Исследование и разработка интегрированных баз данных схемных компонентов для схемотехнических САПР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Мутаз Р. Ж. Абу Сара

• Мутаз Р. Ж. Абу Сара
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мутаз Р. Ж. Абу Сара

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.

1.1. Системы автоматизированного проектирования и моделирования РЭУ.

1.2. Информационный фонд САПР.

1.2.1. Состав информационного фонда схемотехнических САПР.

1.2.2. Способы ведения информационного фонда САПР.

1.3. Организации информационного фонда схемотехнических САПР на основе библиотек.

1.4. Организация информационного фонда схемотехнических САПР на основе СУБД.

1.5. Выводы.

2. МОДЕЛИ ДАННЫХ ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ БД СХЕМНЫХ КОМПОНЕНТОВ.

2.1. Модель данных «Сущность-Связь».

2.2. Расширенная модель «Сущность-Связь» для технических систем

2.3. Наследование типов сущности и типов связи.

2.4. Построение реляционной схемы из ER-диаграммы.

2.5. Представление в реляционной схеме супертипов и подтипов Сущности.

2.6. Схема данных интегрированной БД схемных компонентов.

2.7. Выводы.

3. СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ ИНФОРМАЦИИ О

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТАХ.

3.1. Набор атрибутов для супертипа сущности «Модель схемного компонента».

3.1.1. Модель биполярного транзистора (Bipolar Transistor).

3.1.2. Модель полевого транзистора (Junction Field Effect

Transistor).

3.1.3. Модель операционного усилителя (Linear Operational

Amplifier).

3.2. Набор атрибутов для супертипа сущности «Электрический многополюсник».

3.3. Набор атрибутов для супертипа сущности «Типовой корпус».

3.4. Выводы.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ «ИБДСК» В СРЕДЕ ORACLE и С#.

4.1. Реализация базы данных в среде Oracle.

4.1.1. Создание базы данных с помощью команды Transcat-SQL.

4.1.2. Структура таблиц базы данных "ИБДСК ".

4.1.3. Связь между таблицами.

4.1.4. Система управления БД " ИБДСК " В СРЕДЕ Oracle.

4.2. Подключение к базе данных Oracle из С#.

4.3. Создание приложения в среде С# для работы с базой данных

Oracle.

4.3.1. Структура приложения в среде.

4.3.2. Архитектура создания приложения.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка интегрированных баз данных схемных компонентов для схемотехнических САПР»

Актуальность исследования

В настоящее время наметилась тенденция коллективного использования САПР электронных схем в локальных вычислительных сетях и в сети Интернет. В качестве информационного обеспечения подобных систем используется сервер баз данных, содержащий всю необходимую справочную и проектную информацию, доступную с рабочих станций. Поэтому актуальной является задача разработки интегрированных баз данных электронных компонентов, как для аналоговых, так и для цифровых схем.

Современные САПР радиоэлектронной аппаратуры поддерживают, так называемый, библиотечный метод проектирования. Суть его заключается в том, что в процессе разработки объект детализируется до некоторых элементарных фрагментов, называемых структурными примитивами. Каждый примитив имеет свою поведенческую модель и представляет конструктивно законченный радиоэлектронный компонент, например транзистор, интегральную схему любой сложности или функциональную ячейку топологии кристалла кремния. Примитивы и их модели объединяются в библиотеки, которые доступны любому проектировщику.

Разрабатываемая электронная схема представляет собой некоторую комбинацию стандартных примитивов. Генерация конкретного варианта структуры выполняется на заданном наборе библиотечных примитивов методом проб и ошибок. Полученное решение требует проверки на работоспособность и соответствие требованиям технического задания. С этой целью строится структурная модель объекта как комбинация поведенческих моделей библиотечных примитивов, составляющих объект.

Привлекательная сторона библиотечного метода организации состоит в том, что структурные примитивы, используемые при проектировании, могут принадлежать различным иерархическим уровням. Благодаря этому значительно повышается эффективность моделирования.

Поведенческие модели библиотечных примитивов должны весьма точно отображать не только функцию, но также статические и динамические характеристики примитивов. Современные САПР (PCAD, PSPICE, OrCAD, ACTIVE VHDL и другие), а также языки моделирования HSL, DSL, PML,VHDL позволяют строить такие модели.

Информационное обеспечение наиболее распространенных на рынке САПР электронных схем представлено в виде совокупности библиотек. Так, наиболее известная САПР "сквозного" проектирования электронных схем OrCAD включает 5 типов библиотек, содержащих сведения о схемных компонентах.

