Caractéristiques de la conception de systèmes à l'aide d'outils basés sur un microprocesseur. Microprocesseurs
La tâche principale lors de la création d'un MPS est de développer le matériel (structure physique) du système et de programmer ses propriétés fonctionnelles, c'est-à-dire dans la mise en place de la structure MPS pour la tâche.
La conception de MPS est fondamentalement différente des méthodes traditionnelles de conception logique de systèmes basées sur la « logique dure ». Lors de la conception de systèmes basés sur une « logique dure », ensemble varié éléments logiques avec cadran fixe fonctions logiques et la tâche est de établir des connexions physiques entre eux . Lors de la conception du MPS, il y a petit ensemble éléments dont les fonctions sont divers et déterminés par le système de commandement . La tâche de conception se résume à sélection d'une structure MPS standard et programmation de ses propriétés .
Il convient de noter que le nombre de structures, de manière générale, est limité par le cadre évoqué dans la section précédente. Puisque le temps de développement et de maîtrise des systèmes en production devient proportionné à son cycle de vie (le temps de son existence opportune avant l'apparition d'un analogue compétitif), il faut :
· s'efforcer d'utiliser déjà connu solutions standards avec le soutien de packages de CAO axés sur le développement de MPS (bien qu'un spécialiste créatif veuille créer quelque chose d'original) ;
· développer un système prenant en compte « l'extrapolation de leur évolution » (extension des fonctions, augmentation de la puissance, modularité, adaptabilité).
Les systèmes à microprocesseur satisfont à ces exigences, en étant flexibles, peu coûteux, avec un temps de développement court et une fiabilité élevée par rapport aux systèmes à « logique dure », car ils ont un nombre d'interconnexions nettement inférieur. Cependant, MPS perd face aux systèmes basés sur une « logique dure » dans les cas où des vitesses élevées de traitement de l'information sont requises ou où un système de faible complexité est en cours de développement.
| Figure 64 |
La figure 64 montre la procédure de développement et de débogage recommandée, qui comprend les principales étapes de la conception de MPS. Développement logiciel Les outils (logiciels), matériels (AS) et de débogage (OS) sont exécutés simultanément. Une coordination étroite des travaux à ce stade est déterminée par la dépendance directe du logiciel vis-à-vis de l'AS. Dans le processus de création d'un MPS, des erreurs sont identifiées, pour les éliminer, vous devez revenir aux étapes précédentes, c'est-à-dire Le processus de conception est itératif « de bout en bout », ce qui n’est pas reflété dans la figure 64.
Examinons de plus près chacune des étapes.
Formulation du problème.
La figure 65 montre une séquence de travail qui révèle l'essence de l'étape « Formulation du problème ».
Le champ des applications possibles du MP est très étendu. Il existe une volonté de s’attaquer à la solution d’un problème spectaculaire. Cependant, si l’entreprise est sceptique quant à MP, alors l’échec discréditera l’idée même d’utiliser MP. Il est donc très important bon choix application prioritaire du MP, décidée dès la première étape de cette étape.
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| Figure 65 |
Les principaux critères pour atteindre l'objectif à cette étape peuvent être considérés :
1. Vitesse de développement et organisation de la production de masse.
2. Efficacité de l'application (notamment sa clarté).
3. Coûts minimaux (remboursement rapide). Le tableau 1 peut fournir une certaine aide ici.
Tableau 1
Lors du développement d'un concept de base, la question de savoir quel type de système doit être est résolue : un système contrôle automatique(ACS) ou système de contrôle automatisé (ACS). L'ACS est conçu pour contrôler le TOU sans intervention humaine et est donc plus simple dans le sens du manque de communication avec les humains et les interfaces linguistiques, mais doit prévoir toutes les situations possibles qui se présentent dans le MPS.
Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d’un modèle mathématique complet du TOU (processus). Dans un système de contrôle automatisé, la solution aux situations d'urgence est confiée à une personne et il existe la possibilité d'intervenir dans le processus. La décision de créer un ACS peut être prise sans disposer d’un modèle exact des CGU. Cependant, le promoteur doit être conscient que dans ce cas, des recherches scientifiques seront nécessaires pour le construire au stade « Développement d'un modèle de gestion » (voir figure). Le concept structurel du MPS dans le cas des canons automoteurs est présenté à la Fig. 66.
