（电路与系统专业论文）数字化调试系统中异构EDA设计数据审查技术研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 为了预先发现设计上存在的缺陷，提高设计质量及避免不必要的调试工作， 在对产品进行调试之前，需要先对产品的设计进行自动审查，因此在数字化调试 系统中建立异构e d a 设计数据审查子系统是十分必要的。 依据工程背景，分别针对电原理图和p c b 图，研究了p r o t e l 、c a d e n c e 和m e n t o r 三种e d a 工具设计文件的数据结构，结合调试需要确立了标准化的中间文件格 式，设计了相应的数据转换接口；根据工程经验分别对电原理图审查、p c b 图审 查以及电原理图与p c b 图联合审查总结并建立了相应的审查规则，据此建立了对 应的审查规则库，并设计了对转换后的相应中间文件进行设计数据审查的审查流 程。 异构e d a 设计数据审查系统结构简单、操作方便、实用性好、可扩充性强， 具有较大的实用价值和应用前景。本文提出的审查系统的设计思路也适用于异构 e d a 的其它领域，例如设计、制造以及质量监控等。 关键词：异构电子设计自动化设计数据设计数据标准化中间文件格式 审查规则设计数据审查 a b s t r a c t i no ，r d e rt of i n dt h ed e s i g nf l a w si na d v a n c e ，e n h a n c et h ed e s i g nq u a l i t ya n da v o i d t h et e s tw o r ku n n e c e s s a r y , t h ep r o d u c td e s i g n ss h o u l db ec h e c k e du p a u t o m a t i c a l l y b e f o r et h ep r o d u c t sb e i n gt e s t e d s oi ti s g r e e tn e c e s s a r yt os e tu pa ni s o m e r o u se d a d e s i g nd a t ac h e c k u ps u b s y s t e mi nt h ed i g i t a l i z a t i o nt e s ts y s t e m u n d e rt h ee n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ，t h ef o r m a t so ft h e s c h e m a t i ca n dp c b d o c u m e n t so fp r o t e l ，c a d e n c ea n dm e n t o ra r ea n a l y z e d t h es t a n d a r dp u b l i cd o c u m e n t f o r m a t so ft h es c h e m a t i ca n dp c bb a s e do nt h et e s tr e q u i r e m e n t sa lec o n s t i t u t e d t h e c o r r e s p o n d i n gd a t at r a n s f o r m a t i o ni n t e r f a c ei sd e v e l o p e d t h er e l a t e dc h e c kr u l e s w h i c ha l es o r t e di n t ot h es c h e m a t i cc h e c k u pr u l e s ，t h ep c b c h e c k u pr u l e sa n dt h e s c h e m a t i ca n dp c ba s s o c i a t i o nc h e c k u pr u l e sa r es e td o w no nt h eb a s i so f e n g i n e e r i n g e x p e r i e n c e b a s e do nt h e s er u l e sac h e c k u pr u l e sd a t a b a s ei sb u i l t a n dt h ec h e c k u p f l o w st oc h e c kt h ed e s i g nd a t ao nt h ec o r r e s p o n d i n gp u b l i cd o c u m e n t st r a n s f o r m e da r e g i v e n t h ei s o m e r o u se d a d e s i g nd a t ac h e c k u ps y s t e mh a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l e s t r