Введение к работе
-3-
Актуальност» проблемы Диссертация посвящена разработке методов и программных средств динамического анализа микропроцессорных систсм(МПС) как составной части процесса отладки МПС на этапе проектирования. Г.од микропроцессорноГ? системой понимается цифровая система(ЦС), построенная на основе микропроцессорных БИС и схем малой и средней степени интеграции. Основная область применения результатов работы - отладка цифровых систем, содержащих относительно небольшое число функционально-сложных компонентов.
Актуальность работы обусловлена следующим.
Требования по быстродействию и надежности к микропроцессорным системам постоянно возрастают. Это определяет необходимость проведения точного и полного анализа временных аспектов функционирования МПС на этапе проектирования. Однако это связано с немалыми сложностями. Как показал опрос разработчиков микропроцессорных систем, среди ошибок проектирования МПС трудоемкость обнаружения и локализации наиболее высока у ошибок, связанных с временными аспектами работы МПС.
Традиционные методы макетирования не позволяют достаточно полно проанализировать работу МПС. Во-первых, временные пірамстрьі компонентов МПС имеют технологический и эксплуатационный разброс значений; во-вторых, времена наступления событий на входе МПС определяются системой неравенств, отображенных на временной диаграмме входных сигналов. Таким образом, временные параметры компонентов я времена наступления событии изменения значений сигналов распределены внутри некоторого интервала, и требуется проверить поведение множества реализаций МПС на множестве входных воздействий. Вес это определяет необходимость использования методов анализа на ЭВМ в составе САПР микропроцессорной аппаратуры.
В настоящий момент методы динамического анализа на ЭВМ с учетом интервальных величии задержек используются в основном при проектировании БИС и ориентированы прежде всего на анализ вентильных схем. При этом, после автономной отладки при включении БИС в состав системы обнаруживается большое число ошибок проектирования, связанных с невыполнением требований протокола обмена информацией. Дня цифровых систем, построенных на основе БИС, необходимо решить ряд общих проблем динамического анализа: для повышения адекватности моделирования решить в общем виде проблему временной корреляции сштіалов; разработать срсдствп для формирования рекомендаций по исправлению ошибок; устранить препятствия для использования
международного стандарта описания ЦС любого уровня сложности язык VHDL в системе динамического анализа.
Исследования автора выполнялись в соответствии с целевоі
комплексной программой научно-исследовательских рабо-
"Мньроггроцсссоры н микро-ЭВМ" Минвуза СССР, в рамказ международного проекта "Электронизация народного хозяйства" по тсм« "Разработка и внедрение программных средств проектирования цифрово» аппаратуры и вычислительных систем на основе языка VHDL", в рамка; комплексной программы "Информатизация образования и науки РСФСР' .(приказ ГК НВШ РСФСР от 11.03.91г. N185). 6-ти хоздоговорных тем. nt двум из которых автор являлся руховодіггелем, ряда госбюджетных тем і договоров, о творческом содружестве.
Цель_р^іСотьі. Основной целью данной работы является разработкі методов н программных средств динамического анализа микропроцсссорньи систем на этапе проектирования с использованием функционально логического моделирования.
Залами исследований. В соответствии с поставленной цельх исследования проводились в следующих направлениях:
- определение задач динамического анализа мнкропроцессорньо
систем как составной части отладки МПС;
- исследование методов динамического анализа цифровых систем и ид
применимости для анализа МПС;
разработка математической модели МПС, их компонентов у временных спецификаций; формальная постановка задачи динамическогс анализа МПС;
исследование способов представления и методов .преобразована информации о динамике работы МПС;
разработка метода верификации временных диаграмм МПС на основе интервального моделирования семейства МПС на семейств* временных диаграмм; решение в общем виде проблемы временной корреляции сигналов;
разработка принципов построения моделей компонентов МПС дш интервального моделирования;
- разработка метода формирования рекомендаций по исправлению
/< ошибок, связанных с временными аспектами функционирования МПС и
метода получения временных спецификаций МПС по результатам моделирования;
- разработка системы верификации временных диаграмм МПС,
включая разработку лингвистического, информационного, методического и
программного обеспечения; для разработки лингвистического обеспечешія
должен быть проведен анализ существующих средств описания НС и предложен язык описанії* МПС для динамического анализа;
- разработка методов и средств поддержки формальных языков в
САПР микропроцессорной аппаратуры;
- расширение языка VHDL для использования в задаче динамического
анализа; разработка метода верификации временных диаграмм VIIDL-
моделей ЦС.
Методы исследований основаны на использовании формализмов теории динамических систем, конечных автоматов, теории графов, теории множеств, математической логики.