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| Figure 66 | Figure 67 |
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| Figure 68 |
Si la décision est prise de créer un système de contrôle automatisé, ils commencent à déterminer ses macro-fonctions : collecte de données, conseiller des opérateurs, gestion directe ou de supervision. But Mode "Acquisition de données"(voir Fig. 67) est l'accumulation d'informations sur l'état du TOU lorsque conditions différentes construire un modèle de processus (quand il est incomplet ou inconnu) et/ou le gérer en connaissance de la situation. Ce mode est toujours présent comme sous-tâche dans les fonctions macro plus complexes. Sa particularité est une boucle de contrôle ouverte, c'est-à-dire une personne est utilisée comme dispositif de décision, et le MP remplit les fonctions d'un pré-processeur pour la collecte/prétraitement de données et d'un post-processeur pour générer des actions de contrôle conformément à la loi spécifiée par une personne. DANS Mode "Conseiller Opérateur" En plus de collecter des données, le MPS calcule des actions de contrôle à partir d'un modèle connu (ou d'une partie de celui-ci) et les propose à l'opérateur qui prend la décision. Le nombre de variables contrôlables est faible afin qu'une personne puisse les garder en vue et réagir rapidement aux situations changeantes.
Une boucle de contrôle fermée est typique pour Mode "Contrôle direct". Dans ce cas, l'ACS diffère de l'ACS en ce que les paramètres du système (Fig. 68) sont effectués par une personne. La macrofonction la plus élevée du système de contrôle automatisé est "Gestion de surveillance". Le système se compose d'une boucle de contrôle TOU autonome et d'une boucle de contrôle de consigne pour celle-ci. La personne exerce un contrôle sur la survenance de situations imprévues.
Et à la fin de l'étape, une spécification technique (TDR) est élaborée sur la base des données initiales : documentation de conception des équipements utilisés dans le processus (y compris les schémas de circuit) ; documentation technologique du processus, exigences relatives aux produits manufacturés, fonctionnement du processus de production ; restrictions économiques, sociales, anthropiques, environnementales et autres ; concept de construction d’un MPS. Les problèmes actuels (et éventuellement futurs) résolus par le MPS, les restrictions sur son fonctionnement et sa création en termes de productivité, de dimensions, de consommation, de fiabilité, de coût, etc.
La formulation du problème est mal formalisée, est réalisée par un spécialiste connaissant le domaine problématique et est résolue principalement méthodes universelles conception technique de systèmes et prévisions économiques (par exemple, recherche documentaire, enquête par questionnaire, entrevues auprès des consommateurs, remue-méninges, analyse des coûts fonctionnels, etc.).
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Fonctionnalités de l'outil de débogage
Le timing et la qualité du débogage du système dépendent des outils de débogage. Plus les instruments dont dispose l'ingénieur de développement sont avancés, plus tôt le débogage des équipements et des programmes peut commencer et plus vite les erreurs peuvent être détectées et les sources localisées, dont l'élimination serait plus coûteuse à un stade ultérieur de la conception.
Les outils de débogage doivent :
1) contrôler le comportement du système et/ou de son modèle à différents niveaux de représentation abstraite ;
2) collecter des informations sur le comportement du système et/ou de son modèle, les traiter et les présenter à différents niveaux d'abstraction ;
3) transformer les systèmes, leur donner des propriétés de contrôlabilité ;
4) simuler le comportement de l'environnement externe du système en cours de conception.
Contrôler le comportement d'un système ou de son modèle fait référence à la détermination et à la fourniture d'actions d'entrée pour démarrer ou arrêter le système ou son modèle, pour transférer ce dernier dans un état spécifique. Pour déterminer l'emplacement d'un dysfonctionnement subjectif pouvant être introduit à n'importe quelle étape de la conception, il est nécessaire de pouvoir collecter des informations sur le comportement du système et de les présenter sous les formes acceptées pour un projet donné. Par exemple, il peut s'agir de diagrammes temporels, de données fondamentales schémas électriques, langage de transfert de registre, assembleur, etc.
DANS cas général Il est impossible de localiser la source de l'erreur du système conçu, en disposant d'informations sur le comportement du système uniquement au niveau de ses terminaux externes, donc le système conçu est transformé. Par exemple, avant de fabriquer un micro-ordinateur monopuce avec l'un ou l'autre "matériel" ROM, les programmes sont débogués sur une puce d'émulation, dans laquelle la ligne principale est acheminée vers des contacts externes et la RAM est installée à la place de la ROM.
