СИСТЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ. Программныепродуктыисистемы
 Скачать 172.87 Kb.
|
|
Программныепродуктыисистемы № 1, 2006 г. 44 средств определяются моделями сред – географиче- ской, гидрологической, метеорологической и элек- тромагнитной. Важнейшим элементом моделей являются базы данных и знаний, где описываются основные взаи- мосвязи моделей средств и объектов и поведение объектов. В общем случае модели могут быть анали- тическими детерминированными [1], оптимизацион- ными и имитационными. Аналитическиедетерминированныемодели мо- гут использоваться для подтверждения и/или про- верки теоретических положений, проведения вычис- лительных экспериментов и т.п. Оптимизационнаямодель боевых действий по- зволяет выбирать в ходе исследования рациональный состав сил и средств моделируемой системы или распределение сил и средств между функциональ- ными, иерархическими подсистемами или же от- дельными элементами моделируемой системы. В оптимизационных моделях боевых действий могут быть использованы методы оптимизации: ли- нейное и нелинейное программирование, анализ марковских дискретных цепей, теория игр, оптими- зация по Парето и некоторые другие. Имитационныемодели применимы для модели- рования процессов и систем любого уровня и любой структуры. В зависимости от этого определяется степень детализации моделируемых функций и па- раметров. В общем случае имитационные модели могут быть регулярными (аналитическими), квазире- гулярными и стохастическими. Регулярные модели могут применяться в тех случаях, когда все функции, параметры и связи меж- ду ними описываются аналитическими зависимостя- ми. Следовательно, такие модели применимы только для исследования отдельных систем и средств. Ква- зирегулярные и стохастические модели позволяют моделировать любые системы и процессы. Обычно классифицируются модели по их внут- реннему содержанию: аналоговые, имитационные, аналитические, стохастические и т.п. Предназначе- ние моделей целесообразно разделить на три группы: исследовательские, управляющие, обучающие. Очевидно, исследовательскиемодели предна- значаются для изучения каких-то объектов, процес- сов, явлений. Управляющиемодели предназначаются для управления некими объектами и процессами, проте- кающими в них. Причем управляющие модели мож- но подразделить на две группы: планировочные, обеспечивающие поддержку принятия предвари- тельного решения и планирования действий; ко- мандные, выдающие рекомендации или непосредст- венно воздействующие на управляемый объект. Эти модели являются составной частью АСУ. Обучающиемодели предназначены для подго- товки персонала, управляющего объектами и про- цессами. При этом следует различать предназначе- ние моделей в зависимости от целей обучения: для теоретического обучения и для практической подго- товки – тренажные. Для теоретического обучения модели могут быть информационными, описываю- щими и/или показывающими устройство представ- ляемых объектов и протекающих в них процессов, имитационными, демонстрирующими развитие про- цессов в динамике. Тренажные модели во всех слу- чаях должны быть имитационными, представляю- щими развитие моделируемых процессов в динами- ке, в том числе под воздействием обучающихся. Тренажерные системы по своей сути являются имитационными моделями. Однако возможности по использованию их в исследовательских целях опре- деляются организацией баз данных и знаний. Закры- тые базы существенно снижают исследовательские возможности этих систем. Открытые базы позволяют модифицировать модели и варьировать условия мо- делирования. Важным условием использования мо- делей в образовательных целях является свойство адаптивности их к обучающимся. Тренажные модели являются наиболее сложными. Они должны вклю- чать в себя, помимо объектов и процессов, управ- ляемых обучающимися, еще и модели внешней сре- ды. Во всех случаях обучающие модели должны ба- зироваться на моделях, описывающих предметную область деятельности обучающегося, процессы, про- текающие в предметной области, процессы, управ- ляемые обучающимся в этой предметной области. Списоклитературы 1. Автоматизация управления и связь в ВМФ./ Под общ. ред. Ю.М. Кононова. - СПб.: Элмор, 2001. 2. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978. 3. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 4. Шеннон Р.Е. Имитационное моделирование систем – искусство и наука. - М.: Изд-во Мир, 1978. СИСТЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ А.