，维护规则和原理图表。 3 规则查看：调用只读的y c l 脚本编辑模块查看脚本内容，规则不可编辑。 4 统计功能：统计每条规则的总使用次数；统计过去3 0 0 0 天每天使用次数 和总数。 、 本地数据库管理模块。该模块实现本地审查规则数据库的管理功能，具体 如下： 1 规则添加：调用t e l 脚本编辑模块编辑脚本，对于通用规则，修改本地数 据库规则表，添加相关表项；对于器件规则，修改本地数据库规则表，添加相 关表项，维护规则器件表；对于标准原理图规则，生成原理图审查通用数据结 构的串行化二进制文件，压缩标准原理图工程、二进制文件与脚本文件，修改 本地数据库规则表，添加相关表项，维护规则器件表，添加对应的原理图表相 关表项，维护规则和原理图表。 2 规则修改：调用t c l 脚本编辑模块编辑脚本，对于通用规则，修改本地数 据库规则表，修改相关表项：对于器件规则，修改本地数据库规则表，修改相 关表项，维护规则器件表：对于标准原理图规则，生成串行化二进制文件，压 缩标准原理图工程和二迸制文件与脚本文件，修改本地数据库规则表，修改相 关表项，维护规则器件表，修改对应的原理图表相关表项，维护规则和原理图 表。 3 规则删除：对于通用规则，修改本地数据库规则表，删除相关表项；对 中l 日料学技术人学坝j 学位沧史托叫学 u 路扳坎胖蹦自动1 卜盘、p 台殴汁实见 于器件规m 0 ，修改本地数据库规则表，删除相天表项，维护规【l ! | j 器件表：对于 标准原理图规则，修改本地数据库规则衷，删除榭关表项，维护舰则器件表， 删除对应的原理图表相关表项，维护舰则和原里e 图表。 4 规则上载：对于通用规则，修改服务器数据库规则表，添加相关袁项： 对于器件舰则，修改服务器数据库规则表，添加相关表项，维护规则器件表： 对于标准原理图规则，修改服务器数据库舰则表，添加相关表项，维护规则器 件表，添力对应的原理图表相关表项，维护胤则和原理图表。 5 规则导入：导入用户指定的压缩包文件。将其中的数据库记录文件恢复 到数据库中。 6 规则导出：对于通用规则和器件规则，导出对应的t c l 脚本和数据库记录 信息形成一个压缩包指定用户指定目录。对于标准原理图规则，压缩包还应包含 标准原理图工程文件。 7 数据库压缩：考虑到a c c e s s 数据库存在的一些问题，定期压缩本地数据 库 3 0 】。 规则管理用户界面见下图： 图4 4 规则管理用户界面 为了方便用户使用t c 】命令编写审查脚本，原理图审查平台还提供了具有高 级语言程序编程界面的t c l 脚本编辑模块。功能如下： 中闽车斗学技术人举顺l 学位论文 第p q 秆i u 婚扳胤j l e 醐自功审盘、卜竹砬计央现 1 脚本编辑：采用c m a x 控件技术实现文本编辑，对t c l 天键字、扩展的审 查命令、注释等用特殊颜色显示，能在状态栏鼹示总行号、当前行列号等辅助 信息 2 7 1 。 2 命令的自动生成：用x m l 文件描述命令的语法和参数改胃，提供界面辅 助用户生成审查命令。使规则设计人员能够“填空式”完成脚本编写。 3 规则检查：编辑模块在保存一条规则的时候，强制检查：规则名、规则 说明、规则器件编号列表( 若有) 、规则类型、规则创建时删、规则最后修改时 间、规则作者，以便规贝0 脚本有统一的注释格式。 规则脚本编辑界面如下图所示： 本。 图4 5 规则脚本编辑界面 可以发现，图中显示的规则脚本即上一章提到的检查网络多驱动的规则脚 4 3 3 审查规则执行模块设计 规则执行模块完成电路板原理图规则的选则和审查工作，该模块分为两个 子模块，审查控制子模块和执行器子模块。其中执行器模块我们已经在上一章 详细讨论过，所以这里只讨论审查控制模块的设计。 中周科学技术人学蚓i 学位论史 第州帝也路扳原理捌自动审查平台设计实现 在上一章中，我们根据规则的使用范畴不同，将规 规则和标准原理图规则。在规则管理模块的介绍中，我 数据库组织和操作上的不同。同样，在审查过程中，三 程也不同。具体来说，每种类型规则的审查方式如下： 通用规则审查。通用规则审查分5 步完成。 l 在当前v i e w d r a w 工程中选择待审查的顶层原理图 原理图的通用数据结构。 则分为通用规则、器件 们可以看到三种规则在 种类型的规则的审查流 在内存中生成待审查 2 从服务器和本地数据库上获耿通用规则列表，按分类列出，供用户选择。 3 从数据库下载审查脚本，生成t e l 控制脚本，用户可修改，用于控制审查过 程。 4 执行器执行控制脚本，进行通用规则审查，动态显示审查的过程信息。 5 生成审查报告页面，给出审查产生的错误、警告、提示三类信息，并可以 分类查看和定位到原理图中。 、 器件规则审查。器件规则审查分6 步完成。 ， +_ 1 在当前v i e w d r a w i 程中选择待审查的顶层原理图，在内存中生成待审查 原理图的通用数据结构。 2 从待审查原理图中列出所有的器件，用户选择哪些器件需要做审查。 3 根据选择的器件，从本地和服务器规则库中查出器件规则，分类列出，供 用户选择。 4 从数据库下载审查脚本，生成t c l 控制脚本，用户可修改，用于控制审查过 程。 5 执行器执行t c l 控制脚本，进行器件规则审查，动态显示审查的过程信息。 6 生成审查报告页面，给出审查产生的错误、警告、提示三类信息，并可以 分类查看和定位到原理图中。 标准原理图规则审查。标准原理图规则审查分6 步完成。 l 在当前v i e w d r a w _ t _ 程中选择待审查的项层原理图工程，在内存中生成待 审查原理图的通用数据结构。 2 从待审查原理图中列出所有的器件，用户选择哪些器件需要做审查。 3 根据选择的器件，从本地和服务器规则库中查出标准原理图规则，分类列 中国科学技术大学硕l 学位沧文 第川章f u 龉梗原理| 生| 自动审a p 台垃计实现 出，供用户选择。 4 从数据库下载审查脚本和恢复标准原理图的通用数据结构数据，生成t c l 控制脚本，用户可修改，用于控制审查过程。 5 执行器执行t c l 控制脚本，进行标准原理图规则审查，动念显示审查的过程 信息。 6 生成审查报告页面，给出审查产生的错误、告警、提示三类信息，并可以 分类查看和定位到原理图中。 根据上述三类审查分步进行的特点，在实际开发的审查系统中，我们采用 w i z z a r d ( 向导) 的方式，引导用户进行原理图审查，并提交审查结果。 一旦用户在规贝j j # d 表上选定了要进行审查的规则，审查控制模块一次下载所 有的规则脚本内容，在审查平台系统目录下形成t c l 脚本文件；此外，审查控制 系统根据这些脚本文件生成一个t c l 控制脚本供用户修改，以便审查者控制审查