怎样撰写自己的PCB数据库转换器

编写自己的PCB数据库翻译器
1.0简介

众所周知，高科技公司的设计环境可能会不时“不稳定”。设计环境甚至设计师经常做出改变。这些变化源于采用更好的技术或公司收购/兼并。如果发生这种情况，可能必须将正在进行的设计从一组工具转移到另一组工具。

假设一家公司已将多个印刷电路板（PCB）设计放置在一个计算机辅助设计（CAD）工具中何时必须更改该工具。有两种选择。首先，更换新CAD工具中的所有PCB设计，但每个设计至少需要3周时间。其次，编写一个翻译器将现有的展示位置文件转换为新工具的文件。最多需要几天的时间才能使这个翻译器正确运行，每个设计只运行几秒钟。

如果有5个PCB，第一个选项至少需要15周。有了翻译，那个时间减少到1周或更短。第二种选择的优势和需求是显而易见的。不幸的是，这个翻译器可能不适用于您的特定CAD工具。

在本文中，我们提出了一种使用编程语言Perl [1]编写PCB布局数据库转换器的系统方法。另外，我们提供一些代码来说明细节。如果不使用特定的CAD工具作为示例，这些主题将难以讨论。因此，选择Mentor Graphics Corp.的BoardStation和Cadence Design Systems的Allegro。这两种工具都可以放置和布线PCB设计。我们的翻译器将BoardStation的放置数据库转换为Allegro的放置数据库，但本文中介绍的原理和技术适用于任何其他两个CAD工具。

我们的翻译人员必须执行以下三个主要任务：

对于我们的讨论，BoardStation表面贴装几何使用引脚1作为原点（不是行业标准，但有些公司会这样做）。 Allegro使用几何中心代替。使用此信息，翻译人员必须正确翻译几何体的放置位置。

如果BoardStation几何体的方向与其Allegro对应物的方向不同，则翻译者必须正确翻译方向。

翻译人员必须正确地将BoardStation展示位置文件的格式转换为Allegro展示位置文件的格式。 BoardStation的放置文件称为comps.comps _ ##和job_parts，其中_ ##是版本号，例如_01。 Allegro的放置文件名为place_txt.txt。

最后，有关为什么选择Perl来编写我们的翻译器的说法，尽管任何其他完整的计算机语言也可以完成这项工作。 Perl最初设计用于文本解析和处理。这正是我们工作的主要部分，后面会很明显。

2.0开始翻译

首先，我们的翻译需要3个输入文件（除了BoardStation和Allegro放置文件）。它们可能已存在于公司PCB设计数据库中，或者可能必须手工创建。以下是作者选择文件名的列表。请注意，bs_指的是BoardStation，al_指的是Allegro，bs_al_指的是这两个工具。

bs_insertion.file：它必须包含每个BoardStation几何名称以及它是否是表面贴装。对于表面贴装，它必须指定从原点（引脚1）到中心的以mils为单位的X偏移和Y偏移。这些信息非常重要，因为正如上面第1.0节所述，我们已选择几何中心作为Allegro的原点。 bs_insertion.file可以简单如下（＃表示注释）：类型1表示表面安装，类型2表示非表面安装。

非表面贴装几何体可以是通孔或分立或连接器组件。通常，几何体不能同时是表面贴装和非表面贴装。但是，如果组件具有两个版本并且它们在同一设计中使用，则必须使用两个不同的几何名称。请注意，几何名称中的大写或小写对某些CAD工具很重要。

通常，与bs_insertion.file类似或相同的数据库应该已由公司维护，并且不需要创建此文件用手。但它可能包含的信息多于我们的翻译器所需的信息，例如轴向组件的旋转，宽度和高度信息。在这种情况下，翻译器应该不解析这种数据。

bs_insertion.file由翻译器解析并存储到两个内部关联数组中，可以调用$ bs_insertion_type和$ matrix。 $ bs_insertion_type中每个条目的键是BoardStation几何名称，值是组件类型，它是1或2. $ matrix的键可以是字符串geometry_name = xoffset或geometry_name = yoffset，值是偏移值。

例如，对于上面给出的几何名称100AMPTCH，条目$ matrix {100AMPTCH = xoffset}存储371.2，条目$ matrix {100AMPTCH = yoffset}存储350.0。稍后将扩展$ matrix数组以存储更多信息。

bs_al_list.file：它包含所有BoardStation几何及其Allegro对应项。它可能如下所示（＃表示注释）：

两个BoardStation几何图形可能与相同的Allegro几何图形匹配。同样，几何名称中的大写或小写也适用于某些CAD工具。

bs_al_list.file通常是手工创建的。它由转换器解析并存储到内部关联数组中，可以称为$ bs_al_list。其关键是BoardStation几何名称，其值为Allegro几何名称。对于上面给出的示例，bs_al_list {7827-150HT}存储CONN-SMD_2X25。

al_orientation.file：它包含所有Allegro几何及其默认方向。为了简化操作，请为每个方向分配一个代码，如表1所示，对于特定应用程序可能完成也可能不完整。

al_orientation.file通常是手工创建的，它可能如下所示（＃表示评论）：

该文件由翻译器解析并存储到内部关联数组中，可以称为$ al_orientation。它的关键是Allegro几何名称，它的值是一个方向代码。对于上面给出的示例，al_orientation {FIDUCIAL40}存储0.同样，几何名称中的大写或小写对某些CAD工具很重要。

