Altium Designer 10 - новые возможности. Часть 2

Часть 1

Выходная документация

Заключительный этап проектирования – выпуск конструкторской документации. Редактор печатных плат Altium Designer располагает традиционными возможностями импорта/экспорта файлов в стандартных форматах DWG и DXF, что позволяет добавлять на чертеж заранее заготовленные элементы оформления или контур печатной платы и передавать проект в механические САПР (AutoCAD и др.) для дальнейшего оформления документации.

В отличие от других подобных систем проектирования электронных устройств, система Altium Designer позволяет крайне просто изменять положение обозначения размеров, что чрезвычайно важно для соблюдения требований ГОСТ. Помимо указания линейных размеров, в Редакторе печатных плат можно проставить размер диаметра, радиуса, линейные размеры от опорной точки, координатные метки, угловые размеры. Все размеры являются объектно-связанными – это означает, что при изменении, например, диаметра окружности обозначение ее диаметра будет меняться автоматически.

Система Altium Designer предоставляет пользователю также широкий набор средств генерации различных отчетов, от обычных сообщений, содержащих статистическую информацию, до сложных таблиц и перечней используемых материалов (Bill of Material (BOM), отчетов об иерархической структуре проекта (Report Project Hierarchy) и файлов перекрестных ссылок (Component Cross Reference). Кроме того, в сложных проектах, содержащих несколько PCB-документов, отчеты могут быть сформированы как для отдельных плат, так и для проекта в целом.

Редактор файлов Output Job постоянно развивается: c каждой новой версией системы его интерфейс становится более удобен в использовании и делает более интуитивно понятными новые возможности, как, например, в 10-й версии – Publishing Destinations (места публикации) и варианты выходных данных.

Также существует ряд профильных приложений, которые упрощают выпуск чертежей и табличной документации в соответствии с ЕСКД и требованиями ГОСТ, от российских разработчиков (MechaniCS, TDD 3.0 и др.).

Аппаратное и программное моделирование проектов на базе ПЛИС

Помимо средств проектирования печатных плат, одним из основных достоинств Altium Designer является быстрая разработка проектов электронных устройств на базе ПЛИС (FPGA) от основных мировых производителей.

При этом система интегрирует процесс разработки как программной части проекта устройства, так и аппаратной, а разработчику предлагается крайне простая методология ведения проекта, схожая с разработкой печатных плат ПЛИС.

Для этого в системе объединен следующий инструментарий:

• схемный ввод проекта с использованием библиотек готовых логических устройств;

нажмите для увеличения

• VHDL-моделирование и VHDL-ввод проекта для создания пользовательских логических блоков и компонентов;
• обширный комплект предсинтезированных и предпроверенных IP-блоков, включая ядра процессоров (входит в комплект поставки и не требует дополнительных материальных затрат);
• средство разработки с поддержкой отладки поставляемых процессорных ядер на уровне исходных кодов;
• полная интеграция с платой отладки и макетирования NanoBoard от компании Altium Ltd, которая позволяет отладить проект еще на этапе создания принципиальной схемы и повысить качество разработки;
• Мастер создания программной платформы (Software Platform Builder) позволяет генерировать Си-код и файлы заголовков для инициализации глобальных дескрипторов устройств на шине Wishbone в аппаратной среде. Также автоматически инициализируется универсальный драйвер;
• полная интеграция с инновационной технологией LiveDesign («живое проектирование»);
• встроенная система помощи, примеры проектов и описание представленной элементной базы.

Такая объединенная интерактивная разработка и отладка обеих частей проекта вкупе с платой отладки NanoBoard, использование виртуального инструментария отладки, периферийное сканирование и возможность отладки поставляемых ядер на уровне исходных кодов и называется технологией LiveDesign. Как только проект загружен в NanoBoard, пользователь может полностью контролировать все процессы непосредственно в программируемом кристалле и пользоваться всем виртуальным инструментарием. При этом система позволяет постоянно взаимодействовать с разрабатываемым приложением на всех этапах проектирования. Такая LiveDesign-методология проектирования позволяет «прогонять» реальные «программы» в реальных кристаллах, полностью устраняя необходимость в HDL-моделировании – в конечном счете, это приводит к серьезному сокращению временных затрат.