Les systèmes à microprocesseurs dans leur complexité, leurs exigences et leurs fonctions peuvent différer considérablement en termes de paramètres de fiabilité, de volume de logiciels, être monoprocesseurs et multiprocesseurs, construits sur un ou plusieurs types d'ensembles de microprocesseurs, etc. À cet égard, le processus de conception peut être modifié en fonction des exigences des systèmes. Par exemple, le processus de conception de MPS qui diffèrent les uns des autres par le contenu de la ROM consistera à développer des programmes et à fabriquer des ROM.
Lors de la conception de systèmes à microprocesseurs multiprocesseurs contenant plusieurs types d'ensembles de microprocesseurs, il est nécessaire de résoudre les problèmes d'organisation de la mémoire, d'interaction avec les processeurs, d'organisation des échanges entre les dispositifs du système et environnement externe, coordination du fonctionnement d'appareils avec différentes vitesses de fonctionnement, etc. Vous trouverez ci-dessous une séquence approximative d'étapes typiques pour la création d'un système à microprocesseur :
1. Formalisation des exigences du système.
2. Développement de la structure et de l'architecture du système.
3. Développement et production de matériel et de logiciels système.
4. Tests complets de débogage et d’acceptation.
Étape 1. À ce stade, les spécifications externes sont élaborées, les fonctions du système sont répertoriées, les spécifications techniques (TDR) du système sont formalisées et les plans du développeur sont formellement énoncés dans la documentation officielle.
Étape 2. À ce stade, les fonctions des appareils et des logiciels individuels sont déterminées, les ensembles de microprocesseurs sont sélectionnés sur la base desquels le système sera mis en œuvre, l'interaction entre le matériel et les logiciels et les caractéristiques temporelles des appareils et programmes individuels sont déterminées. .
Étape 3. Après avoir déterminé les fonctions implémentées par le matériel et les fonctions implémentées par les programmes, les concepteurs de circuits et les programmeurs commencent simultanément à développer et à fabriquer respectivement un prototype et un logiciel. Le développement et la fabrication d'équipements consistent en l'élaboration de structures et schémas de circuits, fabrication de prototypes, débogage hors ligne.
Le développement logiciel consiste à développer des algorithmes ; écrire le texte des programmes sources ; traductions de programmes sources en programmes objets ; débogage hors ligne.
Étape 4. Voir Débogage complet.
À chaque étape de la conception d’un MPS, les utilisateurs peuvent introduire des défauts et prendre des décisions de conception incorrectes. De plus, des défauts peuvent survenir dans l'équipement.
Les changements qualitatifs et quantitatifs dans la base élémentaire des équipements VT ont conduit à
changer les principes établis de leur conception (tels que les
structure, direction centrale cohérente, organisation hiérarchique
mémoire et l'incapacité d'adapter la structure informatique aux particularités
problème en cours de résolution).
Les principes classiques de Von Neumann d'organisation des systèmes informatiques ont été remplacés par les idées d'orientation des problèmes des MPS, de traitement de l'information parallèle et pipeline, d'utilisation de méthodes tabulaires de traitement des données, de principes de régularité et d'homogénéité des structures MPS ; devient réel
possibilité de créer des systèmes reconfigurables de manière adaptative, ainsi que
implémentation matérielle des fonctions logicielles. Par conséquent, à l'heure actuelle
moment de la conception de systèmes informatiques basés sur les MPS reçus
application du principe dit « 3M » : modularité, goulotte,
microprogrammabilité.
Le principe de l'organisation modulaire implique la construction de systèmes informatiques et
piloter MPS à partir d’un ensemble de modules : structurels, fonctionnels et
des appareils informatiques électriquement complets qui vous permettent de gérer de manière indépendante
ou en combinaison avec d'autres modules pour résoudre des problèmes de cette classe. Modulaire
approche de la conception de micro-ordinateurs et de systèmes permet (lorsqu'elle est mise en œuvre comme
modules universels et spécialisés) pour assurer la création de familles
(rangées) de MPS, différant par leurs fonctionnalités et leurs caractéristiques,
couvrant une gamme importante d'applications, contribue à réduire
coûts de conception, et simplifie également l'expansion de la capacité et
reconfiguration des systèmes, retarde l'obsolescence de l'informatique
Méthode principale d’échange d’informations contrairement au mode d'organisation
des connexions arbitraires (selon le principe « tout le monde avec tout le monde ») permettent d'organiser et
minimiser le nombre de connexions dans le MPS. Il facilite l'échange d'informations entre
modules fonctionnels et structurels de différents niveaux utilisant
autoroutes reliant les bus d’entrée et de sortie. Il y en a un, deux,
connexions à trois et multilignes. Il faut noter la relation
conception de circuits et solutions structurelles qui apparaissent lors de la mise en œuvre
cette méthode d'échange sous la forme de création d'un tampon bidirectionnel spécial
cascades avec trois états stables et utilisation de temporaires
multiplexage des canaux d'échange.
