GNU Electric: un impressionant programari de disseny VLSI de xips gratuït i de codi obert

GNU Electric no és només un programari gratuït i lliure més, és una poderosa suite d'eines que permet als usuaris dissenyar esquemes, traçar diagrames de circuits i, en última instància, crear dissenys de xips a nivell de transistor com ho fan les companyies que dissenyen sistemes VLSI.

Amb el vostre enfocament en la flexibilitat i l'eficiència, GNU Electric s'ha convertit en una opció preferida per a professionals i entusiastes per igual. A més, trobareu una bona documentació que us ajudarà amb el seu ús i també un bon set de biblioteques per a la fabricació del xip en diferents nodes, circuits de prova, etc.

Què és Electric?

Electric és un sistema de disseny assistit per ordinador per a circuits elèctrics, amb un enfocament principal en el disseny de circuits integrats. No obstant això, també és capaç de manejar esquemes i llenguatges de descripció de maquinari o HDL (Hardware Description Language) per a disseny de xips VLSI (Very Large-Scale Integration). És versàtil i comprèn diverses tecnologies, incloent MOS (nMOS i diverses variants de CMOS), bipolar i disseny híbrid. A més daquestes tecnologies de disseny dIC, pot treballar amb moltes altres formes gràfiques, com esquemes, art, arquitectures FPGA i més. Inclou un editor de tecnologia incorporat que permet la modificació i la creació de nous entorns de disseny.

Electric integra una varietat d'eines per a l'anàlisi i la síntesi de circuits. El sistema inclou verificadors de regles de disseny, simuladors, encaminadors i molt més. A més, té un model elegant per a la integració d'eines, cosa que facilita l'addició de noves. Així mateix, compta amb eines addicionals, com el simulador IRSIM de la Universitat de Stanford, i que es pot integrar perfectament amb Electric, com a complement per a ALS.

A més de poder fer servir tecnologies i eines arbitràries, Electric té una potent interfície que proporciona restriccions de disseny i portabilitat de plataforma. El sistema de restriccions permet que els components connectats romanguin sensiblement connectats, fins i tot quan el disseny es modifica. La portabilitat de la plataforma significa que Electric es pot executar en gairebé qualsevol ordinador (el codi Java s'executa a qualsevol lloc i el codi C es compila a UNIX/LINUX, Windows i Macintosh). I ho trobaràs disponible en diversos idiomes, entre els quals hi ha l'espanyol.

Característiques d'Electric

Electric és un sistema de disseny VLSI altament flexible i potent que pot manejar molts tipus de disseny de circuits. La seva interfície d'usuari sofisticada funciona a totes les estacions de treball populars i proporciona llenguatges interpretatius per a usuaris avançats. Electric té moltes eines danàlisi i síntesi, incloent la comprovació de regles de disseny, simulació, comparació de xarxes, encaminament, compactació, compilació de silici, generació de PLA i compensació.

El sistema de comprovació de regles de disseny Electric supervisa tots els canvis realitzats en el disseny i mostra missatges d'error quan es detecten violacions. Electric també pot llegir la sortida d'Assura o Calibre i mostrar-ne els resultats. El comprovador de regles elèctriques verifica totes les àrees de pou i substrat per obtenir contactes i espaiaments adequats, i realitza una comprovació de regles d‟antena per a la validació de la fabricació.

Electric ve amb un simulador de nivell de commutació de 12 estats incorporat, anomenat ALS. Electric pot produir malls dentrada per a una sèrie de simuladors populars. Els usuaris de Electric han d'obtenir aquests simuladors pel vostre compte.

El generador de PLA CMOS d'Electric treballa a partir d'una biblioteca d'elements PLA, cosa que permet matrius personalitzades. El generador de marcs de coixinets col·loca cel·les de coixinets al voltant d'un nucli de xip i les connecta entre si. El generador de ROM produeix un disseny a partir d'un fitxer de personalitat de ROM.

