УДК 62-82:658.512.011.56

ЛЯПИН П.С., МЕЛЬНИЧУК Р.М., ФИНОГЕНОВ А.Д.

ГРАФИЧЕСКИЕ РЕДАКТОРЫ ДЛЯ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Целью статьи является формирование общих требований для разработки редактора электронных схем в рамках создания средств автоматизированного проектирования с доступом через Internet. На основе анали- за существующих решений в данной области предложен набор стандартных функций, необходимых инже- неру-разработчику и приоритетных для реализации в веб-редакторе.

The purpose of this paper is the establishment of common requirements for the design editor of electronic cir- cuits in a computer-aided design tools to access the Internet. Analysis capabilities available today decisions in this field will conclude on a set of standard functions necessary development engineer and priorities for implementation in a web editor.

1. Введение – ГСР общего назначения. Под специализированными ГСР будем История разработки специализированных понимать схемные редакторы, которые входят графических редакторов насчитывает не одно в состав программных средств EDA (Electronic десятилетие. Параллельно с усовершенствовани- Design Automation). Комплексы EDA предна- ем аппаратных средств и, в первую очередь, значены для облегчения разработки электрон- средств визуализации, менялись и подходы к со- ных устройств, создания микросхем, печатных зданию графического интерфейса пользователя и плат [1]. Типичным представителем данного в частности схемных редакторов. Наличие ре- класса графических схемных редакторов явля- дактора на сегодняшний день стало стандартом ется OrCAD [2]. де-факто для САПР. К ГСР общего назначения относятся ре- Одним из современных направлений развития дакторы, которые помимо графических при- САПР является создание веб-средств проектиро- митивов и текста позволяют использовать вания (не путать со средствами веб- различные символические объекты, в том проектирования), что, соответственно, влечет за числе и элементы принципиальных электри- собой необходимость в создании соответствую- ческих схем, и не направлены на дальнейшую щих графических редакторов. При этом абсо- обработку построенной схемы. Данные редак- лютное большинство существующих редакторов торы имеют более широкие графические воз- предназначено для использования на локальном можности по сравнению с редакторами, вхо- компьютере пользователя и реализация функций дящими в состав средств САПР. Чаще всего, не учитывает специфики веб-приложений, а их использование данных редакторов обусловле- графический интерфейс, набор функций, компо- но необходимостью разработки документации новка могут существенно отличаться. и требованиями к форматам, используемым в Поэтому выделение типовых функций графи- издательствах. Примером таких систем явля- ческих схемных редакторов для дальнейшей ре- ется редактор Microsoft Visio [3]. ализации в графическом веб-редакторе элек- Для сравнения были выбраны послед- тронных схем является достаточно актуальной. ние версии наиболее распространенных схем- ных редакторов и пакетов САПР, содержащих 2. Классификация и анализ возможностей их в своем составе (табл. 1). графических редакторов 2.1 Специализированные графические Графические редакторы электронных схем в схемные редакторы зависимости от режима использования можно Помимо основных возможностей рисова- разделить на два класса: ния и визуализации, современные специали- – специализированные графические схемные зированные графические схемные редакторы редакторы (ГСР);