表格1 ？？ Allegro几何的方向代码

现在我们可以开始系统地开发翻译器了。正如上面第1.0节中简要提到的，有两个步骤可以完成。首先，我们将解析BoardStation的展示位置文件。其次，我们将使用该信息生成Allegro的放置文件。

3.0处理BoardStation的job_parts文件

如前所述，BoardStation有两个放置位置文件，即job_parts和comps.comps _ ##。本节讨论我们的翻译器如何使用job_parts来查找和计算每个BoardStation几何体的方向。结果存储在名为$ bs_orientation的内部关联数组中。此外，可以选择将此结果写入文件，以便我们可以手动检查翻译器是否正确计算了这些方向。

job_parts唯一列出PCB设计中的每个BoardStation几何体及其物理信息，例如它的名称和引脚（包括引脚号和位置）。每个几何条目如下所示：

$$ create_component（“BoardStation_Geometry_Name”）;

与$$ create_component（）条目关联的每个pin条目如下所示：

$$属性（ “COMPONENT_PIN_DEFINITION”，“25”,, @ scale ,, [6.175，-8.89]）;

其中“25”是引脚编号，[6.175，-8.89]是引脚位置，单位为英寸。 2引脚几何结构（如电容）具有以下3个条目：

$$ create_component（“CC1206”）;

$$属性（“COMPONENT_PIN_DEFINITION” ，“1”,, @ scale ,, [-0.067,0.0]）;

$$属性（“COMPONENT_PIN_DEFINITION”，“2”，@ scale ,, [0.067,0.0] ）;

1针几何图形，例如基准点，有以下两个条目：

$$ create_component（“FIDUCIAL1”）;

$$属性（“COMPONENT_PIN_DEFINITION”，“1”，@ scale，[0.0,0.0]）;

请注意，$$ create_component（）条目始终位于其关联的$$属性（）条目之前。

我们的转换程序在每个BoardStation几何名称中进行分析。接下来，它通过在$ bs_insertion_type内部关联数组中查找来确定此几何是否是表面贴装（参见上面的第2.0节）。如果是，请将其存储在名为$ sm_array的新内部关联数组中。如果没有，请将其存储在另一个名为$ nsm_array的新内部关联数组中。

还会解析BoardStation几何体的每个引脚以确定以下内容：

如果引脚number是纯数字且为1或2或3，将其X和Y坐标存储在新的$ pin_1_2_3内部关联数组中。保存3个引脚，以便转换器稍后可以确定哪个几何结构为2引脚。

对于每个数字纯数字的引脚，确定最小X，最大X，最小Y和最大Y坐标到目前为止，将此信息存储到$ matrix内部关联数组中（参见上面的第2.0节）。

如果引脚号不是纯数字，例如A1或B1，则不要执行上面的两个子弹。相反，将此BoardStation几何图形放入新的$ odd_pin关联数组中，并停止查找其引脚。这是因为传统意义上无法确定哪个引脚是引脚1，因为我们可以在同一几何结构上具有A1，B1和C1引脚。下面将进一步讨论这种特殊情况。

执行上述操作的Perl代码概述如下：

单击此处查看代码示例

总而言之，对于每个BoardStation几何体，$ matrix内部关联数组具有键（字符串）和下面表2中给出的值。在此表中，键的geometry_name部分是BoardStation中使用的实际几何名称，对于每个唯一组件它是唯一的。

表2 ??每个唯一BoardStation几何体的$矩阵条目

接下来，我们使用存储在这些内部关联数组中的信息来确定pin1的位置，假设每个BoardStation几何体上的针都是逆时针计数的。它可以是表3中列出的四个中的一个。然后，此信息用于确定几何体的方向，其代码在表1中给出。每个BoardStation几何体及其计算的方向随后存储在新的内部关联数组中$ bs_orientation。

表3 ?? BoardStation几何体上pin1的位置

目前，有必要讨论一些无法轻松处理的特殊BoardStation几何图形。它们的方向代码（表1中给出）必须在翻译器中进行硬编码。下面将讨论3种情况。

如前所述，如果几何体不具有纯数字引脚数（例如A1或B1或C1而不仅仅是1），那么就不可能找到哪个引脚是引脚1，并且转换器无法计算几何方向。假设取向代码为10（硬编码）。我们还可以查看此几何图形并找到其确切方向。如果看到这些几何，则由翻译器内部存储在内部关联数组$ odd_pin中。

对于某些几何，引脚1和2的X坐标不相等，它们的Y坐标也不相等，例如如图1所示的连接器。在这种情况下，翻译器不能轻易地计算几何方向，并且假定方向代码为10。我们还可以查看这个几何体并找到它的确切方向。