u c t u r e ，e a s yo p e r a t i o n ，g o o de x p a n s i b i l i t ya n ds t r o n gp r a c t i c a l i t y a n di th a sag r e a t p r a c t i c a lv a l u ea n da p p l i c a t i o np r o s p e r i t y t h ed e s i g ni d e ao ft h ec h e c k u ps y s t e m m e n t i o n e dc a l la l s ob eu s e di no t h e ri s o m e r o u se d ad o m a i n ss u c h a sd e s i 霉皿， m a n u f a c t u r ea n dq u a l i t yc o n t r 0 1 k e y w o r d ：i s o m e r o u se d a d e s i g nd a t a p u b l i cf o r m a t c h e c kr u l e s d e s i g nd a t as t a n d a r d i z a t i o n d e s i g nd a t ac h e c k u p 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：毯连邀 同期翌望圭： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 本人签名： 导师签名： f 1 期j 掣 第一章绪论 第一章绪论 为了让读者了解本文工作的目的和必要性，本章将首先介绍构建异构e d a 设计数据审查系统的意义和研究现状。为了使读者对本文以及系统有个整体概念 和了解，本章还将介绍本文的主要工作和章节安排及整个设计数据审查系统的系 统架构和组成。 1 1 构建异构e d a 设计数据审查系统的意义 进入二十世纪八十年代以后，电子产品开发周期的缩短、生产批量的减少、 种类的多样化以及新技术和新方法的采用导致了电子制造系统的设计时间更短、 生产投资更大、系统更复杂【l l ，这就要求硬件设计工程师必须在最短的时间内完 成最可靠的设计。目前，市面上的大部分印刷电路板组件，都是由各种电子设计 自动化( e l e c t r o n i cd e s i g n a u t o m a t i o n ，e d a ) 软件设计而成的。然而，部分e d a 工具在进行印刷电路板( p r i n t e dc i r c u i t sb o a r d ，p c b ) 设计时，对各类器件、元 素制造信息的检验手段不完整，仍可能存在一些严重的设计错误。于是，一些硬 件设计厂商就采用了组织一批资深专家利用人眼观察进行人工审查的方法1 2 j ，当 然，这样的确解决了一些问题。但是，人眼观察具有很大的主观性，当p c b 板的 规模达到一定级别之后，难免会出现一些纰漏。而且目前用于电路设计的e d a 工具种类非常多，这些工具的设计文件都有各自的数据组织方式和文件格式，不 同e d a 工具的设计文件之间不能很好地进行数据交换，审查人员不能共享审查 经验，从而加重了人工审查的负担。因此，进行人工审查是一项非常耗费人力、 财力、物力和时问的工作。 通常，p c b 板由设计单位设计，而由生产单位制造，设计和制造是相互独立 的，生产单位不能保证设计单位设计出来的每块p c b 板都能制造出来。只有设计 单位设计出来的p c b 板具有可制造性，即符合生产单位的生产工艺要求时，生产 单位才能把p c b 板制造出来。因此在每一种产品加工之前，制造工程师首先必须 对数控( n u m e r i cc o n t r o l ，n c ) 编程并反复试验，以确保操作规程的可行性和正 确性，然后进行试生产，反复修改直至定型，最后再投入实际的批量生产。这种 方式的生产准备时间很长，投入资会很大1 3 】。因此，在设计的p c b 板交付生产前， 对其进行工艺规则的审查是十分重要的。 2数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 1 2 设计数据审查的研究现状 随着科学技术及工艺发展的f 1 新月异，电子设计的规模越来越大、复杂度越 来越高，而新产品的生产周期却在不断的缩短。在目前设计制造一体化的大趋势 下，我们直接面临的问题就是怎样利用高端的设计工具把低端设计工具设计的产 品进行优化，或者怎样在现有的生产设备上接受不同设计工具设计的产品。具体 地讲，就是要解决不同e d a 工具的设计数据不兼容的问题。虽然e d a 工具都提 供了某些标准中间数据格式比如电子设计交换格式( e l e c t r o n i cd e s i g ni n t e r c h a n g e f o r m a t ，e d i f ) ，但工具间的标准格式仍存在一些差别。因此，解决不同e d a 工 具间的数据接口问题，是改善产品性能、提高生产效率的关键。 