188 Графические редакторы для схемотехнического проектировния Табл.1. Графические схемные редакторы Размер Стои- Редактор Фирма, страна ОС дистри- мость* бутива* 9 [4] Altium Ltd, Австралия Win 1,63 Гб 0-5000$ EDA 10.01 [5] Kovac , США Win 23,4 Мб 199$ Board Maker 3 [6] Tsien Ltd., Великобритания Win 43,1 Мб 350£ CADSTAR 12.1 [7] , Великобритания Win 171 Мб 1000£ DipTrace 2.1 [8] Novarm Ltd, Украина Win, 46 Мб 585€ Linux, Mac EdWinXP 1.80 [9] Visionics, Швеция Win 112,2 Мб 100-3030$ VLSI Design Static Free Software, США Win, 18 Мб 0-40$ System 9.0 [10] Linux, Mac Workbench Electronics Workbench, Канада Win 7 Мб 25-18760$ 5.12 [11] HiPAC-EDT 1.0 [12] Infineon Technologies AG, Гер- Win 4.1 Мб 0 мания Micro-CAP 10 [13] Spectrum Software, США Win 700 Мб 4495$ Microsoft Visio 2010 Microsoft, США Win 1,5 Гб 554$ Premium [3] NI Multisim 11 [14] , США Win 400 Мб 2600$ OrCAD 16.3 [2] Inc., Win 1,75 Гб 1729 – США 4355$ PlainCAD 2007 [15] PlainCAD Software, Россия Win 7.9 Мб 70$ Proteus 7 [16] Labcenter Electronics Ltd. , Кана- Win 92 Мб 150- 3495£ да 6 [17] Westdev Ltd, Великобритания Win 930 Мб 600£ SmartDraw VP [18] SmartDraw LLC, США Win 22.12 Мб 197$ SPlan 7.0 [19] ABACOM, Германия Win 2.31 Мб 39.90€ TINA-TI [20] Texas Instrumental Inc., США Win 86.3 Мб 0 TinyCAD 2.80 [21] Open Source Win 4,4 Мб 0 Vesys Design 2.0 [22] Mentor Graphics, США Win 255 Мб 11000- 14000$ Vutrax 13.4 [23] Computamation Systems Limited, Win, 18 Мб 0 – 4850£ Великобритания Linux

* – в случае отсутствия информации об отдельно – автоматическое отслеживание и оповеще- поставляемом редакторе в качестве размера дистрибу- ние пользователя о наличии ошибок в схеме; тива и стоимости указываются данные всей САПР (полная версия). – автоматическое создание документации; – возможность обрабатывать входные дан- могут предоставлять дополнительные функ- ные различных форматов и т.д. ции: При анализе возможностей специализиро- – использование библиотеки стандартных ванных редакторов целесообразно выделить две компонентов; группы: – редактирование электрических свойств и – программы для решения небольших задач; прочих атрибутов для компонентов, проводов и – программы для создания сложных систем. контактов; К первой группе относятся Electronics – иерархическое проектирование; Workbench 5.12, NI Multisim 11, Micro-CAP 10, – отображение списка соединений (англ. HiPAC EDT, TinyCad 2.80. Среди этих про- “netlist”) и других представлений схемы; грамм стоит выделить NI Multisim 11. Вісник НТУУ «КПІ» Інформатика, управління та обчислювальна техніка №55 189 Multisim 11 разработан американской ком- панией National Instruments и является улуч- шенной версией известного продукта Electronics Workbench. Программа может про- изводить моделирование в PSPICE, VHDL, Verilog и позволяет получить соответствующий код описания схемы. Результаты анализа выво- дятся на виртуальные инструменты, устроен- ные аналогично реальным (как в Electronics Workbench 5.12), что позволяет пользователям EWB легко адаптироваться к этой программе (рис. 1).

Рис. 2. Цветовые схемы фона рабочей обла- сти DipTrace Также стоит отметить Electric VLSI Design System 9, так как она является единственной из вышеперечисленных программ кроссплатфор- менной системой автоматизированного проек- тирования сверхбольших интегральных схем с открытым исходным кодом. При помощи Electric VLSI можно разрабатывать интеграль- Рис. 1. Моделирование схем в Multisim ные МОП и биполярные схемы, печатные пла- ты или схемы любого типа. Electric VLSI Design Последняя версия Multisim дополнена новы- System 9 имеет множество стилей редактирова- ми инструментами и имеет обновленные биб- лиотеки элементов. ния, включающих планирование, схематику, Ко второй группе можно отнести OrCad, иллюстрации, архитектурное проектирование. Proteus, Altium Designer, DipTrace, Pulsonix и Также, программа может взаимодействовать с CADSTAR 12.1. Особо выделяются здесь OrCad различными спецификациями и форматами и Altium Designer, так как они предоставляют файлов, такими как VHDL, CIF, GDS II. разработчику широкий выбор инструментов В графическом редакторе Electric VLSI от- для решения любой задачи в проектировании сутствует ряд инструментов, присутствующих в электрических схем и печатных плат. В то же его аналогах: нет режима автоматического по- время, из вышеперечисленных программ они строения трасс, отсутствует привязка к сетке и имеют и наибольшую стоимость. т.д. Однако, данные функции нечасто исполь- Интересные решения реализованы в графи- зуются при проектировании больших схем, по- ческом редакторе DipTrace 2.1. DipTrace этому это не создает каких-либо трудностей для Schematic позволяет работать в нескольких пользователя. графических режимах: OpenGL, Direct3D, Windows GDI. Также есть две цветовых схемы: 2.2 Графические схемные редакторы с темным фоном, удобная для разработки общего назначения больших схем, и белая, которая представляет схему так, как она должна выглядеть в доку- К третьей группе относятся sPlan 7.0, ментации (рис. 2). По желанию можно созда- PlainCad 2007, SmartDrawing VP, Microsoft вать свои цветовые схемы. Хотя данная воз- Visio. Практически все редакторы этой группы можность при создании редактора может быть предоставляют одинаковые возможности и ин- легко добавлена практически во всех средствах струменты для рисования электрических схем, разработки, в большинстве рассматриваемых хотя и имеют разные дополнительные инстру- редакторов она отсутствует. Соответственно менты для работы с другими видами чертежей добавляется ряд «лишних» операций при со- (рис. 3). здании документации.