Достоинства технологии проектирования:

• возможность введения проекта в графическом (схемном) виде позволяет полностью отказаться от использования (да и знания) HDL-языков;
• обширный перечень поставляемых ПЛИС-ориентированных устройств позволяет быстро и просто «строить» проектируемую систему;
• пользовательские компоненты и вспомогательные логические блоки могут быть созданы на основе уже существующих в виде все той же схемы или при помощи описания на VHDL;
• схемотехнический редактор поддерживает работу с иерархическими структурами без каких-либо ограничений на глубину иерархий и количество используемых страниц схемы;
• при необходимости пользователь может применять многоканальные структуры (многократное использование единожды описанного фрагмента);
• возможность использовать шинные соединения при работе с мультивыводами значительно упрощает ввод проекта;

• Altium Designer поставляется с обширным перечнем IP-блоков в виде предсинтезированных библиотек, в том числе ядра процессоров стандартных архитектур, различные контроллеры коммуникации и внешней периферии, а также стандартные логические устройства. Система позволяет реализовывать проекты на кристаллах всех ведущих вендеров (Altera, Xilinx и т.д.), причем переориентация проекта на «другой» кристалл происходит без изменения самого проекта;
• уникальная технология LiveDesign активно использует виртуальный инструментарий, позволяющий видеть «происходящее» в ПЛИС на протяжении всего цикла проектирования. Виртуальные инструменты встраиваются в проект на схемотехническом уровне. После загрузки проекта в NanoBoard пользователь может «общаться» с ним через специальную панель визуализации;

нажмите для увеличения

• виртуальный инструментарий имеет те же функциональные возможности, что и простое VHDL-моделирование, но показывает реальные сигналы, протекающие в кристалле. Виртуальный инструментарий включает в себя логические анализаторы, генераторы частот, счетчики частот, модули ввода/вывода.

Altium Designer позволяет разрабатывать «процессорные» системы на базе ПЛИС. В поставку включены ядра процессоров, при этом поддерживается их редактирование на уровне исходных кодов на С или Ассемблере. Инструментарий редактирования исходного кода включает в себя С- и Ассемблер-компилятор с высоким уровнем оптимизации, симулятор, линковщик (Linker/Locator). Редактор интегрирован с системой отладки, что позволяет загружать и отлаживать исходный код в NanoBoard. При работе с многопроцессорным проектом можно использовать многопроцессорную сессию для одновременной отладки двух и более процессоров.

Технические спецификации

• Описание в виде принципиальной схемы и/или на языке VHDL (с системой синтаксических подсказок).
• Высокоскоростной VHDL-симулятор.
• Поддержка двух VHDL-стандартов: IEEE 1076–1987 и 1076–1993.
• Поддержка стандарта IEEE 1164.
• Упаковщик по стандарту IEEE 1076.3.
• Поддержка библиотек стандарта IEEE 1076.4.
• Использование библиотек Synopsys.
• Возможность текстового описания параметров ввода/вывода, включая расширенный стандарт Synopsys.

Виртуальные инструменты работы с FPGA

• Генератор частот.
• 50% цикл работы.
• Частота, задаваемая пользователем, – от 1 Гц до 200 МГц.
• Счетчики.
• Счетчики с двойным входом.
• Отображение результата как значения частоты в периодах или переходах (может быть даже во фронтах).
• Цифровой модуль ввода/вывода.
• 8-/16-канальный вход общего назначения.
• 8-/16-канальный выход общего назначения.
• Чтение/определение значения в двоичной или 16-тиричной системе исчисления.
• Модуль с переменным количеством входов/выходов от 1 до 4 банков.
• Логический анализатор.
• Версия 8-/16-канального входа с 1К-, 2К- и 4К-памятью для захвата значений (используя ресурсы памяти ПЛИС).
• 8-/16-канальная версия, поддерживающая внешнюю память с 20-разрядным адресом.
• Внешняя (аппаратная) или внутренняя (программная) фиксация сигнала (или результата).
• Режим постоянного захвата.
• Результаты захвата отображаются как значения или как эпюра напряжений.
• Режим аналогового отображения (масштаб амплитуды задается пользователем).
• Триггер и маска, задаваемые пользователем.
• Возможности фиксации с задержкой.
• Возможность фиксации результата после n совпадений какого-либо события.
• Разделенный 8-канальный режим фиксации (по контексту: результата или входного сигнала) по уровню, задаваемому битами или с масштабированием.