我国在异构e d a 设计工具的集成以及数据融合方面已经做了不少的研究工 作，对于设计审查也从九五开始就已经着手研究了。 九五期间，我国在预研项目中曾经构建了一个电原理图设计审查工具软件 “v i e wd r a w 电原理图自动审查工具”，该工具软件能够将人工的设计审查知识存 储在数据库中，并且可以应用这些规则进行自动的设计审查。但是该软件只能对 电原理图进行自动审查，并且电原理图的审查也只是针对v i e wd r a w 软件的【4 1 。 同时也有研究提出了电原理图审查技术，该技术是基于与e d a 工具无关的 电原理图通用数据结构，这种审查平台可以移植到其它的电原理图计算机辅助设 计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，c a d ) 计算机辅助工程( c o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n g ， c a e ) 工具系统中。但是该审查平台本身不提供具体的审查规则，而是提供一系 列基于电原理图通用数据结构操作的t c l ( t o o lc a m m o n dl a n g u a g e ) 脚本语言扩 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【5 】。 还有的研究专注于在e d a 系统上实现一个规则审查系统，研究了如何利用 脚本语言编写审查规则并使之能够与e d a 工具之间进行交互和调用。但该系统 也只是对电原理图的审查进行了研究，而未涉及p c b 图的审查【6 1 。 总之，虽然已经有针对e d a 工具的通用规则审查系统的研究，但也只是停 留在电原理图级的层面上，并且没有具体设置审查规则，而本文设计的电子电路 数字化调试系统中的设计数据审查则是根据调试需要和工程经验，制定了具体的 审查规则，并且对电原理图级和p c b 板级的审查都进行了全面深入的研究。 1 3 本文工作 本文的研究工作是国家十一五预研规划项目“x x 通信整机调试数字化技术 研究 中的一部分，本文中的设计数据提取与转换技术和设计数据审查技术是该 第一章绪论 项目的关键技术。 本文的主要工作包括以下几个方面： 1 ) 分析了三种e d a 工具的设计文件格式 本文针对p r o t e l 、c a d e n c e 和m e n t o r 三种e d a 工具的常用版本，深入研究了 其电原理图级和p c b 板级设计文件的存储方式和数据结构，特别是生产和调试中 需要用到的数据的存储方式和结构，从而为设计文件的标准化转换奠定了基础。 2 ) 分别制定了电原理图和p c b 图的标准化中间文件格式 根据生产、调试以及项目中可视化的要求，按照保留原设计文件中有用信息， 同时去除无用信息的原则，分别针对电原理图和p c b 图制定了标准化的中间文件 格式，方便了后续的设计数据审查以及项目中设计数据可视化模块的实现。 3 ) 设计了设计数据格式标准化转换流程 从设计文件向中间文件的转换过程实际上就是将有用信息从原设计文件中 提取出来按照中间文件格式写入到中间文件的过程。这个过程将不同存储格式的 设计文件转换为统一的文件格式而不丢失所需信息，也就是将“异构”变为了“同 构”。 4 ) 总结并建立了电原理图审查、p c b 图审查和联合审查的审查规则 本文根据工程经验、调试需要以及计算机实现的可能性，分别针对电原理图 审查、p c b 图审查和联合审查制定了相应的审查规则。 5 ) 设计了审查规则表的结构 根据整理出的各个审查规则的特点及内容，设计了审查规则库中电原理图、 p c b 图和联合审查的审查规则表的结构。 6 ) 设计了设计数据审查的流程 本文根据设置的审查规则设计了对转换后的标准化文件进行设计数据审查的 流程。由于审查包括三个方面，而每种审查又有多种审查规则，因此本文不能一 一详细介绍，每种审查仅给出了一两个实例。 1 4 系统架构 在数字化调试系统中进行设计数据审查的目的是预先发现设计上存在的缺 陷，提高设计质量，避免不必要的调试工作。它利用审查规则库中的审查规则， 对电原理图、p c b 图等设计数据进行审查，生成审查报告，并将设计中存在的缺 陷反馈给设计师，从而达到降低设计错误率、提高调试的效率、缩短研制周期的 目的。 根据设计数据审查的目的和要求，设计系统的基本构架如图1 1 所示。设计 人员将电原理图、p c b 图等设计文件提交给系统，系统首先对设计文件进行文件 4数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 预处理【7 i t 引，即对设计文件中的有关数据进行提取与转换，将不同设计工具导出 的设计文件转换成统一的文件格式，然后根据相关要求和工程经验总结并建立相 关的审查规则，然后利用审查规则对中间文件进行设计数据审查，最后生成审查 报告，以错误和警告的形式将审查结果反馈给设计人员以便进行改进。 图1 1 设计数据审查系统的逻辑结构图 设计数据审查系统的输入文件为不同e d a 设计软件所提供的、具有不同结 构和存储方式的设计数据，可以分为电原理图文件和p c b 图文件。