Merge branch 'master' into xcircuit-3.10
[xcircuit.git] / README.notes
blob0ab1b1140c24a2e1aca851016eb30e05c3fbead5
1 XCircuit v3.10
2 -----------------------------------------------------------------------------
4 An X11 drawing program [especially for circuit schematics]
5 Copyright (c) 2017 Tim Edwards
6 August 1993 -- April 2017
7 -----------------------------------------------------------------------------
9 This README file contains additional notes about the program which may or may
10 not be of interest to anyone.
11 -----------------------------------------------------------------------------
13 ASG:
15    Versions beginning with 3.2 can be compiled with the ASG package,
16 or "Automatic Schematic Generation".  The package is derived from SPAR,
17 written by Stephen Frezza (currently at Gannon University).  SPAR is
18 based on the same "corner-stitched tile" structures used by the EDA
19 tool "magic", modified to encompass the probabilistic nature of auto-
20 routing.  The ASG package currently supports (to a limited extent)
21 reading of SPICE files, but will eventually support EDIF netlist output
22 from Verilog (and possibly VHDL) for turning netlists into schematics.
23 Also, the ASG package will handle constrained moving, re-routing networks
24 in response to moving elements around the schematic drawing.
26 Toolscript:
28    Versions beginning with 3.0 are part of a methodology known as
29 "ScriptEDA", a call to put major open-source EDA tools into a similar
30 framework under an interpreter, where most upper-level functions can be
31 written as scripts.  My more narrowly-defined version of ScriptEDA is
32 called "toolscript".  The rationale behind "toolscript" is to allow a
33 single interpreter to launch multiple EDA tools, such that a
34 single script can control multiple programs, bringing together layout
35 tools, schematic capture, simulation, and so forth, in a highly
36 integrated manner.  "Toolscript" requires that each EDA tool should be
37 a shared-object library of routines, that each tool should have its
38 own command namespace, that each tool should launch itself from a
39 "start" command in its namespace, and that the "start" command
40 should return control to the interpreter such that the interpreter is
41 always available from the calling terminal.  Applications are encouraged
42 to rely heavily on scripts for functions which do not require fast
43 execution.  In particular, scripts should handle most input/output
44 functions, so that users can easily change file formats to suit their
45 needs.  The GUI for toolscript applications should be written in Tk,
46 which integrates the graphics event loop with the interpreter, greatly
47 simplifying handling of the interaction between the two.  To synchronize
48 the GUI with commands called from the command-line, each program should
49 have a "command tag" function which can associate a script procedure
50 with each command.  These callback procedures can then be defined within
51 the GUI script to update the GUI in response to commands.  Finally,
52 each application should redefine "printf" output statements to call the
53 corresponding output method for the intperpreter (e.g., "Tcl_Eval" for
54 compatibility with the "tkcon" console).  This allows error and standard
55 output to be handled independently.  Within "tkcon", stdout and stderr
56 are printed in blue and red, respectively, making the program output
57 easier to read.
59    The "toolscript" concept is ideally interpreter-independent.  However,
60 due mostly to ease of implementation and syntactical issues, TCL has
61 ended up as the only supported interpreter.  TCL calls are heavily
62 embedded in the source code, making it somewhat difficult to simply
63 add another interpreter.  While XCircuit can be compiled with the Python
64 interpreter, it is embedded, not extended, and so does not follow the
65 principles of "toolscript".
67 Rationale:
69    This program was written with a number of things in mind.  The major
70 point in writing it was that I found all of the drawing programs freely
71 distributed at the usual X11 ftp sources (ftp.uu.net, export.lcs.mit.edu,
72 etc.), which includes xpic and xfig, and even some other programs like
73 idraw and commercial programs like framemaker, were lacking in some manner.
74 Some of them, like xpic, are missing fundamental parts, while others, like
75 xfig and framemaker, have a cumbersome user interface and require
76 inordinately large amounts of time to create simple pictures.  The really
77 powerful programs like Adobe Illustrator are, naturally, expensive.