图1 - Pin坐标不相等

如果是过时的几何体错误地使用（可能发生），不存储在任何公司数据库中，首先查看它，然后在翻译器中硬编码其方向代码。

在上面的前两种情况中，方向代码假定为10因为大多数几何都是这样放置的。所以这是最安全的赌注，但仍然是赌注。由于这个原因和其他原因，翻译可能并不完全适用于少数组件。但正如5.0节将讨论的那样，很容易纠正这些微小的不匹配。有些无关紧要，甚至可以单独留下。

此时，我们的翻译器将简单地处理$ sm_array，$ nsm_array和$ odd_pin内部关联数组，以创建$ bs_orientation内部关联数组。我们还（可选）将此结果写入bs_orientation.file文件。首先，打开此文件进行如下编写：

处理$ odd_pin内部关联数组的Perl代码概述很简单：

处理$ sm_array内部关联数组的Perl代码概述如下：

进一步处理$ sm_array中的每个“普通”BoardStation几何体。首先，找到引脚1,2和3的几何中心和位置（2引脚几何结构没有引脚3）。 Perl代码的概述是：

接下来，检查引脚1和2的X坐标在这个几何上是否相等（情况2）上面讨论过）。同时检查这两个引脚的Y坐标。

现在检查引脚1和2是否具有相同的X坐标。如果是，请执行以下操作。首先，确定引脚1是否位于几何结构的底部，引脚1和引脚2是否彼此相对，包括2引脚几何结构（例如垂直放置的电容器或电阻器）：

其次，确定引脚1是否位于几何结构的顶部，引脚1和2是否彼此相对，包括2引脚几何形状：

最后，确定引脚1是否位于几何体的左侧或右侧（请记住引脚是逆时针计数的）：

单击此处查看代码示例

现在检查引脚1和2是否具有相同的Y坐标。如果是，请采取适当的措施。到目前为止已经提供了大量的Perl代码示例，因此我们在此不再重复。相反，我们将简要讨论这个过程。首先，确定引脚1是否位于几何结构的左侧，引脚1和2是否彼此面对。如果是，则方向代码可以是1或2或3.

其次，确定引脚1是否位于几何体的右侧，引脚1和2是否彼此面对。如果是，则方向代码可以是4或5或6.第三，确定引脚1的X坐标是否位于几何体的顶部。如果是，则方向代码可以是7或8或9.第四，确定引脚1是否在底部。如果是，则方向代码可以是10或11或12.

$ nsm_array内部关联数组的处理方式应与$ sm_array相同。

此时，可以读取bs_orientation.file文件（如果已创建）以确保计算的BoardStation几何方向正确。如果没有，翻译人员需要进行微调。

4.0生成Allegro的place_txt.txt展示位置文件

BoardStation的展示位置文件（也是称为组件文件）称为comps.comps _ ##，每个条目的格式都非常简单：

Ref_des是参考标号用于PCB原理图。 Symbol_name是原理图符号的名称。 Board_location是引脚1在10纳米中的位置，它必须转换为Allegro放置文件中表面贴装元件的几何中心，如前所述。此外，10纳米单位必须转换成Allegro的密耳。

Board_side表示该组件放置在电路板的哪一侧（1：顶部，2：底部）。旋转指示在放置期间该组件是否已旋转（90度或180度或270度）。对于BoardStation和Allegro，旋转必须始终为逆时针。

Allegro的place_txt.txt放置文件具有以下格式：

每列的含义，从U115的第2行开始，在下面的表4中说明。

表4 ?? Allegro的展示位置文件的含义

现在，我们的翻译人员可以将comps.comps _ ##转换为place_txt.txt。执行此操作的Perl代码的一部分在下面给出并且不言自明：

单击此处查看代码示例

如果转换程序运行时没有任何错误，则Allegro放置文件place_txt .txt已创建。现在您可以尝试将此文件读入Allegro以检查其格式。如果Allegro标记任何格式错误，则需要修改我们的翻译器。

5.0最终评论

BoardStation和Allegro是两个非常不同的工具，对于某些特殊情况，他们的展示位置文件之间没有直接的翻译。上面的3.0节列出了其中一些。因此，对于少数组件，转换可能不准确。

例如，如果组件的旋转不是100％正确，那么它可以在Allegro中手动旋转（例如微处理器）或单独使用（如电容器）。一些组件也可能与其邻居部分重叠。同样，这可以在Allegro中手动纠正。平均而言，需要一个小时或更短的时间来手动检查Allegro放置文件是否存在这些问题。

6.0参考文献

1。 Larry Wall，Tom Christiansen，Jon Orwant，“Programming Perl”，第3版，O'Reilly＆amp; Associates，Inc.，2000
2。 Luke L. Chang，“编写自己的PCB设计规则检查器”，EEdesign，2003年9月

Luke L. Chang是英特尔存储元件部门的高级验证负责人（Hudson） ， 嘛）。在此之前，他曾在多家高科技公司担任过工程和管理职位，涉及硬件设计/验证和电子设计自动化领域。