在读取设计文 件之后，将其转换成统一的标准化中间文件，该中间文件包含了设计数据中后续 流程所需要的全部数据，且文件结构简洁明了，便于不同属性参数的提取。中间 文件的生成服务于报告错误和警告信息。最后软件将错误和警告信息输出。设计 数据审查业务流程图如图1 2 所示。 图i 2 设计数据审夯业务流程图 文件预处理模块实现的功能是设计数据格式的标准化，也就是从电原理图、 p c b 图文件中提取需要的信息并转换为中间文件，电原理图中间文件以y l t 为后 缀名，p c b 图中间文件以d a t 为后缀名。 数据审查模块的功能主要是读取中间文件中的数据，根据审查规则库中的规 则进行审查，而审查报告则分别以错误和警告的形式给出审查结果。数据审查包 括电原理图审查、p c b 图审查以及电原理图和p c b 图的联合审查三种，因此这 一个模块实际上包括三个子模块。由于本文制定了具体的审查规则，因此该模块 还包括审查规则库的设计。 如果按照文件处理流程来分析设计数据审查系统，那么其流程图如图1 3 所 示。系统首先对e d a 设计文件进行预处理，分别进行电原理图数据和p c b 图数 第一章绪论 5 据的提取，并生成相应的电原理图、p c b 图的标准化中间文件和网表文件( 将分 别在第三章和第四章中介绍) ，然后根据审查规则针对相应的中间文件进行电原理 图审查、p c b 图审查以及电原理图和p c b 图的联合审查( 将在第五章中介绍) 。 图1 3 设计数据审查系统文件处理流科图 1 5 章节安排 根据设计数据审查系统的系统构架及论述的需要，将论文的内容分为五章进 行介绍，每一章的内容安排如下。 第一章：绪论。分析建立异构e d a 设计数据审查系统的意义以及研究现状， 详细介绍本文的主要工作和设计数据审查系统构架，并给出本文章节安排。 第二章：设计数据格式标准化的进展。详细分析电子制造业发展现状及存在 的问题，研究设计数据格式标准化的进展，并简单介绍p c b 数据交换的研究与前 景。 第三章：电原理图格式的标准化。分析p r o t e l 、m e n t o r 、c a d e n c e 三种e d a 工具的电原理图级设计文件的文件格式，介绍制定的中间文件格式并给出数据转 换流程。 第四章：p c b 图格式的标准化。分析三种e d a 工具的p c b 板级设计文件的 文件格式，介绍制定的标准化中间文件格式并给出相应的标准化转换流程。 第五章：异构e d a 设计数据审查。详细介绍总结制定的电原理图审查、p c b 图审查及电原理图与p c b 图联合审查的设计审查规则，介绍针对中间文件格式的 审查流程设计，并简单介绍审查规则库的结构设计。 第二章设计数据格式标准化的进展 7 第二章设计数据格式标准化的进展 本文主要是研究异构e d a 设计数据格式的标准化及其审查系统，因此设计 数据格式的标准化对于设计审查系统的实现具有不可或缺的意义。为了了解设计 数据的标准化进展、各种标准格式的优缺点，本章将简单介绍电子制造业发展的 现状及存在的问题，分别介绍电原理图和p c b 格式标准化的发展情况，并简要介 绍p c b 数据交换的研究现状与前景。 2 1 电子制造业发展现状及存在问题 当今电子制造业飞速发展，新技术、新工艺、新器件、新材料层出不穷。另 外，由于现代电子信息产品、通讯产品、各类智能控制器、电子仪表等都向小型 化、轻量化、高功能化、高可靠性等方向发展，要求信号传输延时更短、产品功 耗更低、散热处理效率更高、适应环境能力更强。这些都使得表面装贴技术 ( s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ，s m t ) 逐渐成为电子制造业的主流。因此需要有专 业的、高质量的s m t 组装加工中心，以使p c b 产品设计和制造技术向着精密、 微细、多层、高密度的工艺方向发展。此外，迫于市场的竞争压力，电子产品设 计、研制周期越来越短，一次性成功的要求力度正在加强。 c a d 或e d a 系统产生的一些文件可以直接用于电子产品的制造，是电子行 业实现电子设计制造一体化( e l e c t r o n i cd e s i g nm a n u f a c t u r ei n t e g r a t i o n ，e d m i ) 的核心，起着关键桥梁的作用。掌握并应用好该类数据文件，是我们实现电子制 造业设计制造自动化、一体化的关键之一。电子制造数据格式主要应用于p c b 制 作、p c b 组装、p c b 测试( 包括光板及组装板) 等方面。虽然现代电子行业c a d 已经相当普及并同趋完善，从功能较少的p c 级软件( 如p r o t e l 、p a d s 、p c a d ) 到拥有各类仿真工作集的工作站级软件( 如s y n o p s y s 、c a d e n c e 、m e n t o r ) ，几乎 都有布局、布线后生成p c b 制作文件的能力，最典型的如g e r b e r 文件，其主 要用途是提供p c b 版图绘制( 光绘) 信息，最终由p c b 制作商完成p c b 的制作。 然而这些系统的技术是基于几何驱动的，虽然能代替手工画图设计、描图、照相 制板，一定程度上解决了工作效率问题，但仍存在不少缺陷。 