Библиотечная организация информационного обеспечения САПР, несмотря на кажущуюся простоту, порождает ряд проблем при функционировании САПР:

• несогласованность различных типов библиотек по составу электронных компонентов (нарушение целостности данных);

• отсутствие процедур подбора и поиска компонентов по совокупности критериев;

• незащищенность информации от несанкционированного доступа;

• отсутствие разграничения прав пользователей на модификацию и удаление информации;

• отсутствие средств централизованного копирования и восстановления данных.

Кроме того, библиотеки схемных компонентов содержат минимальный объем информации, необходимый только для функционирования САПР, и не содержат нормативно-справочную информацию, на основании которой проектировщик отбирает схемные компоненты на этапе синтеза начального варианта схемы. Отсутствует в библиотеках так же информация о 3-мерном конструктивном исполнении корпусов компонентов.

Для решения перечисленных проблем предлагается использовать интегрированную базу данных схемных компонентов (ИБДСК), содержащую полный объем информации для всех этапов проектирования и ориентированную на пользователя САПР. При этом пользователь САПР может эффективно решать задачу подбора схемных компонентов и получать нормативно-справочную информацию в процессе автоматизированного формирования документации на проект. В рамках ИБДСК возможно также организовать автоматизированное определение значений параметров моделей компонентов на основе справочных данных. Для обеспечения функционирования САПР в базу данных должна быть встроена возможность формирования соответствующих библиотек для всех компонентов, применяемых в проекте. Таким образом, система управления ИБДСК должна обеспечивать выполнение следующих функций:

• занесение всех видов информации о схемных компонентах;

• проверку полноты информации по каждому компоненту для всех этапов проектирования;

• редактирование и удаление информации о схемных компонентах;

• поиск и отбор компонентов по различным критериям для рабочего проекта;

• формирование текстовых библиотек для рабочего проекта.

Цели и задачи исследования

Цель работы - исследование и разработка интегрированной базы данных схемных компонентов (ИБДСК), содержащей полный объем информации для всех этапов проектирования и позволяющей эффективно решать задачу подбора схемных компонентов и получать нормативно-справочную информацию в процессе автоматизированного формирования документации на проект.

Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ методов организации информационного обеспечения современных САПР;

2. Выполнить анализ и систематизацию полной информации о схемных компонентах, включающей данные о параметрах моделей, нормативно-справочные данные и данные о конструктивном исполнении компонента;

3. Разработать инфологические и даталогические модели данных (схемы базы данных) для рассматриваемой предметной области;

4. Разработать и реализовать подсистему ведения интегрированной базы данных схемных компонентов на основе клиент-серверной технологии.

Основные методы исследования

Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются методы математического моделирования схемных компонентов, положения теории баз данных и теории построения САПР, методы объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Достоверность научных результатов

Подтверждается корректностью использования математического аппарата, теорией моделирования электронных схем, теорией реляционных баз данных, теорией объектно-ориентированного программирования, а так же результатами тестирования разработанного информационного и программного обеспечения.

Новые научные результаты

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Разработана концепция организации информационного обеспечения САПР, основанная на замене традиционного используемых библиотечных файлов интегрированной базой данных схемных компонентов (ИБДСК), реализованной в рамках технологии клиент-сервер. Использование технологии баз данных позволяет получить оперативный доступ инженера-схемотехника к полной информации о параметрах любого схемного компонента, выполнить подбор схемных компонентов по совокупности параметров и организовать процедуры по защите и копированию данных в схемотехнических САПР;

2. Предложена расширенная модель «Сущность-Связь», отражающая объекты и связи между ними для организации информационного обеспечения схемотехнических САПР;

3. Разработана методика перехода от расширенной модели «Сущность-связь» к реляционной модели данных. В качестве основного способа реализации реляционной модели предложен метод преобразования каждого подтипа сущности в отдельное отношение, отличающийся наибольшей компактностью и простотой реализации;

4. Разработана архитектура программного обеспечения ИБДСК, ориентированная на применение в САПР OrCAD PSpice A/D, DesignLab и Micro-Cap и отличающаяся от известных наличием инвариантных средств добавления новых видов схемных компонентов.'

Научные положения, выносимые на защиту

1. Концепция интегрированной базы данных схемных компонентов, содержащая полный объем информации для всех этапов проектирования и ориентированная на пользователя САПР, что позволяет эффективно решать задачу подбора схемных компонентов и оперативно получать нормативно-справочную информацию в процессе автоматизированного формирования документации на проект.