Основные ядра компонентов ПЛИС

• Огромное количество основных компонентов, в том числе сумматоры, буферы, делители, компараторы, счетчики, дешифраторы, шифраторы, триггеры, защелки, логические примитивы, мультиплексоры, умножители, генераторы и счетчики четности, подтягивающие резисторы к питанию и земле, регистры сдвига и вычитатели.
• Полное описание библиотеки компонентов ПЛИС доступно на www.altium.com/learningguides.
• Периферийные ядра ПЛИС.
• CAN-контроллер – преобразователь из параллельного в последовательный интерфейс, реализующий версию 2.0В CAN-протокола фирмы BOSCH.
• Определяемая пользователем задержка включения, используемая для реализации сброса по включению питания.
• Преобразователь из параллельного в последовательный интерфейс, реализующий двухпроводной интерфейс I2C (читается как «и квадрат си») со стороны последовательной части.
• Сканер клавиатуры 4×4 с антидребезгом. Может быть использован в системах с опросом состояния или по прерыванию.
• Контроллер ЖКИ 16×2 с шинным интерфейсом.
• Расширитель портов – 8-битные выходы и 1-, 2- и 4-битные входы/выходы.
• Преобразователь из параллельного в последовательный интерфейс, реализующий двунаправленный синхронный последовательный интерфейс между ЦПУ и PS/2-устройством (клавиатурой или мышью).
• Простой преобразователь из параллельного в последовательный интерфейс, реализующий полный дуплекс и однобайтовое буферирование.
• Сдвоенный таймер с режимами 16-, 13- и 8-битного таймера/счетчика.
• VGA-контроллер, который представляет видеопамять как окно в адресном пространстве. Поддерживаются VGA- и SVGA–режимы до 64 цветов.
• Ядра процессоров:
• Microchip 165x-совместимые;
• 8-bit ASM51-совместимые;
• 80С31-совместимые;
• и другие.

Инструментарий для разработки встраиваемого программного обеспечения (программирования процессоров встраиваемых процессорных ядер)

Контекстный редактор, поддерживающий:

• управление проектом;
• расширенные возможности выделения цветом, включая распознавание функций;
• расширенные возможности просмотра кода;
• встроенный форматер исходного текста – переформатирует существующий текст, используя спецификации, задаваемые пользователем;
• интегрированный отладчик, запускаемый прямо из редактора исходного текста;
• навигатор кода с интуитивно понятным интерфейсом;
• отображение установок не в режиме отладки и отображение текущих значений в момент отладки.

Отладка и моделирование:

• точки останова и в режиме отображения исходного текста, и в режиме дизассемблера;
• условия для точек останова;
• точки останова со счетчиком вхождений;
• режим дизассемблера с отображением исходного кода и точек останова в смешанном и раздельном виде;
• панель регистров;
• панель переменных;
• панель локальных переменных;
• панель стека;
• панель памяти;
• консоль отладчика многозадачной ОС реального времени с вытесняющим ядром, совместимой со стандартом OSEK/VDX.