现有的p c b c a d 系统缺乏面向制造的设计( d e s i g nf o rm a n u f a c t u r e ，d f m ) ， 无法考虑制造下游的工艺能力。p c b 设计者迫于市场竞争的压力，匆匆把新产品 的p c b 设计送到制造厂，结果经工艺检查后发现光绘的效果差或设计规则冲突等 问题，无法立即投入制造，要求设计返工，严重的设计返工要送回p c b 设计方， 数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 重新生成g e r b e r 文件再进行p c b 制作。这类工作将花费3 0 - - , 5 0 的制作时 间和精力，其代价极高，并会延误新品上市的时间。 目前，p c b 设计者与制造者缺乏统一的设计数据交换标准。虽然p c b 设计 和p c b c a d c a m 工具都提供了实际上的工业标准g e r b e r 语言，后期又逐渐 出现一些新的标准，如g e n c a m 、i p c d 3 5 0 、d x f 、o d b + + 、e d i f 4 0 0 等，但 是每种标准都各有利弊。例如g e r b e r ，由于g e r b e r 有多个版本，而格式不 尽相同，p c b 设计数据转换到c a m 系统需要繁冗的过程，人工干预过多，从而 引起大量的误操作，延长了数据准备时间【9 1 。 由于缺乏统一的现代化并行协同设计的p c b 平台，使得p c b 制造者面对各 种各样的p c b 设计，无法将p c b 的制造工艺要求、性能价格优化的多层板结构 模型及其它制造工艺知识及时地馈送给设计者，设计到制造只能进行单方向的信 息隔墙传送，不能实现双向的信息交流。 2 2 电原理图格式标准化的进展 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，标准化的设计数掘格式的制定有助于解决这 一问题。e d i f 正是在这种背景下产生的国际标准。 e d i f 是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 的缩写，即电子设计交换格式， 由电子工业协会( e l e c t r o n i ci n d u s t r i e sa s s o c i a t i o n ，e i a ) 制定并发布【1 0 】。 e d i f 是一种不依赖于任何软硬件系统的数据格式，它提出并规定了数字电路 和模拟电路设计有关的原理图、符号、物理布局、互联以及结构信息。e d i f 是目 前唯一传送电子设计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。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 文件以一种字符流的形式记录存 放这些信息。 e d i f 由e d i f 指导委员会制订，它的第一个版本e d i f 0 8 0 于1 9 8 4 年公布， 之后又推出了e d i f 3 0 0 格式。目前，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。 由于电原理图是设计人员对于电路设计的可视化表示，最多只是设计软件之 间的相互转换，而不涉及到加工制造方面的问题，其标准化进程发展比较缓慢。 e d i f 也可以用来描述p c b 图设计，因此在下一节中也将对e d i f 格式进行介绍。 第二章设计数据格式标准化的进展 9 2 3p c b 格式标准化的进展 由于p c b 图完成之后需要交付工厂加工制造，因此与电原理图相比，p c b 图是交流最多的，也是标准化要求最迫切的。最早出现的工业标准是g e r b e r 格 式，之后又出现了其它的标准格式。下面就介绍几个应用较多的标准。 1 ) g e r b e r 格式 电路板设计到制造过程中需将设计数据完整地传递给制造商，g e r b e r 文件 是版图设计完毕用于后续制造加工的一种输出文件，是设计与制造的衔接文件。 g e r b e r 格式是一种用于光绘的国际标准化文件格式，它包含r s 2 7 4 d 和 r s 2 7 4 x 两种格式，其中r s 2 7 4 d 称为基本g e r b e r 格式，需要同时附带d 码文件才能完整描述一张图形；r s 2 7 4 x 称为扩展g e r b e r 格式，它本身包含 有d 码信息。常用的c a d 软件都能生成这两种格式文件。 钻孔数据也能由各种c a d 软件产生，一般格式为e x c e l l o n ，在v i e w m a t e 中 也能显示出来。 p c b 设计完成之后就需要转入生产环节，这也是电子电路设计中关键的一 步。g e r b e r 格式主要是面向制造的信息，不能提供p c b 板器件、仿真及后分析 的信息。但g e r b e r 格式作为一种标准的数据格式，大多数e d a 工具都可以产 生该种格式，这也是g e r b e r 得到广泛应用的原因之一。 