电子与微纳领域技术研究：从数字电路到微纳器件及大数据处理

### 电子与微纳领域技术研究：从数字电路到微纳器件及大数据处理 #### 1. 基于MDA方法的UML图到VHDL代码转换 在数字电路设计中，PSMT（Programmable System Modeling Technique）的设计与实现依赖于所选的可编程逻辑器件。它通过执行一系列解析和综合命令，生成可下载的比特流文件，再将其下载到可编程设备中，从而完成数字应用系统的实现。这里以Xilinx FPGA设备为目标来实现数字逻辑电路。 以下是PSMT的示例代码： ```python import os def vhdlcompile(): os.chdir("d:\\ISE_Projects\\xsttest") os.system('c:\\Xilinx\\13.4\\ISE_DS\\ISE\\bin\\nt\\xst ...') os.system('c:\\Xilinx\\13.4\\ISE_DS\\ISE\\bin\\nt\\ngdbuild ...') os.system('c:\\Xilinx\\13.4\\ISE_DS\\ISE\\bin\\nt\\map ...') os.system('c:\\Xilinx\\13.4\\ISE_DS\\ISE\\bin\\nt\\par ...') ``` MDA（Model Driven Architecture）方法设计了CIMT（Computation Independent Model Transformation）、PIMT（Platform Independent Model Transformation）和PSMT操作阶段之间的智能交互，逐步将抽象系统模型转换为物理系统。StarUML用于执行CIMT的功能，能以图表范式有效捕获数字系统的抽象模型参数。PIMT使用Python语言和minidom对象，将UML逐步转换为VHDL代码。在PSMT阶段，Python导入os对象运行一系列综合命令脚本，获取比特流并下载到FPGA设备，完成数字逻辑电路的实现。这些开发的软件工具集成到MDA操作阶段，有效缩短了规范与物理系统之间的差距，缩短了应用系统开发的周转时间。 #### 2. 微纳器件结构层掩膜生成 传统微纳器件设计流程从工艺设计开始，是自下而上的流程，适用于简单结构，但对于日益复杂的表面微加工器件不再适用。因为其模型通常由多个3D层组成，有时还包含悬臂或交叉结构，从集成电路领域发展而来的设计工具效率不高。因此，更合理的方法是使用特征技术构建3D模型，强调结构设计方法。 ##### 2.1 常用变量和操作说明 - **布尔运算**： - 实体减法布尔运算缩写为BS (solid A, solid B)。 - 实体交集布尔运算缩写为BI (solid A, solid B)。 - 实体并集布尔运算缩写为BU (solid A, solid B)，这些运算都涉及材料分配。 - **蚀刻固体**： - 第i个结构层的蚀刻固体集缩写为$Ess(L)_i$。 - 其下方牺牲层的蚀刻固体集缩写为$Ess(Sac)_i$。蚀刻特征分别表示为$Etc(Str)_{i,m}$和$Etc(Sac)_{i,m}$。 - **悬臂结构**：悬臂面是悬臂结构的一种面，其法向量垂直向下，且整个面上没有下层结构支撑。悬臂面用于判断悬臂结构和牺牲层的存在，其高度用参数“h”表示。 ##### 2.2 蚀刻固体评估算法 - **第i个牺牲层的沉积模型$Dep(Sac)_i$**：取悬臂结构中的最大“h”作为沉积厚度$h_{max}(Sac)_i$，通过参数$h_{max}(Sac)_i$和$USML_{M_{i - 1}}$执行突出操作得到$Dep(Sac)_i$，即$Dep(Sac)_i = UEO(USML_{M_{i -