78 There has been a long-standing tradition of making MacDraw lookalikes which
79 I find particularly disturbing, since a number of features of that GUI are
80 fundamentally screwed up, including the dependence on a black-and-white color
81 scheme for things such as grid lines and edit points which can make the screen
82 cluttered and difficult to work with.  I have chosen to freely ignore all such
83 standards in cases where they seem to hinder rather than help the user.
84    Disclaimers:  The above comments refer to versions of the abovementioned
85 programs available as of 1993 and do not necessarily reflect the programs'
86 current status.  Particularly the latest (from 1995 or so) version of xfig 
87 is quite good, though it continues to have a "MacDraw" feel to it.  XCircuit's
88 schematic capture has always been secondary to its use for drawing, and
89 users may prefer programs such as "gschem" (by Ales Hvezda, part of gEDA)
90 that are more in keeping with "normal" standards for EDA software.  Because
91 such programs exist, XCircuit's schematic capture, like its basic drawing
92 functions, often deviate from the norm to explore radical ideas.  Among
93 XCircuit's "radical ideas" are automatic port finding, its parameterization
94 method, embedded output formatting directives, and (a recent addition)
95 automatic schematic (re)generation.
97 The principles of XCircuit are as follows:
99 A) Structural backbone
100    1) There are six drawing elements which are considered "primary".  
101       These are as follows:  
103       a) polygon (multiple lines which may or may not be closed and filled)
104       b) arc (ellipse segment which may be closed and/or filled as above)
105       c) label (any text)
106       d) curve (based on the PostScript "curveto" algorithm)
107       e) graphic (graphic image, e.g., from a PPM file)
108       f) object instance (see below)
110    2) There are two drawing elements which are considered "secondary", which
111       is to say, contain instances of primary elements.  These are:
113       a) path (a connected series of polygons, arcs, and/or curves)
114       b) object (something containing polygons, arcs, labels, 
115                  curves, paths, and instances of other objects)
117       Each object is instanced by a primary element called the "object
118       instance", a self-contained unit which allows an object to be scaled, 
119       rotated, and translated within another object.  Since objects contain
120       object instances and object instances point to objects, there is a
121       two-step recursion which is central to the concept of xcircuit.
123    3) There is one primary object instance called the TopObject, which is
124       the program window, and its associated object, which is whatever
125       appears on the screen.  TopObject is a pointer, so that any object
126       in memory may be the top object, allowing a push/pop edit stack.
127       All other objects are organized in an array of pointers called the
128       Library.  The Library is filled on startup with the contents of a
129       Library file, and is expanded whenever a new object is created.
130       
131       Actually, there are many different TopObjects, called "pages",
132       which can be switched between at will by typing the number of
133       the page, 1 through 9 and 0 for page 10, or through the "Page"
134       menu command, which allows access to as many pages as are
135       defined.  The "load" and "save" commands act only on the
136       present page (unless multiple pages are loaded at a time), as
137       do all the drawing commands.
139    4) All elements allocate memory as they are created and release the
140       memory as they are destroyed, so the only limit on the number of
141       elements in a drawing is the memory of the workstation.
143 B) Input/Output
145    1) All input and output is in PostScript, albeit a version of PostScript
146       with extremely restricted syntax:  xcircuit is in no sense a PS
147       interpreter!  The primary element types are defined as procedures
148       in the PostScript prologue;  all secondary elements are defined as
149       "def" structures in PostScript, the only restriction being that no
150       definition can be called before it is defined.
152    2) Output can be encapsulated or non-encapsulated ("full page"), and
153       can have multiple pages.  All pages which declare the same
154       "filename" on the "output properties" window will be saved to
155       the same file.
157    3) The current state of the program is captured from time to time
158       (default 10 minutes or 20 "significant" changes to the drawing)
159       in a temporary file.  If XCircuit crashes, work can be recovered
160       by running "xcircuit" without arguments (i.e., without a specific
161       filename on the command line).  This method makes the filename
162       transparent to the user, but the file can be found (on most
163       systems) as /tmp/XC??? where ??? is a randomly-generated number
164       that uniquely identifies the file.