现在许多功能完善的中间格式有渐渐取代g e r b e r 格式的趋势。c a m 系统 需要处理传输系统中已存在的智能数据，而g e r b e r 不支持这项功能。因此，在 从c a d 系统向c a m 系统传输数据的过程中若采用g e r b e r 格式经常会丢失数 据信息。 c a d 系统一直在改进，但是自3 0 多年前采用g e r b e r 格式以来，c a d c a m 间的数据传输流程几乎没有改变。对设计有疑问的制造商仍被迫“瞎猜”，或者联 系设计经理寻求答案。制造过程中的任何变化都会涉及昂贵的非增值流程。同时 外包的增长也进一步显示出g e r b e r 文件的不足。p c b 业界的许多厂家都倡导标 准化的单个数据传输格式，因为它能正确地表达板级设计的各个方面，并允许数 据双向传输。可见g e r b e r 格式被取代只是时间的问题。 2 ) e d i f 4 0 0 格式 e d i f 是一种用于电子设计数据转换的中间格式。它主要用于不同c a d 系统 之间，c a d 系统和印刷板制作、组装之间进行电子设计数据交换。“电子指的 是所交换的数据类型，即交换的是电子系统的数据而不是机械系统的数据。e d i f 文件可由机器读取，所以e d i f 文件可以进行电子交换。这样的系统通常被称为 电子c a d 系统或电子设计自动化系统。 l o数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 e d i f 文件可以被e d a 系统或者工具的计算机程序读取，也可以被一些c a m 系统的软件读入。机器经过简单的语法分析就可以读懂e d i f 语言，e d i f 语言和 表处理语言( l i s p ) 很相似。基于e d i f 设计的初衷，e d i f 的标准是不直接和用 户打交道的。e d i f 的开发由e d a 工具的销售者、设计者、大的应用公司来决定。 现在，用于检测e d i f 转换可靠性的软件已经面世。 常用的e d i f 有三个版本：e d i f 2 0 0 、e d i f 3 0 0 和e d i f 4 0 0 。e d i f 制定的初 衷就是为了解决电子设计数据的集成、交换和归档。 e d i f 4 0 0 的优越性可以表现在：e d i f 降低了把设计数据传递到c a m 系统所 需的手工劳动；排除了g e r b e r 数据内在的错误来源；准备c a m 数据的时间是 g e r b e r 的8 5 ；降低了设计规则检查( d e s i g nr u l ec h e c k ，d r c ) 错误的错误 来源；一个p c b 板只需一个e d i f 文件，而需要6 0 个g e r b e r 文件和钻孔文件。 尽管e d i f 格式与g e r b e r 格式相比有许多优点，但没能尽善尽美，需要改 进方面有：e d i f 文件可以描述一个板子但不能描述板子的子层；文件过大时导入 c a m 系统的时间过长【1 1 1 【1 2 1 。 3 ) i p cg e n c a m g e n c a m 是i p c 研究丌发的一种p c b 设计席0 造数据交换标准蓝本【1 3 】1 1 4 】，而 i p c 是美国国家标准局( a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n t a r d si n s t i t u t e ，a n s i ) 认可的p c b 方面的标准化研究机构。g e n c a m 的正式文件命名为i p c 2 5 1 1 ，包含i p c 2 5 1 0 系列的几个子标准( i p c 2 5 1 2 - i p c 2 5 1 8 ) 。i p c 2 5 1 0 系列标准基于g e n c a d 格 式( 由m i t r o n 公司推出) ，各子标准问呈互为依存关系。该标准的文件包括了板 型、焊盘、贴片、插装、板内信号线等信息，几乎p c b 的所有加工信息都可以从 g e n c a m 文件中获取。 g e n c a m 的文件结构使设计师和制造工程师都能访问数据。在向制造方输出 的数据中，还可以扩展数据，例如添加加工过程中允许的容差、为面板制造给出 多种信息等。 g e n c a m2 0 以前版本的文件符合巴科斯范式规则。g e n c a m2 0 版本采用 了x m l 文件格式标准和x m l 方案，但i p c 2 5 11 a 中根本的信息模型几乎没有 改变，新版本只是改写了信息的组织方式，而信息的内容未变。 目前，已有不少e d a 和p c b 的c a m 软件商支持g e n c a m 作为数据交换格 式。这些e d a 公司中有m e n t o r 、c a d e n c e 、z u k e n 、o r c a d 、p a d s 及v e r i b e s t 等；而p c b 的c a m 软件商中有a c t 、i g i 、m i t r o n 、r o u t e rs o l u t i o n s 、w i s es o f t w a r e 及g r a p h i c o d e 等。 