190 Графические редакторы для схемотехнического проектировния Данные функции позволяют составить общее представление о возможностях систем и о це- левой аудитории программного обеспечения – от начинающих разработчиков до профессио- налов. Также, проверка на наличие вышепере- численных функций в анализируемых редакто- рах должна выявить как наиболее, так и наиме- нее востребованные и реализованные функции в графических редакторах электронных схем. Необходимо отметить также различные спо- собы прокладки соединений между элементами схемы, используемые в графических редакто- Рис. 3. Построение схемы в Microsoft Visio рах: автоматический режим с учетом «обтека- 2010 ния элементов» и ручное соединение по ука- занным точкам. В автоматическом режиме 3. Функциональные возможности обычно необходимо явно указывать располо- графических редакторов жение узлов, т.к. в противном случае соедини- тельные линии не создают пересечений. Кроме Функциональные возможности графических того, ряд пакетов включает режим «жесткого редакторов можно разделить на следующие соединения», т.е. при перетягивании подклю- классы: функции редактирования изображения, ченного элемента за ним тянутся и соедини- настройка рабочей области, работа с библиоте- тельные линии. ками и файловой системой, функции проверок Результаты сравнения (табл. 2) функцио- и статистики. нальных возможностей различных графических К функциям редактирования изображения схемных редакторов позволяют выделить три относятся: группы функций: – редактирование цветов и ширины линий;  общеупотребительные, которые реали- – рисование графических примитивов (кру- зованы в абсолютном большинстве ре- ги, прямоугольники, многоугольники); дакторов (масштабирование, редактор – задание слоя элемента при наложении эле- библиотеки элементов, привязка к сетке ментов (z-index) и т.д. и т.д.); Настройки рабочей области включают функ-  рекомендуемые, которые присутствуют ции: во многих редакторах (линейка, z-index, – редактирование фона; статистика по схеме и т.д.); – наличие линейки; – масштабирование;  дополнительные, которые являются осо- – переключение единиц измерения и т.д. бенными или отсутствуют во многих ре- К функциям работы с библиотеками и дакторах (создание подсхем, переключе- файлами относятся: ние единиц измерения). – создание новых элементов и изображений Очевидно, что наличие или отсутствие неко- (редактор элементов); торых функций зависит от класса, к которому – импортирование изображения из файла; принадлежит графический редактор: специали- – сохранение схемы в одном из графических зированный или общего назначения. форматов; – автоматическое резервное копирование 4. Функциональные возможности (auto backup) и т.д.. веб-редактора электронных схем Дополнительные функции, которые могут включаться в графические редакторы – это Реализация большинства рассматриваемых функции различных проверок и статистики: функций в составе веб-редактора не составляет – проверки на связанность схемы, наличия трудностей. Исключением является реализация контакта узлов, висячих узлов и т.д.; функций работы с библиотеками и файлами, – поиск элемента в рабочей области; которые присутствуют во многих редакторах. – статистика по количеству узлов схемы, ти- пам элементов и т.д.