166    4) Text is vector-drawn, in order to best match the flexibility of
167       PostScript, which unlike X11 allows text to be scaled to any size
168       and rotated to any orientation (modern font renderers can do this,
169       but are not good at fast on-the-fly rendering needed for a drawing
170       The quality of the vector-drawn text on the screen is relatively
171       poor;  however, the end product of xcircuit is the PostScript file,
172       which does not suffer from those limitations.  Text vectors are
173       xcircuit elements read from an xcircuit library file, with
174       encoding information read from a separate file.
176    5) X11 does not have any capability for generalized curves (splines).
177       Therefore, splines are constructed by an N-segment approximation
178       which internally looks like a polygon.  The PostScript output is a 
179       smooth curve instead of the approximation.
181    6) X11 does not have any capability for generalized ellipses (ellipses
182       under any rotation).  Similarly to the splines, arcs are constructed
183       by an N-segment approximation.
185    7) Implementing all arcs and curves as N-segment approximation allows
186       the possibility of general paths, or sequences of polygons, arc
187       sections, and curves which form a path that can be bordered, closed
188       and/or filled like an individual arc, curve, or polygon.
190    8) Other than the qualitative appearance of the text, the screen output
191       of xcircuit is meant to be the closest possible match to the
192       rendering of the PostScript output.  A PostScript hack allows
193       stipple pattern fills to be effectively "transparent" (something
194       that PostScript does not do naturally).  However, the effect is
195       *extremely* device-dependent because it overrides the printer's
196       halftoning operators.  One effect of this is that halftoning
197       will look abnormally large when viewed at screen resolutions,
198       e.g., with GhostScript.
200 C) User Interface
202    1) The mouse button system and the object library are based on the
203       Caltech circuit-simulation program "log" (either "analog" or "diglog").
204       As is usual for most applications, mouse button 1 is used to select
205       things or cycle between selections, button 2 usually terminates a
206       command, and button 3 will abort a command.  In addition, button 1
207       has a function called "hold", which occurs after the button has
208       been continually pressed for a short length of time (about 1/5 second).
209       As the name implies, "hold" grabs hold of an element which can then
210       be moved around the screen.
212       Because this program is tailored to circuit drawing, the most common
213       functions are drawing lines and moving object instances.  Therefore,
214       these two functions are made directly available from the mouse
215       button 1 (after a "tap" or a "hold", respectively).  The next most
216       common function is selection of elements singly or in groups.
217       Button 2 can be used to select an item if tapped, and if pressed
218       and held down, a box will be drawn and everything inside that box
219       selected when the button is released.  All other commands are 
220       available from the pulldown menus and/or from the keyboard as
221       single-key macros.  Keyboard macros are quicker, since they act
222       on the present cursor position, whereas menu commands require an
223       extra step.
225       From version 3.4, buttons and keys are handled identically by the
226       interface, with the "hold" function becoming a modifier like "shift"
227       or "control".   All XCircuit functions can be arbitrarily bound to
228       any button or key.  The button 1 binding corresponds to the drawing
229       mode.  If button 1 is bound to function "Wire", then it works as
230       described above.  If it is bound to "Arc", then button 1 can be
231       used to draw arcs, while the other functions remain the same.
233    2) The libraries are intended to provide a convenient way to store and
234       retrieve elements of a picture which will be used more than once.
235       For the application of circuit drawing, a built-in library provides
236       basic objects such as transistors, amplifiers, resistors, capacitors,
237       arrows, circles, power and ground symbols, and the like.  This file
238       ("builtins.lps") is loaded on startup;  the program first looks in
239       the current directory, and then searches in a given global directory
240       (something like ~cad/lib/xcircuit/) if it could not find it initially.
241       Thus each user can add to or modify the file of builtins to reflect
242       personal taste.  Since the PostScript output contains all object
243       definitions, these changes to the built-in functions are inherently
244       transferrable.  The program checks objects with the same name for
245       equivalence of their contents, and changes names as necessary to
246       avoid conflicts.