2. Расширенная модель «Сущность-Связь», отражающая объекты и связи между ними для организации информационного обеспечения схемотехнических САПР. В состав модели входят сущности «Схемный компонент», «Модель компонента», «Электрический многополюсник», «Типовой корпус».

3. Реляционная модель (схема данных) интегрированной БД схемных компонентов, учитывающая наличие высокой вложенности подтипов сущностей; большое разнообразие связей между сущностями; возможность добавления новых видов схемных компонентов в процессе эксплуатации базы данных.

4. Распределенная архитектура программного обеспечения интегрированной БД схемных компонентов, обеспечивающая эффективное распределение функций обработки данных между сервером БД и клиентским приложением.

Практическая ценность

Значение результатов диссертационной работы для практического применения заключается в следующем:

1. Разработанная концепция организации информационного обеспечения схемотехнических САПР, основанная на замене традиционного используемых библиотечных файлов интегрированной базой данных схемных компонентов, обеспечивает более эффективное проектирование аналоговых электронных устройств;

2. Предложенная в диссертации усложненная ER-модель предметной области позволяет учесть все аспекты применения схемных компонентов при проектировании электронных устройств;

3. Реализованное приложение базы данных в рамках технологии клиент-сервер включает инвариантное ядро, обеспечивающее удобное для добавления новых видов схемных компонентов.

4. Обеспечена возможность использования разработанной ИБДСК совместно со схемотехническими САПР OrCAD PSpice A/D, DesignLab и Micro-Cap, что позволяет снабдить инженера-схемотехника полной информацией о схемных компонентах и значительно повысить эффективность применения этих САПР.

5. Разработанная концепция организации информационного обеспечения схемотехнических САПР, предложенная усложненная ER-модель предметной области и реализованное приложение базы данных в рамках технологии клиент-сервер могут быть распространены и на системы синтеза цифровых схем, системы конструкторского проектирования и САПР сложных технических объектов различного назначения, не зависимо от их физической природы.

Практическая реализация и внедрение результатов работы

Разработанные в ходе исследования реляционные модели данных предметной области реализованы в среде универсальной промышленной СУБД Oracle 9i. Практическим результатом работы является ИБДСК, ориентированная на применение в САПР OrCAD PSpice A/D, DesignLab и Micro-Cap. Применение технологий баз данных в системах автоматизированного схемотехнического проектирования позволяет сосредоточить в электронном виде всю необходимую информацию о схемных компонентах и решить задачу подбора компонентов для проектируемой схемы.

Разработанные при выполнении работы модели данных и приложение баз данных были использованы в учебном процессе кафедры САПР СПбГЭТУ (ЛЭТИ) им. В.И. Ульянова (Ленина) и при создании информационного обеспечения для современных схемотехнических САПР.

Апробация работы

Основные теоретические результаты диссертационной работы докладывались на конференциях:

1. 5-ая международная конференция "Приборостроение в экологии и безопасности человека".- СПб., ГУАП, 31.01 - 02.02 2007.

2. Международная конференция " Современное образование: содержание, технологии, качество ". - СПб., СПбГЭТУ, 23.04.2008.

3. Конференции профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет 2008, 2009 г.

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 4 статьях и докладах, среди которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Доклады доложены и получили одобрение на 2 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 68 наименований. Работа изложена на 128 страницах, содержит 30 рисунков и 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Мутаз Р. Ж. Абу Сара

Основные результаты работы

1. Предложена классификация составляющих информационного фонда САПР и определена область применения технологий баз данных в информационном обеспечении схемотехнических САПР.

2. Разработана концепция интегрированной базы данных схемных компонентов, содержащей полный объем информации для всех этапов проектирования, ориентированной на пользователя САПР, позволяющей эффективно решать задачу подбора схемных компонентов и позволяющей получать нормативно-справочную информацию в процессе автоматизированного формирования документации на проект.

3. Разработана расширенная модель «Сущность-Связь» для совокупности схемных компонентов, используемых при автоматизированном проектировании электронных схем. Модель учитывает иерархию сущностей, отражающую объекты и связи между ними для организации информационного обеспечения схемотехнических САПР.

4. На основе предложенной расширенной модели предметной области разработана реляционная модель (схема данных) интегрированной БД схемных компонентов, учитывающая наличие высокой вложенности подтипов сущностей; большое разнообразие связей между сущностями; возможность добавления новых видов схемных компонентов в процессе эксплуатации базы данных.

