Perfoboard Layout Optimizer

Правила и неизменяемые ограничения

• Исключительность ребер: Одно ребро сетки (нижний слой) = одна цепь.
• Исключительность узлов (Node Exclusivity): Две разные цепи не могут пересекаться в одном отверстии (узле) на нижнем слое.
• Приоритет нижнего слоя: Основная длина трассы (минимум 90%) должна проходить по нижней стороне (пайка).
• Многоуровневое размещение (Under-Board Placement):
  • Компоненты-модули (например, NodeMCU), у которых в правилах есть свойство hasClearanceUnderneath: true, имеют свободное пространство (clearance) между платой модуля и макетной платой.
  • Мелкие компоненты (резисторы, диоды, некоторые конденсаторы/светодиоды), у которых в правилах установлено свойство allowPlacementUnderBoard: true, РАЗРЕШАЕТСЯ размещать внутри зоны bodyKeepout модулей с hasClearanceUnderneath: true, но корпуса мелких компонентов при этом не должны накладываться на отверстия, занятые пинами модулей с hasClearanceUnderneath: true.
  • Zone Integrity: Элементы одного функционального сегмента (цепочки управления) должны размещаться в одной зоне: либо целиком под модулем, либо целиком вне его. Смешанное размещение одного сегмента запрещено.
  • Компоненты со свойством allowPlacementUnderBoard: false размещать внутри чужого bodyKeepout категорически запрещено.
• Минимализм перемычек (Staple Jumpers):
  • Clean Via Rule: Точки входа и выхода перемычки (via) запрещено совмещать с отверстиями, в которых установлены пины компонентов.
  • Джампер должен начинаться в пустом отверстии, переходить на верхний слой, заканчиваться в другом пустом отверстии, переходить на нижний слой и только после этого соединяться с пином детали по нижней стороне.
  • Переход через отверстие, занятое пином той же цепи, на нижнем слое разрешен, но не как точка смены слоя.
  • Джампер должен быть минимально возможной длины, чтобы пересечь препятствие, не создавая лабиринтов.

Процесс (алгоритм)

1) Инкрементальный цикл размещения (Incremental Loop)

Для всех схем использовать пошаговый метод:

1. Установка "Якоря": Разместить самый крупный компонент (NodeMCU, ESP32, DIP-панель) в центр или на стратегическую позицию. Он служит основой, вокруг которой будет строиться остальная топология.
2. Шаг детали:
   • Выбрать следующую деталь из BOM (приоритет тем, что связаны с уже установленными).
   • Разместить её, соблюдая правила зазоров и гравитации.
   • Немедленная трассировка: Сразу провести все цепи этой детали к уже установленным компонентам с помощью ./tools/auto_route.js.
   • Валидация: Запустить бенчмарк. Если Score вырос из-за КЗ — немедленно переставить (или перевернуть) деталь или изменить путь.
3. Повторять, пока все детали не будут установлены.

2) Трассировка (Routing)

• Path Consolidation (Anti-Bubble): При трассировке (и использовании auto_route.js) всегда отдавать приоритет уже существующим сегментам той же цепи (стоимость 0.1 против 1.0 для новых). Это предотвращает "раздвоение" дорожек и создание параллельных путей (пузырей).
• Segment Deduplication: Никогда не добавлять в JSON сегмент, который уже существует (в любом направлении).
• Occupancy Grid: Вести виртуальную карту занятых отверстий и ребер.
• Стратегия "Short Hop":
  1. Вести трассу по нижнему слою до упора в препятствие (чужую дорожку).
  2. Установить точку перехода (via).
  3. Создать джампер минимальной длины (ортогональный или короткий прямой), чтобы перешагнуть препятствие.
  4. Вернуться на нижний слой сразу после препятствия.
• Штрафы: В функции оценки (Cost Function) штрафовать не только за количество перемычек, но и за их длину.
• Component Bypass: Цепь не может соединять два вывода одного пассивного компонента (R, C, D). Трасса должна разрываться на корпусе.
• DIP-коридор: К пинам микросхем подходить перпендикулярно, чтобы не блокировать доступ к соседним отверстиям ряда.
• Двухслойность: Основная разводка — снизу (пайка). Перемычки — сверху (изолированный провод).

3) Верификация (Validation)

• Benchmark: Запуск node ./tools/score_layout.js для проверки Score и отсутствия КЗ.
• Visual Audit: Генерация SVG (node ./tools/json2svg.js) и проверка "глазами".
• Interactive Viewer: Для детального осмотра открыть файл ./viewer/index.html в браузере и загрузить сгенерированный JSON.

Инструментарий и CLI

Для работы с раскладкой используй следующие команды (пути относительно корня скилла):

1. Автоматическая трассировка (auto_route.js): Добавляет оптимальный путь между двумя точками для указанной цепи в JSON-файл.

   node ./tools/auto_route.js <file.json> <netName> <x1> <y1> <x2> <y2>
   

   Параметры: netName — имя цепи, x1,y1 — старт, x2,y2 — финиш.

2. Бенчмарк и проверка КЗ (score_layout.js): Рассчитывает итоговый Score и выводит список всех найденных конфликтов.

   node ./tools/score_layout.js <file.json>
   

3. Генерация SVG (json2svg.js): Создает визуальное представление платы для быстрого аудита.

   node ./tools/json2svg.js <file.json>
   

Формат результата (JSON)

Записывать в ./layout/perfoboard-layout.json со структурой: { board, bbox, components: [{ref, package, pins: [{name, x, y}]}], nets: [{name, segments: [{x1,y1,x2,y2}], jumpers: [...]}] }