El compactador d'Electric ajusta la geometria al seu espaiat mínim als eixos X i Y. Lesforç lògic és un sistema per marcar les portes esquemàtiques digitals amb informació de fan-out que produirà circuits òptimament ràpids. D'altra banda, Electric té sis eines de col·locació experimentals disponibles que fan servir el paral·lelisme per accelerar la tasca. L'encaminador de laberint d'Electric executa cables individuals entre punts. L'encaminador de costura de cel·les fa connexions explícites on les cel·les s'uneixen o se superposen. L'encaminador d'imitació observa l'activitat de l'usuari i repeteix l'activitat en situacions similars a tot el circuit.

El sistema VHDL Electric pot generar VHDL a partir d'un disseny, i pot compilar VHDL a llistes de xarxes de diversos formats. Aquestes llistes de xarxes poden ser simulades amb el simulador incorporat, convertides en disseny amb el compilador de silici, o guardades en disc per al seu ús per simuladors externs.

El Compilador de Silici d'Electric col·loca i enruta cel·les estàndard a partir d'una llista de xarxes estructurals, que es pot obtenir a partir de VHDL, que es pot obtenir a partir d'un dibuix esquemàtic. Electric també compta amb una eina de comprovació de consistència de xarxes (LVS) que compara un disseny amb el seu esquema equivalent. Podeu comparar dues versions diferents d'un disseny o dues versions diferents d'un esquema. També està disponible una versió experimental de NCC, anomenada Experiment d'Intercanvi de Ports.

I si ho vols, també tindràs a la teva disposició un sistema de gestió de projectes incorporat (fins i tot un segon sistema incorporat basat en CVS si ho prefereixes) que permet als usuaris compartir una biblioteca de circuits. Els usuaris poden extreure cel·les per editar-les i tornar-les quan hagin acabat. S'impedeix que altres usuaris canviïn les cel·les extretes i poden actualitzar els circuits quan es registrin els canvis. A més, s'impedeix que els usuaris facin canvis a les cel·les extretes que afectarien altres cel·les que no estan extretes. També s'emeten advertiments quan diversos usuaris extreuen cel·les que estan relacionades jeràrquicament, cosa que pot causar interferències en la seva edició.

Quant a les tecnologies suportades, Tenim:

nMOS	Transistor nMOS tradicional
CMOS	Ve en diverses versions diferents, com la genèrica, la Round de Cal Tech, o les regles MOSIS
bipolar	Lògica amb transistors bipolars genèrica
BiCMOS	Bipolar+CMOS per a circuits híbrids
TFT	Circuits Thin-film
Filtres digitals	genèric
PCB	Podeu suportar fins a 8 capes per a les plaques de circuit imprès
esquemes	Crear circuits esquemàtics amb components analògics i digitals
FPGA	Disseny per a FPGA personalitzat
Obra	Elements per a disseny gràfic

I pel que fa a les interfícies externes, la veritat és que Electric és altament compatible amb fitxers de molts altres EDA, per exemple:

Format	Entrada/Sortida	Descripció
CIF	I / S	Caltech Intermediate Format
GDS II	I / S	Format dintercanvi Calma GDS
EDIF	I / S	Electronic Design Interchange Format
EUS	E	Schematic User Environment (editor esquemàtic)
DXF	I / S	Format mecànic nadiu d'AutoCAD
VHDL	I / S	HDL
Verilog	S	HDL
CDL	S	Cadence Description Language
EAGLE	S	Captura esquemàtica
PADS	S	Captura esquemàtica
ECAD	S	Captura esquemàtica
Aplicació	E	Applicon/860 (antic format CAD)
Prestatge per a llibres	E	Bookshelf (format d'intercanvi d'emplaçament)
Gerber	I / S	Gerber Scientific (format plotter)
HPGL	S	Llenguatge Plotting
PostScript	S	Llenguatge Plotting
SVG	S	Scalable Vector Graphics (imatge escalable per a navegador)

Però això no és tot, també podràs disposar de complements com aquestes biblioteques:

