ngspice开发配置与指引

ngspice开发配置与指引

社蕙 94 2024-06-21

原始项目托管在：https://sourceforge.net/p/ngspice/ngspice/ci/master/tree/

git clone git://git.code.sf.net/p/ngspice/ngspice ngspice-ngspice

本实验室项目托管在服务器上

$ git clone "ssh://git@srv:port/~/srv/morespice.git"

1. 编译

全局编译

./autogen.sh
  cd release/
  ./reconfigure
  make -j8

1.1 新建编译

mkdir src/zhy
  touch sobar.h sobar.c # 创建需要的源文件

然后创建一个Makefile.am：

noinst_LTLIBRARIES = libsobar.la

libsobar_la_SOURCES = \
                    sobar.c

AM_CPPFLAGS = @AM_CPPFLAGS@ -I$(top_srcdir)/src/include -I$(top_srcdir)/src/rcr
AM_CFLAGS = $(STATIC)

MAINTAINERCLEANFILES = Makefile.in
  1. 去外层的 src/的 Makefile.am在 SUBDIRS = 后添加上zhy等需要的子文件夹；
  2. 继续在这个文件的某个地方增加一行 ngspice_LDADD += zhy/libsobar.la，把zhy这个文件夹中的库编译进来；
  3. 去根目录的 configure.ac找到 AC_CONFIG_FILES，在其中加上 src/zhy/Makefile，确保能生成 Makefile.in文件；
  4. 重新跑一次编译。

1.2 新建联合编译

如果是使用c++写的，则内容上还需要另行修改：

noinst_LTLIBRARIES = libsobar.la

libsobar_la_SOURCES = \
                    sobar.cpp

# libsobar_la_LDFLAGS = -larmadillo

AM_CPPFLAGS = @AM_CPPFLAGS@ -I$(top_srcdir)/src/include
AM_CXXFLAGS = -std=c++11 -fpermissive -larmadillo
AM_CFLAGS = $(STATIC)

MAINTAINERCLEANFILES = Makefile.in

主要是需要加上CXXFLAGS，另外需要注意，所有cpp中的函数定义必须用 extern "C"包裹，否则函数被改名后编译器会报符号错误。

2. 开发

.h 里面尽量不要include其他文件。

2.1 总函数入口

src/frontend/inp.c inp_source()抓取 ft_curckt

2.2 数据结构

  • 节点链表：ft_curckt->ci_ckt->CKTnodes，使用next遍历。
  • 器件列表比较复杂，以电容为例：
ccode = CKTtypelook("Capacitor");

  for (CAPmodel* model = (CAPmodel*)ft_curckt->ci_ckt->CKThead[ccode]; model;
             model = CAPnextModel(model)){
             // 这里首先需要用CKThead[ccode]找出一个全局的编码

// CKThead是一个GENmodel类型的指针，要强制转换成CAPModel，有一种C强行实现继承的味道
             ...
             }
  • 电流源的分类在 isrcload.c中，参考一下。
  • 在cp_evloop中，control这个wordlist存储了控制命令。

2.3 仿真入口

  • main.c:115：定义了一个 IFsimulator *ft_sim，这是一个包含了大量空壳函数指针的结构体，也就是一个仿真器的原型，在正常默认编译中它被 SIMinfo 初始化。

  • ngspice.c:29：SIMinfo在此处定义，CKTdoJob 就是仿真函数。

  • cktdojob.c:28：其第一部分将task中的参数搬运到ckt中，第二部分从217:for开始，作者指出， /* Analysis order is important */，这个循环本质上是将job按照 analInfo 这个数组的顺序做事，这个数组在analysis.c中定义，例如前五个仿真按顺序是：

    SPICEanalysis *analInfo[] = {
&OPTinfo,
&ACinfo,
&DCTinfo,
&DCOinfo,
&TRANinfo,
...

    那么它的意思就是必须先做完DCO(Peration)仿真，才会去做TRAN(sient)仿真。接下来在:222做一次an_init，在:238做一次an_func，以tran为例，首先初始化会进 traninit.c，在这里会得到tran仿真最重要的一系列时间参数。

3. 数学

\begin{bmatrix} G & E \\ -E^T & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} V(s)\\I(s) \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} C \\ & H \end{bmatrix} \begin{bmatrix} sV(s)\\sI(s) \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} B\\0 \end{bmatrix}U(s)
\begin{aligned} GV(s)+EI(s)+sCV(s)&=BU(s)\\ -E^TV(s)+sHI(s)&=0 \end{aligned}

假设电感矩阵H可逆，才有：

（sC+G+\frac{1}{s}EH^{-1}E^T）V(s)=BU(s)

然而需要注意到，对于一般的，由于电压源的存在，H矩阵是奇异的。

更一般的NMA

因此提出一个想法，即调换MNA的构成方式，将电感电流放在最后一行，如

\begin{bmatrix} G & F & E \\ -F^T \\ -E^T \end{bmatrix} \begin{bmatrix} V(s)\\I_s(s)\\I_L(s) \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} C \\ &0 \\&& H \end{bmatrix} \begin{bmatrix} sV(s)\\sI_s(s)\\sI_L(s) \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} B_1\\B_2\\0 \end{bmatrix}U(s)

这里还要检查一个部分，就是B最后那里是个0，这是否意味着还是没法插入一些电流相关的量？

其他

  1. pinv的作用是什么？
  2. pinv算起来很慢，有没有办法优化？

4. 部署

在windows上部署使用的是msys2的mingw64工具，为了正常打包（ldd）链接，需要安装的库有：

$ pacman -S mingw-w64-x86_64-qt5
$ pacman -S mingw-w64-x86_64-qt5-tools
# 如果缺少libGLESv2.dll的话
$ pacman -S mingw-w64-x86_64-angleproject

具体部署步骤如下：

$ cd ./deploy
$ ./deploy_for_win.sh
$ cd ../ui_src
# 如果没有make的话
# qmake application.pro && make && qmake waveview.pro && make
$ cd ./deploy
$ ./deploy_for_win.sh

5. 命令速查

# 发送wsl当前工作区存档到win桌面
$ git archive -o workspace.zip HEAD && mv workspace.zip /mnt/c/Users/zhy/Desktop/

# 打包setup
$ "C:\Program Files (x86)\Inno Setup 6\ISCC.exe" ./deploy.iss

6. 文档

./ngspice -h
Usage: ngspice [OPTION]... [FILE]...
Simulate the electical circuits in FILE.

-a --autorun run the loaded netlist
-b, --batch process FILE in batch mode
-c, --circuitfile=FILE set the circuitfile
-D, --define=variable[=value] define variable to true/[value]
-i, --interactive run in interactive mode
-n, --no-spiceinit don't load the local or user's config file
-o, --output=FILE set the outputfile
-p, --pipe run in I/O pipe mode
-q, --completion activate command completion
-r, --rawfile=FILE set the rawfile output
--soa-log=FILE set the outputfile for SOA warnings
-s, --server run spice as a server process
-x, --mor=rcr set the mor method as rcr
--mor=rga set the mor method as rga
-m, --rga_moment=INT set the rga moment to be matched
-t, --term=TERM set the terminal type
-h, --help display this help and exit
-v, --version output version information and exit

电路仿真 ngspice C/C++