248       An additional library, the user library, contains all of the
249       objects which are created (using the "make object" command)
250       during a session or objects which are loaded from a file but
251       do not belong to the built-in library.  The user library can
252       be saved by itself and reloaded later either into the user
253       library or into the built-in library.  This is the way to
254       create a personalized built-in library set.
256    3) In the non-TCL-based version of XCircuit, the special file
257       "startup.script" can be edited to include lines such as the
258       following:
260                 filename loadlibrary
262       The loadlibrary command will automatically include another
263       library file.  This method makes it convenient to divide up
264       libraries into separate files according to (for instance)
265       function (digital, analog, clip art, etc.), and use the
266       loadlibrary commands to choose which ones will be loaded
267       on startup.  Caveat:  If the order of loading is such that
268       an object contains an instance of another object which has
269       not yet been loaded, xcircuit will complain.
271       In the TCL-based version of XCircuit, the equivalent file is
272       "xcstartup.tcl" and the syntax is:
274         library n load filename
276       where "filename" is the name of the library file (e.g.,
277       "digital.lps"), and "n" is the library page number.  By
278       specifying the same page as an existing library, a set of
279       objects can be appended to that library.  "n" may also refer
280       to a library by name.
282       By default, libraries have the extension ".lps".  As they
283       contain only macros, they cannot be displayed with any
284       PostScript interpreter.
286    4) Xcircuit has a strict sense of zooming and snap-to grid.  Objects
287       scale absolutely;  line widths and text sizes will increase/decrease
288       proportionally with the zoom, as well as dot/dash spacing and all
289       other features.  Xcircuit does have a minimum integer grid in
290       coordinate space, which translates to 0.005 inches at an output scale
291       of 1.  The maximum zoom scale gives a screen size translating to
292       about 100 by 100 inches at an output scale of 1.  The effective
293       scale can be varied by changing the output scale (reached from the
294       "File/Write" menu selection) in order to fit a drawing to a page or
295       to get a grid matched to a specific dimension.  A separate scale
296       parameter changes the scale of the reported position relative to
297       the output scale (as it will appear on a printed page).
299    5) The snap-to grid is an all-important feature for circuit drawing,
300       wherein it is critical that wires line up properly with one another.
301       In xcircuit, there is no way to get off the snap-to grid except by
302       turning the snap function off and physically pushing elements off
303       the grid.  In any case, objects can always be returned to the snap
304       grid with the "snap" function (key 'S').
306 D) Schematic Capture
308       XCircuit implements a sophisticated schematic capture.  Unlike
309       virtually all schematic capture software currently available,
310       xcircuit allows the designer to draw the circuit in a "natural"
311       way, making use both of schematic hierarchies and simple
312       hierarchies created simply by grouping elements together.  If
313       the chosen netlist format is hierarchical (like SPICE), both
314       hierarchical forms will be retained in the output.  For element
315       grouping, input/output ports connecting into to the group will
316       be determined automatically, from context.
318       Individual networks can be queried (key 'Alt-W') to highlight
319       the entire visible part of the network, with the network name
320       printed in the message window. 
322       Any schematic can cover multiple pages.  One page is marked as
323       "primary" and the others marked as "secondary".  Netlists are
324       generated in the primary page object only, but incorporate
325       information from all the schematic pages.  All pages which have
326       the same "page label" are considered to be part of the same
327       schematic.
329 -----------------------------------------------------------------------------
331 Xcircuit reference:
332    Local:  See the xcircuit manpage ("man xcircuit")
333    Online: http://opencircuitdesign.com/xcircuit/features.html
335 -----------------------------------------------------------------------------
337 Online tutorials: See
338    Standard:          http://opencircuitdesign.com/xcircuit/tutorial/tutorial.html
339    Schematic capture: http://opencircuitdesign.com/xcircuit/tutorial/tutorial2.html
341 -----------------------------------------------------------------------------
343 Things to do: See the file "TODO"
344           
345 -----------------------------------------------------------------------------