• Estat de Boise: biblioteca per utilitzar cel·les estàndard creades per la universitat de la qual porten el nom, i basades en regles MOSIS Submicron amb 3 capes d'interconnexions metàl·liques i capacitat per fabricar el xip a la foundry ON Semiconductor en procés C5.
• Harvey Mudd: cel·les estàndard i xips de Harvey Mudd College, amb un disseny de 32 bits de microprocessador MIPS i les seves cel·les associades.
• MOSIS CMOS: tens tant una biblioteca per a tecnologia de fabricació de 350 nm com per a 180 nm per a pads i cel·les estàndard respectivament. Aquestes biblioteques van ser desenvolupades per Sun Microsystems Laboratories i pel City Engineering College de Bangla Desh, guiats per Kanada Technologies.
• Sun Microsystems Test Xip: es tracta d'un disseny de Sun amb al voltant d'1 milió de transistors que es feia servir com a model per mesurar les capacitàncies estructurals del xip.
• Cell library: una altra biblioteca de cel·les dissenyades per Hochschule Kempten i que van ser usades al Silicon Compiler d'Electric.

Senzillament impressionant…

GNU Electric: història

El programari de disseny VLSI, GNU Electric, ha tingut una llarga història fins al que avui coneixem. Va ser creat per Steven M. Rubin a principis dels anys 80 i aviat es va distribuir a universitats i institucions de recerca a tot el món. A mitjans dels anys 80, Applicon va comercialitzar Electric sota el nom de “Bravo3VLSI”. Els primers dissenys d'Electric es van escriure en llenguatge de programació C, i encara es poden descarregar des de la web oficial, encara que més tard seria portat a Java des de la versió 8.0, tot i que es manté la 7.0 basada en C si la vols.

El 1988, es va fundar Electric Editor Incorporated, que va vendre el sistema de forma comercial. El 1998, l'empresa va alliberar Electric a través de la Free Software Foundation (GNU). El 1999, el desenvolupament d'Electric es va traslladar a Sun Microsystems.

L'any 2000, Steven Rubin va crear Static Free Software, una empresa que gestiona la distribució gratuïta d'Electric. El 2003, es va abandonar la versió “C” d'Electric i es va iniciar la seva traducció al llenguatge Java, que es va completar el 2005. Tot i que el codi C encara està disponible, ja no es desenvolupa ni es suporta.

El 2004, Static Free Software es va convertir en una divisió de RuLabinsky Enterprises, Incorporated, una corporació que segueix dedicada al programari lliure. El 2010, Oracle va adquirir Sun Microsystems i va continuar recolzant el desenvolupament d'Electric fins a finals de 2016, per això està basat en Java.

El 2017, el desenvolupament d'Electric va cessar, però el suport i les correccions d'errors continuen. El codi ara està disponible a la Free Software Foundation. Actualment ja forma part del repertori habitual de paquets del projecte GNU.

A més, actualment és utilitzat per molts aficionats particulars, i fins i tot per professionals. Moltes universitats de tot el món han utilitzat Electric per als seus dissenys de xips, i també algunes empreses conegudes, com Apple Computer, Intel, Harris Corporation, NEC Electronics, Rambus, Sun Microsystems (ara Oracle), i moltes més. De fet, entre les companyies que l'han utilitzat hi ha la famosa Transmeta Corporation, la companyia que va desenvolupar microprocessadors VLIW com els Crusoe i Efficeon, i on el mateix Linus Torvalds va treballar nouvingut des de Finlàndia a Silicon Valley per crear Code Morphing, un codi que s'executava en segon pla per traduir les instruccions x86 del programari a VLIW i així fer que aquests xips fossin compatibles amb el programari quotidià.

Com aconseguir Electric gratis

Si t'ha agradat, pots descarregar-lo gratis des d'aquí:

• GNU Electric versió C, Java i codi font per a diferents plataformes (Linux, MacOS, Windows).
• Biblioteques addicionals.
• Documentació.
• Simulador IRSIM.