5. Разработана оригинальная архитектура системы управления ИБДСК, базирующаяся на технологии «клиент-сервер» и обеспечивающая интерфейс с системами схемотехнического проектирования.

6. Разработано программное обеспечение сервера баз данных, обеспечивающее выполнение операций по ведению ИБДСК и конструирование комплексных запросов выборки информации по совокупности параметров и характеристик схемных компонентов.

7. На основе полученных в работе результатов разработана и внедрена в учебную и инженерную практику интегрированная база данных схемных компонентов, ориентированная на совместное использование САПР OrCAD PSpice A/D.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертации, была разработана информационная подсистема для схемотехнических САПР, базирующаяся на клиент-серверных технологиях баз данных. Надежность функционирования и удобство взаимодействия с подсистемой обеспечивается благодаря использованию универсальной СУБД Oracle9i и применению среды разработки приложений Visual Studio 2005. Для работы с базой данных Oracle было создано клиентское приложение СУБД «ИБДСК», позволяющая получать различную информацию о моделях, компонентах, корпусах и.т.д. Таким образом, применение технологий баз данных в системах автоматизированного схемотехнического проектирования позволяет сосредоточить в электронном виде всю необходимую информацию о схемных компонентах и решить задачу подбора компонентов для проектируемой схемы. Подсистема может быть использована в качестве электронного справочника по схемным компонентам САПР. Подобный подход может быть распространен и на системы конструкторского проектирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мутаз Р. Ж. Абу Сара, 2009 год

1. Абрайтис Л.Б., Шнейкаускас Р.И., Жилявичус В.А. Автоматизация проектирования ЭВМ. М.: Сов. радио, 1978. - 272 стр.

2. Абу Сара, М.Р. Интегрированные базы данных в программных системах проектирования электронных схем Текст. / М.Р. Абу Сара, А.И. Лари-стов, Ю. Т. Лячек // Информационно-управляющие системы 2009. - №3 (40).-С. 69-71.

3. Абу Сара, М.Р. Организация информационного обеспечения схемотехнических САПР Текст. / М.Р. Абу Сара // Информационно-управляющие системы,-2009. -№2 (39). С. 42-45;

4. Афанасьев А. О., Кузнецова С. A. OrCAD 7.0.9.0. Проектирование электронной аппаратуры и печатных плат. Наука и Техника, 2001 г. 448 стр.

5. Афанасьев А.О. Кузнецова С.А. Нестеренко А.В. OrCad 10. Проектирование печатрых плат. Москва Горячая линия Телеком, 2005г. 454 стр.

6. Билл Вагнер. Эффективное использование С#. Лори, 2007 г., 256 стр.

7. Биллиг В.А. Основы программирования на С#. Учебное пособие. Инту-ит.ру, бином, торговый дом, 2006 г., 483 стр.

8. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 стр.

9. Брежнева К.М., Гантман Е.И., Давыдова Т.И. и др. Под ред. Перельмана Б.Л./ Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. — М.: Радио и связь, 1981. 656 стр.

10. Гайя Кришна Вайдьянатха и др. 101 Oracle. Настройка производительности. Лори, 2003 г., 432 стр.

11. Гамильтон Б. ADO.NET Сборник рецептов. Питер, издательский дом, 2004 г., 576 стр.

12. Герберт Шилдт. С# 2.0. Полное руководство. ЭКОМ Паблишерз, 2007 г., 976 стр.

13. Далека В. Д., Деревянко А. С., Кравец О. Г., Л.Е.Тимановская Модели и структуры данных, Учебное пособие Харьков:ХГПУ, 2000. 241 стр.

14. Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2. М.: Финансы и статистика, 1988. - 320 стр.

15. Деньдобренко Е.Н., Малика А.С. Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1980. - 384 стр.

16. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микро ЭВМ. М.: Мир, 1991.-252 стр.

17. Исаков А.Б., Скобельцын К.Б., Скобельцын Г.К. Система автоматизированного формирования базы данных параметров моделей радиоэлектронных компонентов / EDA Express, № 4, 2001. С- 16.

18. Кариев Ч.А. Технология Microsoft ADO .NET. Интернет-университет информационных технологий ИНТУИТ.ру, БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007 г., 544 стр.

19. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон-Р, 1999. - 506 стр.

20. Кристофер Ален. 101 Oracle PL/SQL. Лори, 2006 г., 368 стр.

21. Кузнецов С.Д. Операционные системы для управления базами данных //СУБД. 1996. - №3. - С. 95-102.

22. Ларе Бо Вонтинг, Дирк Щепанек. Oracle. Enterprise Manager 101. Лори, 2005 г., 512 стр.

