CC BY
5
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ СИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА
А.Ю. Медведев, магистрант
К.Н. Цебренко, канд. техн. наук, доцент
Академия маркетинга и социально-информационных технологий - ИМСИТ (Россия, г. Краснодар)
Б01:10.24412/2500-1000-2022-10-2-100-103
Аннотация. Исследование новых методов проектирования реконфигурируемых систем является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество разрабатываемых реконфигурируемых систем. В работе проведен анализ состояния и развития реконфигурируемых систем их архитектуры и особенностей построения. Разработана общая схема квалификации, и выделен класс реконфигурируемой системы, функционирующий в реальном масштабе времени в условиях повышенного воздействия неблагоприятных факторов. Обоснован выбор методов и средств проектирования реконфигу-рируемых систем.
Ключевые слова: реконфигурируемые системы, методы, проектирование, классы систем, интегрированная среда.
Исследование и разработка новых методов проектирования реконфигурируемых систем можно считать перспективной задачей, решение которой позволит повысить качество разрабатываемых реконфи-гурируемых систем.
Анализ состояния и развития реконфи-гурируемых систем их архитектуры и особенностей построения позволил разработать общую схему квалификации, которая учитывает признаки, влияющие на показатели живучести и достоверности выходной информации. В соответствии с квалификационной схемой выделяется класс рекон-фигурируемой системы, функционирующий в реальном масштабе времени в условиях повышенного воздействия неблагоприятных факторов [1].
Такие классы реконфигурируемых систем обладают особенностями:
- многопроцессорная или многомашинная организация структурных элементов (СЭ) системы, которая реализует параллельные вычислительные процессы;
- распределенная обработка информации;
- высокая скорость обмена информации;
- наличие избыточности вычислительных ресурсов и средств функционального контроля работа всех элементов системы;
- оптимизация между специализированными и универсальными вычислительными средствами реконфигурируемой системы [2].
В соответствии с особенностями в работе рассмотрены проблемы построения и направления развития реконфигурируемых систем касающиеся технологии оборудования, архитектуры и предоставляемые услуги [3].
Живучестью реконфигурируемой системы является способность обеспечить выполнения заданного множества функций при воздействии неблагоприятных факторов путем реконфигурирования структуры, перераспределения ресурсов по задачам и эффективного управления процессами их реализации. Данное определение предполагает комплексное рассмотрение структурной и функциональной живучести реконфигурируемой системы.
При оценке показателей живучести, производительности и надежности информации предполагается, что реконфигури-руемая система состоит из однородных и гетерогенных структурных элементов (СЭ). Под СЭ понимается аппаратное и программное обеспечение, обеспечивающее взаимодействие компонентов системы с другими узлами реконфигурируемой системы. Сама концепция СЭ значительно
упрощает процесс структурного проектирования, внедрения и развития разрабатываемой системы [3].
Существует два вида негативных факторов, приводящих к снижению эффективности структурных элементов:
- внутренние (отказ аппаратных и программных компонентов),
- внешние (факторы влияющие из вне).
Согласно функциональному назначению, любой вид ресурсов СЭ делится на внутренний и внешний. В то же время в ВНР можно переносить следующие вычислительные ресурсы: производительность, объем памяти, прикладные программы и ВЕР-ресурсы, предоставляющие управляющие и информационные ссылки со структурными элементами с внешней средой и с другими СЭ. Текущее значение внешних и внутренних ресурсов, а также изменения рабочей нагрузки и трафика, а также обеспечение живучести в целом определяют реальное состояние реконфи-гурируемой системы. Все ситуации, возникающие в РВС, делятся на: обобщенные и непредвиденные.
Обобщенные ситуации (ОБС) - набор тикающих ситуаций, для которых решение о живучести РВС предопределено.
Неопределенные ситуации (НЕС) - которые ранее не могут быть предусмотрены и, следовательно, принимают доступное решение, из-за достаточно сложного и неполного знания о возможном состоянии системы.
Потребность в высокоуровневом проектировании подобных систем и применение новых методологий связано с рядом факторов. Вычислительная технология с момента создания первой программируемой
схемы. Современные компьютеры намного опережают своих предшественников, каждый год расширяются возможности, которые они обеспечивают. Увеличение вычислительной мощности отдельных процессоров, все больше и больше имеют комплексные гетерогенные вычислительные системы, которые интегрируют различные вычислительные ядра [3].
Алгоритм проектирования реконфигу-рируемой системы (рис. 1) протекает в следующей последовательности:
- анализ области и ее проблемы;
- постановка задач;
- наличие файла конфигурации;
- отображение на архитектуру;
- подготовка технического задания;
- оценка технических параметров;
- проверка параметров;
- вывод системы в эксплуатацию.
При проектировании и конфигурируемых систем используют интегрированные среды разработки. В настоящее время все чаще находят широкое применение интегрированная среда разработки (ИСР/IDE) -это комплекс программных средств, используемый программистами для разработки программного обеспечения [4]. Одним из таких комплексов является графическая среда LabVIEW. Однако существует множество альтернатив. Например VisSim - язык визуального программирования, предназначенный для моделирования динамических систем, а также модельный дизайн для встроенных микропроцессоров. VisSim сочетает в себе интуитивно понятный интерфейс для создания блок-диаграмм и мощного ядра моделирования. Язык разработан американской компанией Visual Solutions.
