FLUG

Entwicklung von Hardware unter Linux

Achim D. Brucker

18. Dezember 1998

Inhalt

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieses Vortrages soll ein Entwicklungszyklus, von der Idee bis zum Platinenlayout anhand freier Softwaretools vorgestellt werden. Dabei soll besonders auf die Simulation von Schaltkreisen mit dem chipmunk-Paket des California Institute of Technology und dem anschliessenden Platinenentwurf mit dem Layout-Programm pcb/xpcb eingegangen werden.

In der zweiten Hälfte des Vortrages werden alternative Softwareprodukte sowie zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich vorgestellt.

1. Einführung

1.1 Bereiche des Hardwareentwurfs

Entwurf von Integrierten Schaltkreisen: Entworfen werden integrierte Schaltkreise, die später auf Baugruppen (Platinen) Verwendung finden.
- programmierbare Logik-Bausteine, z.B. GALs oder FPGAs
- Anwendungsspezifische Schaltkreise (ASICs)
Programmierung von Mikrokontrollern: Mikrokontroller sind ,,Ein-Chip-Computer``, die durch Programmierung (meist in Assembler) an ein Aufgabengebiet angepaßt werden.
Entwurf von Platinen

1.2 Von der Idee zur Hardware

$\epsfig{design_flow.ps}$

2. Entwickeln von Platinen

2.1 Simulation mit Chipmunk

Das Chipmunk-Paket ist eine Entwicklung des California Institute of Technology. Eigentlichen Aufgabe des Paketes ist der Entwurf von ASICs. Für die meisten Anwender dürfte hauptsächlich der Simulator log von Interesse sein.

graphische Eingabe der Stromlaufpläne
Simulation von Digital- und Analogschaltungen
Für genauere Simulationen können Ausgaben für spice generiert werden.
Vorgehensweise ähnlich realer Meßgeräte

$\epsfig{scale=0.4, file=chipmunk/exor2_schematic.eps}$

$\epsfig{scale=0.4, file=chipmunk/exor2_scope.eps}$

2.2 Layouten mit pcb

xpcb ist ein Zeichenprogramm für das manuelle Layouten:

Multilayer
Ausgabe von Postscript-Dateien.
SMD-Platinen sind möglich (1/100 Zoll Auflösung)
Ausgabe von Gerber-Dateien möglich
Bauteilbibliothek einfach zu erweitern
Nachträgliches verschieben von Bauelementen sehr aufwendig.
kein Autorouter

$\epsfig{scale=0.4,file=pcb/gimmick.eps}$

$\epsfig{angle=-90,scale=0.4,file=pcb/gimmick/layout.ps}$

$\epsfig{scale=0.4,file=pcb/gimmick/platine.ps}$

3. Projekte in der Entwicklung

3.1 Xelen

Xelen ist ein Platinenlayoutprogramm, das von Christoph Drube entwickelt wird. Es unterliegt der GPL. Im Moment ist nur für Entwickler von Interesse.

modernes Aussehen
graphischer Editor für Bauteilbibliotheken
Verwaltung von Schaltplänen, Netzlisten und Layouts
Autorouter

3.2 FreeHDL

Momentan gibt es keine freie vollständige VHDL Implementierung.
Alle freien Tools unterstützen nur strukturelles VHDL
Ziel des FreeHDL Projektes ist die Erstellung eines freien VHDL Compiler/Simulatorsystems das den kompletten VHDL 92 Standard unterstützt.

3.3 GNU-EDA

GNU EDA ist ein weiteres Projekt mit dem Ziel freie EDA Software zu schreiben. Auch gEDA befindet sich noch in der Entwicklungsphase und ist im Moment nur für Entwickler interessant. Wenn gEDA fertig soll es aus folgenden Komponenten bestehen:

gschem: Schematic Entry
gnetlist: Netlist Generator
gsymbol: Symbol Manager
gplace: Board Layout
gpcb: PCB Layout
gsim: Simulator
gfpga: FPGA Compiler
gmos: MOS Simulator
gwave: Waveform viewer

3.4 electric

Electric ist ein EDA-Tool, das bereits seit 1988 existiert und seit 8 Jahren kommerziell vertrieben wird. Vor ca. 9 Wochen wurde Electric unter die GPL gestellt (außer dem FPGA Modul).

unterstützt die Technologien nMOS, CMOS, Bipolar, BiCMOS, PCB, Schematics, Digital Filters
unterstützt die Formate: CIF, DXF, VHDL, HPGL, QuickDraw, Postscript, (EDIF, SDF, Verilog)
Einzigartig unter den freien Tools ist der Silicon Compiler, der nahezu vollautomatisch aus einem Schematic VHDL generiert und dieses vollautomatisch routet.

4. Kommerzielle Tools

Die Firma Cadsoft hat eine Portierung ihres Platinenlayoutprogramms Eagle angekündigt. Eine Version die max. 1/2 Europlatine bearbeiten kann wird kostenlos erhältlich sein.
Die Firma Bartels bietet eine Version ihres CAE-Systems für Linux an.
Das Green Mountain VHDL Entwicklungsystem gibt es auch für Linux.
Für die XC6200 Familie von Xinlinx (FPGAs) gibt es das Entwicklungssystem für Linux.

5. Zusammenfassung

Sind in vielen Bereichen bereits kommerzielle und freie Anwendungen für Linux nahezu im Überfluß verfügbar, so steht die Entwicklung im Bereich Elektronik erst am Anfang.

Inzwischen wurde aber bereits an mehrere Tool-Herstellern von Kunden der Wunsch einer Linux herangetragen. Eine Umfrage eines amerikanischen Fachjournals belegt, daß auch viele Entwickler lieber unter Linux als unter NT arbeiten würden.

6. Referenzen

Electric: http://www.electriceditor.com
Xelen: http://www.uni-paderborn.de/StaffWeb/jogger/xelen/index.html
FreeHDL: http://www.freehdl.seul.org/
Chipmunk: http://tech-www.informatik.uni-hamburg.de/CADtools/Chipmunk/DigLOG.html
SAL (Elektronik): http://ftp.llp.fu-berlin.de/lsoft/Z/1/
pcb: ftp://ftp.linuxppc.org/pub/linuxppc/users/harry/PCB/
gEDA:http://www.geda.seul.org/
Xilinx: http://www.xilinx.com/products/6200DS.htm und http://www.xilinx.com/apps/velabrel.htm
SpiceCAD: http://home.t-online.de/home/martin.maschmann/
Bartels: http://www.bartels.de
Alliance: http://cao-vlsi.ibp.fr/alliance/index.fr.html
Eagle (Cadsoft): http://www.cadsoft.de

zuletzt geändert: 23.12.1998 brucker@freiburg.linux.de