4 ) v a l o ro d b + + 开放数据库( o p e nd a t ab a s e ，o d b + + ) 【1 5 】【1 6 】由以色列v a l o r 计算系统公司 推出，它允许将d f m 规则体现在设计过程之中。 第二章设计数据格式标准化的进展 o d b + + 采用可扩展的a s c i i 格式，可在单个数据库中保存p c b 制造和装配 所必须的全部工程数据。单个数据库包含图形、钻孔信息、布线、元件、网表、 规格、绘图、工程处理定义、报表功能和d f m 结果等。设计师在进行d f m 设计 时可以更新这些数据库，以便在装配前发现潜在的布局布线问题。 ， o d b + + 是一种双向格式，允许数据的下传和上行。一旦设计数据以a s c i i 格式传至p c b 板加工车间，加工者就可顺利实施流程操作，如蚀刻补偿、面板成 像、输出钻孔、布线和照相等。 由于p c b 设计的特殊性，数据库中有一些大文件不适于结构化的存储方式。 为此，o d b + + 采用了行记录文本的文件方式，每行均包括多个信息位，信息位之 间以空格分开。文件中行的顺序很重要，特定行可以要求后续行必须遵守某种顺 序形式。每行行首的字符又可以定义该行所描述信息的类型。 v a l o r 于1 9 9 7 年发布o d b + + ；2 0 0 0 年推出支持x m l 标准的o d b + + ( x ) 1 o 版本；2 0 0 1 年发布o d b + + ( x ) 3 1 a 版本。o d b + + ( x ) 改写了o d b + + 的信息组织 方式，目的是使设计与制造之间的数据交换更方便，而其信息模型并没有太大改 变。 e d a 软件商，如c a d e n c e 、m e n t o r 、p a d s 、v e r i b e s t 和z u k e n 等，已经开始 支持o d b + + o d b + + ( x ) 。p c b 的c a m 软件商，如m i t r o n 、f a b m a s t e r 、u n i c a m 和g r a p h i c 等也已经采纳了o d b + + 技术。 5 ) 其他p c b 数据交换格式 除了上述g e r b e r 、g e n c a m 、o d b + + 以及e d i f 4 0 0 外，还有一些在用的 p c b 数据交换标准，它们是： ( 1 ) 原始图形交换规格( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ，g e s ) a n s i 标准，用于三维立体几何模型和工程描述，包括技术描述、工程图形、电 子设计数据、制造设计数据和数控信息等； ( 2 ) 产品模型数据交换标准( s t e p ) i s o 标准，其最终目的是取代所 有现存的国际设计制造数据交换标准； ( 3 ) 硬件描述语言( v h s i ch a r d w a r ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，v h d l ) i e e e 标准，用于定义数字电路系统的功能和逻辑结构关系，也可以对p c b 进行行为和 逻辑结构描述； ( 4 ) d p f 和b a r c o 格式i p c d 3 5 1 标准； ( 5 ) e l a4 9 4 c n c 格式i p c d 3 5 2 标准； ( 6 ) i d f2 0 和i d f3 0 格式i p c d 3 5 6 ，i p c d 3 5 5 标准； ( 7 ) i n c a s e s 格式( s u l t a n ) i e c1 1 8 2 1 0 标准。 1 2数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 2 4p c b 数据交换研究与前景 近年来，在p c b 制造业影响最大的设计制造数据交换研究项目是电子设计 制造数据交换( e l e c t r o n i cc a d c a me x c h a n g e ，e c c e ) 和数据交换汇合项目( d a t a e x c h a n g ec o n v e r g e n c ep r o j e c t ，d e c p ) ，其中e c c e 项目已经完成，d e c p 正在进 行当中。 e c c e 项目由i p c 和e i a 两大标准化组织联合推进：i p c 负责制定格式和参 数标准，e i a 负责建立信息模型。研究内容涉及设计制造互连( e d i f 4 0 0 扩展应 用) 和c a m 格式标准的筹建( i p c 2 5 1 0 系列) 。项目实施的最终结果是使i p c 发布了更加完善的g e n c a m 数据交换标准。 d e c p 项目的策划者是美国国家电子制造促进会( n a t i o n a le l e c t r o n i c s m a n u f a c t u r i n gi n i t i a t i v e ，n e m i ) ，参与者有i p c 及v a l o r 公司，其目的是促进p c b 设计制造统一数据交换标准的形成。