Рис. 1. Блок-схема алгоритма проектирования
Языковая и программная среда VisSim широко используется в разработке систем управления и цифровой обработки сигналов для моделирования и проектирования. Он включает в себя блоки для арифметических, булевых и трансцендентных функций, а также цифровые фильтры, функции передачи, численное интегрирование и интерактивный выход. Основными областями моделирования являются аэрокосмическая, биологическая / медицинская, цифровая мощность, электродвигатели, электрические, гидравлические, механические, термические процессы, эконометрика.
VisSim позволяет создавать иерархические диаграммы. Как правило, построена модель определенного процесса, состоящая из нескольких уровней. Затем система дополняется виртуальным контроллером и настраивается до тех пор, пока не будет получен желаемый ответ системы. Методика моделирования производительности систем в автономном режиме, за которой следует автоматическая генерация кода с диаграммы, называется модельной разработкой (Model-Based Development).
HiAsm - свободная среда разработки приложений для win32, Qt, wxWidgets, скриптов и страниц PHP, html и JavaScript и приложений для устройств на базе Windows Mobile - например, для карман-
ных компьютеров.
HiAsm - практический пример реализации подхода, ориентированного на модельную архитектуру, также называемого «разработка из модели». Значение этого подхода заключается в абстрагировании от платформ и архитектур аппаратных и системных программных (математических) провайдеров. В разработке пользователя не требуется знание языков программирования и функций операционной системы, что позволяет создавать приложения, управлять их моделью с помощью интуитивно понятного графического интерфейса.
Algorithm Builder - бесплатная среда, обеспечивающая полный цикл разработки прошивки, такие этапы, как ввод алгоритмов, отладка и внутрисхемное программирование. Разработка программы может выполняться как на уровне ассемблера, так и на макроуровне, где можно работать с переменными переменными произвольной длины. Это приближает возможности программирования к языку высокого уровня. Отличительной особенностью Algorithm Builder является возможность ввода программы графически, в виде алгоритма с древовидной структурой. В результате вся логическая структура программы становится полностью понятной. Этот метод
программирования близок к природе чело- стемы, риски, экономическую обоснован-веческого восприятия, и поэтому его легче ность применения спроектированной си-освоить по сравнению с классическим ас- стемы.
семблером. На рисунке 3 показан IDE В результате исследования выделен
Algotitm Builder. класс реконфигурируемой системы, функ-
В отличии от рассмотренных альтерна- ционирующий в реальном масштабе вре-тив LabVIEW, которые применяются для мени в условиях повышенного воздей-конкретных задач проектирования и моде- ствия неблагоприятных факторов. Обосно-лирования, LabVIEW, работая в связке с ван выбор методов и средств проектирова-лабораторный стенд ELVIS, позволяет ния реконфигурируемых систем на основе наглядно протестировать спроектирован- пакета LabVIEW, что в связке с лабора-ную в LabVIEW систему на физическом торным стендом ELVIS позволяет проте-уровне. Это дает возможность понять стировать спроектированную систему на принцип взаимодействия компонентов си- физическом уровне.
Библиографический список
1. Анохин, А.В. Основные тенденции развития средств проектирования микросхем FPGA / А.В. Анохин, О.Ю. Макаров // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: межвузовский сборник научных трудов. - Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2007. - С. 124-130.
2. Троицкий, А.М. Методы тестирования и отладки ПЛИС. Инструменты проектирования ПЛИС // Research success 2021: Сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса, Петрозаводск, 06 декабря 2021 года. - Петрозаводск: Международный центр научного партнерства «Новая Наука» (ИП Ивановская И.И.), 2021. -С. 36-44. - DOI 10.46916/08122021-3-978-5-00174-398-9.
3. Программируемые логические интегральные схемы: учебное пособие / Н.Ю. Сиротинина, О.В. Непомнящий, А.И. Постников, Д.А. Недорезов. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2020. - 224 с. - ISBN 978-5-7638-4244-9.
4. Цебренко, К.Н. Разработка схемы модуля сопряжения для системы управления станциями катодной защиты на базе микроконтроллера atmega2561 / К.Н. Цебренко, А.Ю. Выхованец // Актуальные вопросы современного социально-экономического развития России: проблемы теории и практики: Сборник научных трудов Национальной (всероссийской) научно-практической конференции. - Краснодар, 2019. - С. 325-333.
STUDY OF DESIGN METHODS AND TOOLS FOR RECONFIGURABLE I/O
SYSTEMS
A.Yu. Medvedev, Graduate Student
K.N. Tsebrenko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Academy of Marketing and Social information technologies - IMSIT (Russia, Krasnodar)
Abstract. The study of new methods for designing reconfigurable systems is an urgent task, the solution of which will improve the quality of the developed reconfigurable systems. The paper analyzes the state and development of reconfigurable systems, their architecture and construction features. A general qualification scheme has been developed, and a class of a reconfigurable system has been identified that operates in real time under conditions of increased exposure to adverse factors. The choice of methods and means for designing reconfigurable systems is substantiated.
Keywords: reconfigurable systems, methods, design, system classes, integrated environment.