Перечень поддерживаемых устройств FPGA
Altera:

• Cyclone: EP1C12, EP1C20, EP1C3, EP1C4, EP1C6;
• MAX3000A: EPM3032A, EPM3064A, EPM3128A, EPM3256A, EPM3512A;
• MAX7000AE: EPM7032AE, EPM7064AE, EPM7128AE, EPM7256AE, EPM7512AE;
• MAX7000B: EPM7032B, EPM7064B, EPM7128B, EPM7256B, EPM7512B;
• MAX7000S: EPM7032S, EPM7064S, EPM7128S, EPM7160S, EPM7192S, EPM7256S;
• Stratix: EP1S10, EP1S20, EP1S25, EP1S30, EP1S40, EP1S60, EP1S80;
• и другие.

Xilinx:

• CoolRunner2: XC2C128, XC2C256, XC2C32, XC2C384, XC2C512, XC2C64;
• CoolRunnerXPLA3: XCR3032XL, XCR3064XL, XCR3128XL, XCR3256XL, XCR3384XL, XCR3512XL;
• Spartan-II: XC2S100, XC2S15, XC2S150, XC2S200, XC2S30, XC2S50;
• Spartan-IIE: XC2S100E, XC2S150E, XC2S200E, XC2S300E, XC2S400E, XC2S50E, XC2S600E;
• Virtex: XCV100, XCV1000, XCV150, XCV200, XCV300, XCV400, XCV50, XCV600, XCV800;
• Virtex-II: XC2V1000, XC2V1500, XC2V2000, XC2V250, XC2V3000, XC2V40, XC2V4000, XC2V500, XC2V6000, XC2V80, XC2V8000;
• Virtex-II Pro: XC2VP2, XC2VP20, XC2VP30, XC2VP4, XC2VP40, XC2VP50, XC2VP7, XC2VP70;
• Virtex-E: XCV1000E, XCV100E, XCV1600E, XCV2000E, XCV200E, XCV2600E, XCV300E, XCV3200E, XCV400E, XCV405E, XCV50E, XCV600E, XCV812E;
• XC18V00: XC18V01, XC18V02, XC18V04, XC18V512;
• XC9500: XC95108, XC95144, XC95216, XC95288, XC9536, XC9572;
• XC9500XL: XC95144XL, XC95288XL, XC9536XL, XC9572XL;
• XC9500XV: XC95144XV, XC95288XV, XC9536XV, XC9572XV;
• и другие.

Платы отладки и макетирования NanoBoard

NanoBoard – это составная часть технологии LiveDesign. Технология LiveDesign увязывает воедино программную и аппаратную части проекта, превращая рабочее место проектировщика в программно-аппаратный комплекс. Этот комплекс состоит из собственно системы проектирования Altium Designer и платы отладки NanoBoard. Таким образом, разработчик может постоянно взаимодействовать с реальным проектом, который «крутится» внутри реальной ПЛИС, а не с некой виртуальной моделью. При этом используется следующая концепция ведения проекта: «собираем» схему, загружаем ее в ПЛИС, проверяем работоспособность, отлаживаем. В рамках концепции LiveDesign активно использует виртуальный инструментарий (генераторы частот, счетчики частот, логические анализаторы, периферийное сканирование и т.д.), что позволяет видеть на экране компьютера реальные процессы, протекающие в ПЛИС.

В настоящее время компания Altium Ltd. поставляет на рынок 2 типа плат NanoBoard для отладки и макетирования систем на основе ПЛИС:

• NanoBoard 3000 – она обеспечивает работу с ПЛИС только одного производителя и бывает 3 видов: NB3000XN-01, NB3000AL-01, NB3000LC-01 с наиболее мощными встроенными ПЛИС: Xilinx Spartan 3AN, Altera Cyclone III, LatticeECP2.

нажмите для увеличения

• NanoBoard NB2 – универсальная плата, которая поддерживает работу с ПЛИС различных производителей благодаря сменным дочерним платам (Daughter Board). Поставляется на выбор с одной из дочерних плат:
  • Xilinx Spartan-3 DB30 Daughter Board;
  • Altera Cyclone II DB31 Daughter Board;
  • Lattice ECP DB32 Daughter Board.

нажмите для увеличения

Замена дочерней платы, на которой размещен тот или иной кристалл, позволяет разработчику быстро и просто переориентировать проект на другого ПЛИС-производителя с возможностью отладки проекта на реальной ПЛИС.