23. Лузин С.Ю., Лячек Ю.Т., Полубасов О.Б. Автоматизация проектирования печатных плат. Система топологической трассировки TopoR, ver.2.0: Учебное пособие. СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005 г.

24. Майкл Армстронг-Смит, Дарлен Армстронг-Смит. Oracle Discoverer. Разработка специальных запросов и анализ данных. Лори, 2002 г., 496 стр.

25. Майкл Эбби, Майк Кори, Иен Абрамсон. Oracle9i. Первое знакомство. Лори, 2003 г., 544 стр.

26. Марлен Терьо, Аарон Ныомен. Oracle. Руководство по безопасности. Лори, 2004 г., 576 стр.

27. Павел Агуров. С#. Разработка компонентов в MS Visual Studio 2005/2008. БХВ-Петербург, 2008 г., 480 стр.

28. Петраков О. PSpice-модели для программ моделирования // "Радио", 2000, №5.- С. 28-30.

29. Петраков. Создание PSPICE-моделей радиоэлементов, радиософт, 2004 г., 208 стр.

30. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. Киев.: Техника, 1982.-295 стр.

31. Питер Колетски, Поль Дорси. Oracle Designer. Настольная книга пользователя. Лори, 1999 г., 592 стр.

32. Преснякова Г.В. Проектирование интегрированных реляционных баз данных. КДУ, Петроглиф, 2007 г., 224 стр.

33. Пржиялковский В. В. Абстракции в проектировании БД //.СУБД. 1998. -№1. - С. 90-97.

34. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. — М.:Солон, 1997. —273 стр.

35. Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон-Р, 2001. -519 стр.

36. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. — М.: Солон, 1999. 698 стр.

37. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. — М.: Горячая линия Телеком, 2003. - 368 стр.

38. Разевиг В.Д. Универсальная программа проекти рования электронных устройств APLAC // PC Week/RE, №26. С. 45-46.

39. Разевиг В.Д., Лаврентьев Г. В., Златин И. Л. SystemView — средство системного проектирования радиоэлектронных устройств / Под редакцией В. Д. Разевига. М.: Горячая линия-Телеком, 2002 г., 352 стр.

40. Ричард Дж. Нимик. Oracle9i. Оптимизация производительности. Советы и методы. Лори, 2006 г., 752 стр.

41. Сеппа Д. Microsoft ADO.NET. торговый дом «Русская Редакция», 2003 г., 640 стр.

42. Скотт Урман. Oracle9i Программирование на языке PL/SQL. Лори, 2004 г., 544 стр.

43. Стешенко В. Б. EDA. Практика автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств. Издатель Молгачева С.В., Нолидж, 2002 г., 768 стр.

44. Сучков Д. И. Основы проектирования печатных плат в САПР P-CAD 4.5, P-CAD 8.5 8.7 и ACCEL EDA. Горячая Линия - Телеком, 2000 г., 620 стр.

45. Сэнджив Рохилла, Сэнтил Натан, Серби Мэлхотра. Microsoft ADO.NET. Разработка профессиональных проектов. BHV Санкт - Петербург, 2003 г., 768 стр.

46. Терьо М., Кармайкл Р., Вискузи Д. 101 Oracle 9i. Администрирование баз данных. Лори, 2005 г., 512 стр.

47. Том Арчер. Основы С#. Новейшие технологии. Русская Редакция, 2001 г., 448 стр.

48. Томас Кайт. Эффективное проектирование приложений Oracle. Лори, 2008 г., 800 стр.

49. Уваров А. С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. Горячая Линия Телеком, 2004 г., 760 стр.

50. Уваров А. С. Автотрассировщики печатных плат. ДМК пресс,2006 г. 288 стр.

51. Ульман Д. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -334 стр.

52. Фролов А. В., Фролов Г. В. Визуальное проектирование приложений С#. КУДИЦ-Образ, 2003 г., 512 стр.

53. Хаббард Д. Автоматизированное проектирование баз данных. М.: Мир, 1984. - 294 стр.

54. Хайнеман P. PSpice. Моделирование работы электронных схем. Пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2001. 336 стр.

55. Чаудхари С. Методы оптимизации запросов в реляционных системах //СУБД. 1998. - №3. - С.22-36.

56. Шилдт Г. С#. Учебный курс. Питер, 2003 г., 512 стр.

57. Шумаков П. В. ADO.NET и создание приложений баз данных в среде Microsoft Visual Studio .NET. Диалог-МИФИ, 2003 г., 528 стр.