Табл. 2. Функциональные возможности графических редакторов

) - -

-

-

ре из на

ре

слоя / )

схем

цветов

p схеме

) единиц

дюймы

размера

, графиче

линий

по

в подсхем сетке

см

обмена геометриче

к библиотеки ,

рисунка формате

корректности

задание

копирование элемента сетки

схеме

Редакторы файла

примитивов

мм Линейка элемента элементов ( auto-backu ( ширины ском Буфер

и ских Создание Масштабирование Поиск Вставка электрических Автоматическое Статистика зервное z-index ( Редактор Привязка дактирование Переключение Рисование Сохранение Редактирование длины Проверки Altium Designer 9 + + - + + - +/+ + + + + + + + + + AutoTraxEDA 10.01 - + + + + - +/+ + + + - - + + - + Board Maker 3 - + - + + + +/+ + + + - - + + + + CADSTAR 12.1 + + - - + + +/+ + - - + - + + + + DipTrace 2.1 + + - + + + +/+ + + + + + + + - + EdWinXP 1.80 + + - + + + +/+ + + - - + + - + + Electric VLSI DS 9.0 + + + - - - +/+ + - + + + + - + + HiPAC-EDT 1.0 - - - - + - +/- + ------+ Micro-CAP 10 + + + - + - +/+ + + - - - + + + + Microsoft Visio 2010 + + + + + + +/+ + + + + + + + + + NI Multisim 11 + - + + + - +/+ + - - + - + + + + OrCAD 16.3 + + + + + + +/+ + - + + - + - + + PlainCAD 2007 + + + + + + +/+ - + + + - + - + + Proteus 7 + + + - + - +/- + + + + + + + + + Pulsonix 6 + + - - + - +/+ + + - - - + + + + SmartDraw VP + - + + + + +/- + + + + - - + - + SPlan 7.0 + + + + + + +/+ - + + + - - + + + TINA-TI 9.3 + - - - + + +/- + + - + + + - - + TinyCAD 2.80 + + + + + - +/+ + + + - + + - - + Vesys Design - + + - + - +/+ + - - - - + + + + Vutrax 13.4 - + + - + - +/+ + - - - - + - - +

192 Графические редакторы для схемотехнического проектировния Это связано с тем, что по условиям безопасно- случае, взаимодействие пользователя с веб- сти в современных браузерах ограничена рабо- редактором более привычно для Internet- та с файловой системой пользователя. В данном пользователей и требует наличия лишь браузе- случае можно предложить два основных меха- ра. низма реализации требуемого функционала: Отдельного внимания заслуживает необхо- использование системы загрузки необходимых димость создания механизма авторизации поль- файлов (например, библиотеки элементов) или зователя на сервере и безопасность этой проце- использование удаленного хранилища данных. дуры, что не предполагается в прикладных про- Недостатками системы загрузки файлов яв- граммах. ляется необходимость предоставления допол- нительного программного обеспечения для со- 5. Заключение здания требуемых файлов; наличие функций проверки корректности описания и т.д. В этом Современные ГСР являются важной состав- случае веб-редактор становится аналогом ре- ляющей при разработке электронных дакторов, устанавливаемых на локальном ком- устройств. На сегодняшний день на рынке пьютере пользователя, и тем самым теряет свои представлены программы в различных ценовых преимущества. Однако такой редактор остается категориях и с различной функциональностью, не персонализированным, т.е. данные конкрет- что позволяет разработчику выбрать наиболее ного пользователя вынесены в отдельные фай- подходящее программное обеспечение в зави- лы (библиотеки) и не являются частью редак- симости от его требований. тора. В случае работы нескольких человек над В результате проведенного анализа были одним проектом для корректного отображения определены наиболее распространенные функ- результатов другим пользователям достаточно ции, представленные в настоящее время в передать файл библиотеки. Механизмы сохра- схемных редакторах различных категорий, а нения файлов изображений схемы и/или описа- также составлен список интересных (удачных) ния, сформированного на входном языке пакета решений, которые показались нам удобными моделирования (если данная возможность для реализации в составе веб-редактора элек- предусмотрена) также будут требовать ручного тронных схем: вмешательства пользователя, а функции ре- 1. Снятие измерений со схемы с помощью зервного сохранения можно реализовать через виртуальных приборов (Multisim 11); механизмы, встроенные в веб-браузеры (XPCOM, ActiveX), сторонние дополнения 2. Панель элементов с отдельно вынесен- (Adobe Flash), либо современный протокол ными кнопками категорий (DipTrace); HTML5 Web Storage. 3. Возможность создавать цветовые схемы Удаленное хранилище данных, как возмож- рабочей области (DipTrace); ный механизм реализации функций работы с 4. Возможность оставлять комментарии к файлами и библиотеками, может быть реали- участкам схемы и отдельным элементам зовано в виде базы данных библиотек/файлов (Microsoft Visio); пользователя, регистрация и хранение которых 5. Возможность использования разных ре- располагается на стороне веб-сервера. В этом жимов построения трасс.

