Software & Systems

Для осуществления функционально-логического проектирования сложных устройств цифровой автоматики и вычислительной техники уже существуют инструментальные средства, наиболее известными из которых являются системы PCAD [1], DesignLab [2] и OrCAD [3]. В процессе проведения имитационных экспериментов указанные средства позволяют достаточно эффективно оценивать работоспособность проектируемых устройств. Однако непрерывное увеличение сложности цифровой аппаратуры приводит к тому, что методы имитационного моделирования объектов становятся все менее эффективными. В таких условиях более предпочтительными становятся технологии, использующие аналитические возможности применяемого математического аппарата моделирования, позволяющие проводить оценку работоспособности и диагностику неисправностей в автоматическом режиме.

Среди моделей, используемых в современных системах автоматизированного функционально-логического проектирования (СФЛПр), все больше применяется математический аппарат теории сетей Петри (СП). К основным его преимуществам относятся простота, наглядность, способность наиболее естественным образом моделировать явления параллелизма, синхронизации, конфликтов и т.д. Характерная особенность СП – наличие широких аналитических возможностей [4]. Однако использование классических СП в практике проектирования цифровой аппаратуры ограничивается проблемами несоответствия между атрибутами, с помощью которых описывается поведение модели и объекта, что требует необходимости применения сложных методов взаимной интерпретации. Существенно ослабит данную проблему оригинальное расширение СП, названное DPN-моделью [5].

В работе представлены результаты разработки автоматизированной СФЛПр устройств цифровой электронной техники (DPN-Schematic), в которой реализованы все преимущества использования DPN-моделей в аналогичных САПР.

Отсутствие проблемы несоответствия между DPN-моделью и дискретно-событийным объектом на поведенческом уровне позволило использовать функциональные схемы проектируемых устройств для отображения внутреннего устройства объектов и состояния их имитационных моделей и организации взаимодействия с ними. Это позволяет полностью скрыть математическую модель от пользователя в процессе автоматизированного конструирования, проведения экспериментальных исследований и формализованного анализа поведения проектируемых устройств цифровой автоматики и вычислительной техники. В этом случае схема устройства представляется как отображение модели, такое же, каким является изображение ее графа. Это позволяет конструктору цифровых устройств работать со схемой не только как с обычным чертежом, но и одновременно как с отображением соответствующей имитационной модели объекта. Реализация такого подхода позволяет конструировать схему, оказывать на нее различные возмущающие воздействия и наблюдать соответствующие реакции непосредственно на схемном изображении проектируемого устройства, отображаемом на экране монитора.

Система DPN-Schematic содержит следующие основные подсистемы:

-         формирования схемного решения проектируемого устройства (СХЕМА);

-         создания условных графических изображений функциональных элементов и привязки их к соответствующим моделям (СУГИ);

-         формирования и синтеза DPN-моделей (МО­ДЕЛЬ);

-         проведения имитационного эксперимента (ИМЭКСП):

-         анализа работоспособности проектируемых устройств в автоматическом режиме (АНАЛИЗ).

Кроме того, в состав системы входит база данных, в которой содержатся условные графические изображения стандартных функциональных элементов, используемых при проектировании функциональных схем цифровых устройств, и их соответствующие DPN-модели. При необходимости система DPN-Schematic обеспечивает возможность пополнения имеющейся элементной базы новым функциональным элементом и его DPN-моделью. Для решения этой задачи предназначены подсистема СУГИ и МОДЕЛЬ.

Процесс проектирования функциональных схем осуществляется с помощью подсистемы СХЕМА путем выборки из базы данных необходимых функциональных элементов, размещения их в нужном месте рабочего поля чертежа и формирования соединений между ними.

С помощью подсистемы ИМЭКСП система DPN-Schematic позволяет оценить качество проектирования путем оценки работоспособности создаваемого устройства в процессе проведения имитационных экспериментов с его моделью. При этом проектировщик может задать все необходимые начальные условия и входные воздействия непосредственно и наблюдать ответные реакции на изображении проектируемого объекта.  

Подсистема АНАЛИЗ предоставляет пользователю возможность оценить работоспособность проектируемых устройств и без необходимости проведения имитационных экспериментов путем анализа свойств DPN-модели в автоматическом режиме. Эта подсистема позволяет определить все недостижимые состояния в проектируемом устройстве, определить наличие в нем бесполезных событий, тупиковых ситуаций, из которых невозможно вывести устройство штатными средствами.

Проведенные исследования разработанной сис­темы позволяют сделать вывод: использование DPN-моделей, обладающих высокой моделирующей мощностью СП и широким наборм их аналитических возможностей, позволяет значи­тельно повысить эффективность автоматизирован­ных СФЛПр за счет сокращения существенного повышения качества проектирования цифровых электронных устройств.

Список литературы

1.   Разевиг В.Д. Применение P-CAD и Pspice для схемотехни­ческого моделирования на ПЭВМ: В 4 вып. –М.: Радио и связь, 1992.

2.   Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электрон­ных устройств DesignLab 8.0. –М.: Солон, 1999.

3.   Разевиг В.Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD. –М.: Солон-Р, 2000.

4.   Питтерсон Дж., Теория сетей Петри и моделирование систем. / Пер. с англ. –М.: Мир, 1984.

5. Веселов А.А. Моделирование функциональных устройств цифровой схемотехники на основе расширения сетей Петри // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. – 2004. - № 8. - С. 29-39.