n e m i 极力说服i p c 和v a l o r 实现合作，以 v a l o r 公司的o d b + + ( x ) 数据格式为原型，吸纳i p cg e n c a m 的强势部分，从而 产生一个待公布的整合标准i p c 2 5 8 1 ，并最终交由i p c 维护和管理。 d e c p 项目于2 0 0 2 年1 月的a p e x 会议上启动，计划分三步： ( 1 ) 2 0 0 3 年3 月前发布相应的标准和软件，实现设计数据向制造组装的传 输； ( 2 ) 2 0 0 4 年9 月前完成组装测试和加工数据准备； ( 3 ) 进行完善的测试，最终完成时间未定。 目前，p c b 行业已有数十家e d a 和c a m 的软件商及供应链各环节的组织都 参与到d e c p 中。如果在产业链各环节能够成功实施，将带来成本和研制周期的 巨大收益。实现这一目标，显然是任重而道远，参与者和业界对此持谨慎的乐观 态度1 1 7 j 。 2 5 小结 本章调查研究了电子制造业发展的现状及存在的问题、电原理图和p c b 格式 标准化的发展情况以及p c b 数据交换的研究现状与前景。通过对设计数据格式标 准化的发展情况进行介绍，对后续的异构e d a 标准化中间文件格式制定具有一 定的参考和指导作用。 第三章电原理图格式的标准化 第三章电原理图格式的标准化 不同的e d a 工具导出的设计文件具有不同的存储方式和数据结构，因此若 要对不同e d a 工具的设计文件进行设计数据审查需要针对不同的e d a 工具设计 一套独立的审查系统。为了简化设计数据审查模块，使其审查的对象具有普遍性， 同时加强整个系统的可扩充性，需要将不同格式的设计文件标准化，这样设计审 查只要针对标准化的中间文件就可以了。设计文件包括电原理图和p c b 图，本章 将对电原理图的标准化进行分析和设计，p c b 图的标准化留待下一章讨论。本章 将分析p r o t e l 、c a d e n c e 和m e n t o r 三种e d a 工具的电原理图的文件格式，介绍根 据系统需要而制定出的标准化中间文件格式，并给出实现电原理图标准化的设计 流程。 3 1 电原理图格式分析 异构e d a 电原理图设计数据标准化模块的主要作用是从三种e d a 设计工具 的电原理图文件中提取出数据审查所需要的有关信息，并转换为审查模块可以识 别和操作的数据和格式，从而能够依据相应的设计规则、设计要求对所获得的设 计信息进行核对，判断设计中是否存在错误与不足。 由于e d a 设计数据具有相对的独立性或封闭性，因此要利用这些数据就必 须对其进行破译，分析出数据的具体格式，再利用一定的算法将其重现出来，为 设计数据的审查、调试大纲的快速生成等提供原始的参考数据。 对设计数据的格式分析主要是采用逐位变换对比法，即线性变换关键字后面 的各位数值，保存后在设计环境中再次打开设计文件，通过对比各数值变换前后 的物理特性，判断出各位数值所代表的物理意义。 p r o t e l 的电原理图文件为宰s c h 文件，m e n t o r 的电原理图文件，需要e d i f 2 0 0 格式输出，文件无后缀名，c a d e n c e 的电原理图文件，需要e d i f 2 0 0 格式输出， 为奉e d f 文件。由于m e n t o r 和c a d e n c e 的电原理图文件都可以输出e d i f 2 0 0 格式 的文件，所以分析这两种软件的电原理图文件的文件格式，也就是分析e d i f 2 0 0 格式。下面分别介绍p r o t e l 的幸s c h 文件和e d i f 2 0 0 的文件格式。 3 1 1p r o t e l 电原理图格式分析 p r o t e l 有多个版本，本文以常见的且比较稳定的p r o t e l9 9 s e 为例进行分析。 1 4数字化调试系统中异构e d a 设计数据审查技术研究 利用p r o t e l 的导出功能，将电原理图导出为a s c i i 文件格式。然后用记事本方式 打开即可对其进行格式分析。 对于p r o t e l 而言，其电路原理图主要由六部分组成，即a n n o t a t i o n ( 文字标注) 、 c o m p o n e n t ( 元器件) 、d o c u m e n t a t i o nb o x ( 文件盒) 、j u n c t i o n ( 电气连接点) 、 w i r e ( 连线) 和n e t l a b e l ( 网络标号) 。 p r o t e l9 9 s e 的电原理图文件 s c h 文件就文件结构来说一般由以下几个部分 组成，依次分别为文件头部分、元器件库部分和图纸部分。文件头部分描述的信 息主要包括文件逻辑大小和字体表格；元器件库部分主要是图纸中出现的元器件 的封装信息、符号形状信息、管脚信息等；图纸部分主要描述的信息包括元器件 及其管脚、互连信息、电源信息、网络标号信息、电气规则检查设置信息、文本 框信息和图纸符号信息【1