Список литературы

1. Анцифорова Е.С. О необходимости создания унифицированных инструментальных средств для ав- томатизации проектирования технологической автоматики / Анцифорова Е.С., Раков В.И. // Инфор- мационные технологии в науке, образовании и производстве : 4-я Международная научно- техническая конференция «ИТНОП-2010», г. Орел, 22-23 апреля 2010 г : материалы. – В 5-ти т. – Т. 3 – Орел : ОрелГТУ, 2010. – С. 270–282. 2. Cadence OrCAD Solutions [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.cadence.com/ products/orcad/pages/default.aspx. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 3. Microsoft Visio 2010 – Office.com [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http:// office.microsoft.com/en-us/visio/. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 4. Altium | AD10 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://products.live.altium.com/. – Дата досту- па : 07.04.2011. – Загл. с экрана. Вісник НТУУ «КПІ» Інформатика, управління та обчислювальна техніка №55 193 5. AutoTRAX EDA and DEX Schematic Capture & PCB Design Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kov.com. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 6. BoardMaker3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.tsien.info. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 7. CADSTAR 12.1 | Zuken [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www. zuken.com/products/cadstar/cadstar-12-1.aspx. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 8. DipTrace – Professional Schematic & PCB Design Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.diptrace.com. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 9. Visionics – «EDWinXP» The Integrated EDA Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.visionics.a.se. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 10. Static Free Software Home Page [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.staticfreesoft.com/index.html. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 11. National Instruments Electronics Workbench Group Announcing NI Multisim 11 and NI Ultiboard 11 [Эле- ктронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.electronicsworkbench.com/. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 12. HiPAC EDT [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.hipac-edt.com/index.php. – Дата дос- тупа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 13. Spectrum Software – Micro-Cap 10. Analog simulation, mixed mode simulation, and digital simulation software. SPICE and PSpice® compatible circuit simulator. [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.spectrum-soft.com/index.shtm. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 14. NI Multisim and NI Ultiboard New Features – National Instruments [Электронный ресурс]. – Режим дос- тупа : http://www.ni.com/multisim/upgrade.htm. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 15. Главная – PlainCAD Software – Редактор для построения графических схем [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.plaincad.com. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 16. Labcenter Electronics – Professional PCB Design and Simulation Software [Электронный ресурс]. – Ре- жим доступа : http://www.labcenter.com/index.cfm. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 17. Pulsonix :: Schematic Capture and PCB Layout [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.pulsonix.com. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 18. SmartDraw – The World's First Visual Processor(tm) [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.smartdraw.com/product/. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 19. sPlan [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.abacom-online.de/uk/html/splan.html. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 20. SPICE-Based Analog Simulation Program – TINA–TI – TI Tool Folder [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.ti.com/tool/tina-ti. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 21. TinyCAD | Download TinyCAD software for free at SourceForge.net [Электронный ресурс]. – Режим до- ступа : http://sourceforge.net/projects/tinycad/. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 22. VeSys 2.0 :: Electrical, Cable and Wire Harness Design Engineering Manufacture :: Centricity Consulting [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.centricity- consulting.com/index.php/products/vesys-2-0. – Дата доступа : 07.04.2011. – Загл. с экрана. 23. Vutrax Electronics CAD [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.vutrax.co.uk. – Дата дос- тупа : 07.04.2011. – Загл. с экрана.