А. Веселов Для осуществления функционально-логического проектирования сложных устройств цифровой авто- матики 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 доста- точно эффективно оценивать работоспособность проектируемых устройств. Однако непрерывное уве- личение сложности цифровой аппаратуры приводит Программныепродуктыисистемы № 1, 2006 г. 45 к тому, что методы имитационного моделирования объектов становятся все менее эффективными. В та- ких условиях более предпочтительными становятся технологии, использующие аналитические возмож- ности применяемого математического аппарата мо- делирования, позволяющие проводить оценку рабо- тоспособности и диагностику неисправностей в ав- томатическом режиме. Среди моделей, используемых в современных системах автоматизированногофункционально- логическогопроектирования (СФЛПр), все больше применяется математический аппарат теории сетей Петри (СП). К основным его преимуществам отно- сятся простота, наглядность, способность наиболее естественным образом моделировать явления парал- лелизма, синхронизации, конфликтов и т.д. Харак- терная особенность СП – наличие широких аналити- ческих возможностей [4]. Однако использование классических СП в практике проектирования цифро- вой аппаратуры ограничивается проблемами несоот- ветствия между атрибутами, с помощью которых описывается поведение модели и объекта, что требу- ет необходимости применения сложных методов вза- имной 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 проектируе- мых устройств цифровой автоматики и вычисли- тельной техники. В этом случае схема устройства представляется как отображение модели, такое же, каким является изображение ее графа. Это позволяет конструктору цифровых устройств работать со схе- мой не только как с обычным чертежом, но и одно- временно как с отображением соответствующей имитационной модели объекта. Реализация такого подхода позволяет конструировать схему, оказывать на нее различные возмущающие воздействия и на- блюдать соответствующие реакции непосредственно на схемном изображении проектируемого устройст- ва, отображаемом на экране монитора. Система DPN-Schematic содержит следующие основные подсистемы: − формирования схемного решения проекти- руемого устройства (СХЕМА); − создания условных графических изображений функциональных элементов и привязки их к соответ- ствующим моделям (СУГИ); − формирования и синтеза DPN-моделей (МО- ДЕЛЬ); − проведения имитационного эксперимента (ИМЭКСП): − анализа работоспособности проектируемых устройств в автоматическом режиме (АНАЛИЗ). Кроме того, в состав системы входит база дан- ных, в которой содержатся условные графические изображения стандартных функциональных элемен- тов, используемых при проектировании функцио- нальных схем цифровых устройств, и их соответст- вующие DPN-модели. При необходимости система DPN-Schematic обеспечивает возможность пополне- ния имеющейся элементной базы новым функцио- нальным элементом и его DPN-моделью. Для реше- ния этой задачи предназначены подсистема СУГИ и МОДЕЛЬ. Процесс проектирования функциональных схем осуществляется с помощью подсистемы СХЕМА пу- тем выборки из базы данных необходимых функцио- нальных элементов, размещения их в нужном месте рабочего поля чертежа и формирования соединений между ними. С помощью подсистемы ИМЭКСП система DPN-Schematic позволяет оценить качество проекти- рования путем оценки работоспособности создавае- мого устройства в процессе проведения имитацион- ных экспериментов с его моделью. При этом проек- тировщик может задать все необходимые начальные условия и входные воздействия непосредственно и наблюдать ответные реакции на изображении проек- тируемого объекта. Подсистема АНАЛИЗ предоставляет пользова- телю возможность оценить работоспособность про- ектируемых устройств и без необходимости прове- дения 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 си- туаций, из которых невозможно вывести устройство штатными средствами. Проведенные исследования разработанной сис- темы 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. Списоклитературы 1. Разевиг В.Д. Применение P-CAD и Pspice для схемотехни- ческого моделирования на ПЭВМ: В 4 вып. –М.: Радио и связь, 1992. 2. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электрон- ных 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 сис- тем. / Пер. с англ. –М.: Мир, 1984. 5. Веселов А.А. Моделирование функциональных устройств цифровой схемотехники на основе расширения сетей Петри // При- боры и системы: управление, контроль, диагностика. – 2004. - № 8. - С. 29-39. |