Наднная__И0юшга. В ходе выполнения данной работы получены следующие основные научные результаты:
математическая модель микропроцессорной системы и ее компонентов, используемая для динамического анализа МПС, в виде семейства стационарных динамических систем;
- математическая модель "событийная временная логическая сеть" как
единое представление для полного и компактного описания информации о
связи событий во зремсни;
- классификация информации о функционировании МПС и их
компонентов во времени; метод получения тиііов временнных параметров
(требований к набору временных параметров) по логической функции;
метод верификации временных диаграмм МПС на основе алгоритма интервального символического событийного моделирования, который позволяет решить проблему временной корреляции сигналов з общем виде;
принципы построения моделей компонентов МПС для интервального моделирования; инвариантами к области применения метод построения функциональных моделей ЦС в многозначном алфавите;
- метод определения временной спецификации МПС и их
компонентов по результатам моделирования, основанный на корректировке
начального приближения путем формирования вариантов исправления
ошибок;
- принципы построения языка описания функционирования ЦС для
динамического анализа; описание ЦС представляется в виде совокупности
логико-временных отношений;
предложения по расширению языка VHDL, позволяющие использовать VHDL в задаче динамического анализа; метод верификации временных диаграмм VHDL-моделей ЦС;
- принципы построения и интеграции программных средств поддержки
формальных языков в САПР.
Практнческая ценность и реализация результатов работм-На основе полученных научных результг -ов разработаны:
система ьернфикации временных диа."рамм МПС;
комплекс инструментальных средств поддержки формальных языков в САПР;
- таблнчноорнентировакшш язык описания цифровых устройств
ТАБТАН, транслятор с языка ТАБТРАН, с использованием которою были
разработаны библиотеки моделей серий К1804, К564, К588, К155 для
системы логической отладки МПС;
- транслято. с языка оі.лсання цифровых устройств "Форма" в единый
формат представления информации о цифровых системах КФПД;
-. ск.тсма подготовки описаний на языке VHDL (V HDL-Instructor); резидентный спрэгочник по языку VHDL (VHDI--Helper);- справочно-обучающая система по ізьїку VHDL; конверторы ><з стандартизованных форматов представления информации о цифровой системе PDIF и ЕФПД на язык VHDL.
Разработанные средства реализованы в виде прикладных программ для ЭВМ СМ-4 и аЗМ-совмсстимых персональных компьютеров в опср?цнонных системах ДОС КП к MS-DOS ««ответственно.
Научные и практические результаты внедрены в двух і зучно-исслсдоватсльскіїх институтах, ; ВУЗах (МИЭМ, ЛІІАП, МИФИ). Кроме того, программные срсдстіа поддержки языка VHDL переданы во Всесоюзную ассоциацию предприятий, заинтересованных в ігрименснии языка VHDL (ВАЯПС) и впоследствии переданы в \іЗН, МИЗТ, НИИ САПР АН(г.Зслсноград), НИИМА "Прогрссс"(Москва). В рамках международного проекта "Электронизация народного хозяйства" VHDL-Ini;tructor и VHDL-Hclpcr і ;рсданы фирмам Russian-American Sofrware(ClIIA) и ALPHA СКАЇ'ШХ(Франция) для расггростр.інення.
Внедрение средств дцнамігчсского анализа позволило сократить сроки н стоимость и повысить надежность разработки микропроцессорных систем. Внедрение средств поддержки языка NTtDL направлено на интеграцию процесса разработки, сопровождения и изучения цифровой аппаратуры. Результаты внедрения подтверждены семью актами, прнвсдешіьіми в приложении.
Аирййаш1Ж_р_а5й1Ы> Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на XLI Всесоюзной научной сессии НТОРЭС им. А.С.Попова, посвященной Ді.ю радно(,Мосьва, 1986), совещанли-семннаре "Применение микропроцессорных средств и робототехники и городском хозяйствс"(Москва, 1986), Всесоюзном совещании модод<« ученых и специалистов "Проблемы ч/встантег дости
электронных и электромеханических снстсм"(Москва, 1987), Республиканском совещании "Численные методы проектирования и испытания элементов РЭА"(Таллин, 1987), производственно-т* хническом семинаре "Методы и средства отладки микропроцессорных систсм"(Москва,1989), Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы создания интеллектуальных САПР РЭА и СБИС"(Симферополь, 1989), "сспублнканском совещании "Численные методы и средства проектирования и испытания элементов твердотельной электроннкн"(Таллинн,1989), 3-м Всесоюзном совещании молодых ученых и специалистов с участием зарубежных учен-їх "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управлення"(Симферополь, 1991), семинаре Всесоюзной ассоциации групп пользователей фирмы Borland БОРАГ (Севастополь, 1991), мездутародкой конференции "Международные стандарты в проектировании и производстве" (Москва, 1992), ІГГС кафедры "Вычислительная техника" Московского государственного института электроники и математики.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы, Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка литературы из 151 наименования, шести приложений и содержит 149 страниц основного текста, 50 рисунков, 57 страниц приложений.