Многоцелевая периферия:

• 8-разрядный светодиодный массив.
• 8-разрядный DIP-переключатель.
• 16-кнопочная клавиатура.
• 36-разрядный разъем пользовательских входных/выходных выводов ПЛИС.
• 2×16 символьный LCD-экран.
• Зуммер.
• 8-разрядный аудио-кодек.
• 8-разрядный АЦП, 4 канала.
• 10-разрядный ЦАП, 4 канала.
• 256К×8 RAM (возможна переконфигурация на 128Кх16).
• 2 модуля последовательной flesh-памяти по 4Мбит (могут использоваться для конфигурирования ПЛИС).

Входные/выходные интерфейсы:

• CAN.
• VGA.
• RS232.
• I2C.
• PS2 (мышь).
• PS2 (клавиатура).
• 2 JTAG-разъема для подсоединения пользовательских плат.
• 2 интерфейса NanoTalk.

NanoBoard содержит программируемый синтезатор частот, работающий в диапазоне от 6 до 200 МГц. Частота синтезатора может устанавливаться из управляющей оболочки DXP или непосредственно из проекта, запускаемого в ПЛИС.

Для большей гибкости отладки проекта несколько NanoBoard могут быть объединены и использоваться совместно. «Совместный» вариант работы будет востребован в том случае, если проект содержит несколько кристаллов, причем от разных производителей, и разработчику необходимо смакетировать его работу. Для этого используется два разъема NanoTalk (Master и Slave). Контроллеры NanoTalk управляют маршрутизацией сигналов и обеспечивают непрерывность JTAG-связи для нескольких плат. При этом для каждого кристалла полностью доступен виртуальный инструментарий периферийного сканирования.

нажмите для увеличения

NanoBoard позволяет использовать для тестирования и отладки пользовательские платы, для чего существует два JNAG-интерфейса. Подключение пользовательского устройства «интегрирует» его с технологией LiveDesign и делает его доступным для периферийного сканирования. Встроенный в ПЛИС виртуальный инструментарий становится доступным через интерфейс Altium Designer. К каждой плате отладки можно одновременно подключать до 2 пользовательских плат, а при параллельном подключении нескольких NanoBoard, каждая из них может иметь 2 таких подключения.

В 10-й версии Altium Designer осуществлена поддержка USB и Wi-Fi. Стеки программной платформы обеспечивают Wi-Fi-соединение на базе USB 2.0 при помощи экономичных аппаратных USB-устройств, а также 2G и 3G мобильный доступ к сети через периферийную плату PB15 2G/3G для платформ NanoBoard2 и NanoBoard 3000.

нажмите для увеличения

Средство моделирования комплектных устройств компании Aldec

Altium использовал встроенную бесплатную OEM-версию спецпроцессора Aldec для моделирования Active-HDL. Спецпроцессор полностью совместим со средой Altium Designer, где он заменил симулятор DXP, обеспечивая большую эффективность и поддержку моделирования на Verilog. Если вам необходимо ускорить процесс моделирования, вы можете использовать полную лицензионную версию Aldec Active-HDL, которая также поддерживается Altium Designer.
Спецпроцессор Aldec полностью совместим со средой Altium Designer
Заключение

Таким образом, Altium Designer – это современный программно-аппаратный комплекс предлагающий:

• единую среду для проектирования РЭС на базе печатных плат и ПЛИС;
• сквозную технологию от разработки или описания электрической схемы до подготовки платы к производству;
• работу с интегрированной базой данных электронных компонентов;
• поддержку двунаправленного интерфейса со многими распространенными CAD-системами;
• широкие возможности в пользовательских настройках;
• коллективную работу над единым проектом.

Варианты поставки

В настоящее время Altium Designer поставляется в двух версиях:

• полная версия – Altium Designer Custom Board Implementation;
• ограниченная версия – Altium Designer Custom Board Front-End Design.

Система поставляется также с различными вариантами лицензий.