基于KiCad的大语言模型插件(Agent) - 支持编辑PCB

前言

这一篇文章介绍我们对KiCad AI Assistant插件的增强，这些优化依然是针对Linux平台KiCad 10.0。相对于上一篇文章时的状态，这段时间我添加了PCB元器件相关的工具。

支持搜索、查找系统目录中的元器件。
支持设置原理图符号对应的PCB元器件。
支持从原理图更新PCB文件。
支持放置、移动、旋转PCB元器件。

除了添加PCB元器件相关的工具外，还对已有工具进行了增强。

增强了原理图连线工具。对工具的功能和参数进行了优化调整，原来的连线工具在很多情况下会失败，目前大部分场景能够找到合适的连线路径。
添加了大语言模型上下文空间管理功能。该功能会剔除过时的工具调用结果，节省上下文空间。当上下文超过压缩阈值时MCP会利用LLM来压缩历史聊天，尽量保留用户意图和设计方案。
优化了插件界面显示，合并了对话和工具调用窗口。打开KiCad API的情况下支持通过IPC接口更新PCB编辑器显示。但由于接口的限制，暂时无法更新原理图编辑器显示，需要用户手动刷新。
支持保存、恢复、重置当前会话。
支持保存快照，方便用户回退修改。LLM有时会搞砸原理图连线，乱到需要重新连线。
增加了测试用例，修复代码问题。

新的插件界面如下所示

PCB功能设计

KiCad的PCB文件（.kicad_pcb）和原理图文件一样，也是S表达式格式的纯文本文件，可以直接用代码读写。PCB相关功能的实现主要分两个部分。

第一个部分是封装的选型和同步。用户在原理图阶段为每个元件符号指定封装（Footprint属性），指定的封装名来自系统封装库。为了让LLM知道系统里有哪些封装可以用，插件会扫描系统的fp-lib-table，把所有.kicad_mod文件的元数据写入一个SQLite索引库，供LLM搜索查询。封装选好并写入原理图后，再通过KiCad的IPC接口触发”Update PCB from Schematic”操作，把封装同步到PCB文件里。

第二个部分是PCB上的元件摆放。同步完成后，封装坐标、旋转角度等信息都存在.kicad_pcb文件里，插件直接解析这个文件来读取和修改封装位置。修改完成后调用IPC接口通知KiCad重新加载PCB文件，PCB编辑器就会自动刷新显示。

PCB相关工具

插件内嵌的MCP工具添加了下列工具以支持PCB相关的功能。工具列表如下。

#	工具名	作用
1	sync_footprint_index	后台构建/增量更新封装库索引
2	get_footprint_sync_status	查询封装索引构建进度
3	list_footprint_libraries	列出所有可用封装库
4	search_footprints	按名称/描述/标签搜索封装
5	get_footprint_details	获取封装详情（焊盘、边界框等）
6	get_board_info	获取 PCB 板基本信息
7	list_footprints	列出板上已放置封装
8	get_footprint	获取单个封装详情
9	list_nets	列出板上所有网络
10	get_ratsnest	获取未布线飞线（ratsnest）
11	get_board_outline	读取板框（Edge.Cuts）图形元素
12	clear_board_outline	清除板框
13	add_board_outline_segment	向板框添加直线段
14	add_board_outline_arc	向板框添加圆弧
15	set_board_outline_rect	一步设置矩形板框（支持圆角）
16	get_footprint_bbox	获取单个封装的 courtyard 边界框
17	get_board_bounding_box	获取全板封装的联合边界框
18	align_footprints	将一组封装对齐到同一坐标轴
19	distribute_footprints	沿坐标轴等间距分布封装
20	move_footprints_by_delta	将一组封装整体平移 (dx, dy)
21	find_free_pcb_area	搜索板上不与已有封装重叠的空闲位置
22	set_footprint_position	移动/旋转单个封装
23	flip_footprint	将封装在顶层/底层之间翻转
24	set_footprint_property	设置封装属性字段
25	update_pcb_from_schematic	触发”从原理图更新 PCB”操作
26	reload_kicad	在 KiCad 编辑器中重新加载文件

工具调用举例

下面用一个实际的例子介绍如何用这个插件来设计PCB。因为KiCad 10.0与中文输入法不太兼容，为了方便我输入的是英文提示词。也可以在文件编辑器中输入中文再粘贴到插件中，我因为懒就直接用了英文。

我用KiCad AI Assistant插件画了一个由USB和电池组成的简单电源电路。
在KiCad AI Assistant中要求大语言模型帮我们搜索适合的元器件封装。
大语言模型搜索封装库，选好封装后把封装信息写入原理图。
待确定完所有元器件后让大语言模型触发基于原理图更新PCB的操作，KiCad会弹出”Update PCB from Schematic”对话框，用户点击确认后封装就出现在PCB上了。
继续让大语言模型调整PCB元器件的位置，直到所有元器件都摆放到合适的位置。