Contrôle du micrologiciel offre la plus grande flexibilité d’organisation
modules multifonctionnels et permet une orientation vers les problèmes
MPS, et utilisez également des opérations de macro, ce qui est plus efficace que d'utiliser
routines standards. De plus, transmission de mots contrôlés sous la forme
les séquences de codes cryptées correspondent aux conditions de minimisation
nombre de broches VLSI et réduire le nombre d'interconnexions dans les modules.
En plus des principales caractéristiques de conception MPS énumérées ci-dessus, il doit être
notons le principe de régularité, qui présuppose un naturel
répétabilité des éléments de la structure du MPS et des connexions entre eux. Application de ceci
Le principe permet d'augmenter la densité intégrale, de réduire la longueur des liaisons
sur puce, réduit le temps de conception topologique et de circuit
conception de LSI et VLSI, réduire le nombre d'intersections et les types de fonctionnalités
et des éléments structurels.
Lors du développement de l'architecture MPS (étape système), il est nécessaire de résoudre les problèmes suivants
Décrire la structure conceptuelle du comportement fonctionnel du système avec
positions de prise en compte des intérêts de l'utilisateur lors de sa construction et de son organisation
processus informatique qu'il contient ;
Déterminer la structure, la nomenclature et les caractéristiques de la construction de logiciels et
outils de microprogrammes ;
Décrire les caractéristiques de l'organisation interne des flux de données et du contrôle
information;
Effectuer une analyse de la structure fonctionnelle et des caractéristiques du physique
mise en œuvre des périphériques système du point de vue de l'équilibre logiciel,
microprogramme et matériel.
Les principales étapes de conception d'un MPS sont présentées dans la Fig. 3.1.
Au stade initial de la conception, le MPS peut être décrit dans l'un des
les niveaux conceptuels suivants : « boîte noire », structurel, programme,
logique, circuit.
Au niveau de la « boîte noire », le MPS est décrit par des spécifications externes, où
les caractéristiques externes sont répertoriées.
Riz. 3.1. Étapes de conception du MPS
Le niveau structurel est créé par les composants matériels du MPS, qui
décrit par les fonctions des appareils individuels, leurs interconnexions et leurs informations
ruisseaux.
Le niveau logiciel est divisé en deux sous-niveaux (instructions du processeur et
langage) et le MPS est interprété comme une séquence d'opérateurs ou
commandes qui provoquent l’une ou l’autre action sur une certaine structure de données.
Niveau logique est inhérent exclusivement aux systèmes discrets et se divise en
deux sous-niveaux : circuits de commutation et transferts de registres.
Le premier sous-niveau est formé de portes (circuits de combinaison et éléments mémoire) et d'opérateurs informatiques construits sur cette base. Le deuxième sous-niveau se caractérise par un degré d'abstraction plus élevé et représente une description des registres et du transfert de données entre eux. Il comprend deux
parties : information et contrôle : la première est constituée de registres,
opérateurs et chemins de transmission de données, le second assure en fonction
signaux horaires qui lancent le transfert de données entre les registres.
Le niveau circuit est basé sur une description du fonctionnement des éléments discrets du dispositif.
DANS cycle de vie MPS, comme tout système discret, comporte trois étapes :
conception, fabrication et exploitation.
Chaque étape est subdivisée en plusieurs phases pour lesquelles il existe des probabilités de défaillances structurelles ou physiques. Les défauts sont classés selon leurs causes : physiques, si la cause est un défaut des éléments, et subjective, si la cause est une erreur de conception.
Les défauts subjectifs sont divisés en design et interactif. Conception
les dysfonctionnements sont causés par des déficiences introduites dans le système à différentes étapes
mise en œuvre de la tâche initiale. Des défauts interactifs se produisent dans
processus de travail dû à une faute personnel de service(opérateur). Le résultat
les manifestations d'un dysfonctionnement sont une erreur, et un dysfonctionnement peut
provoquer un certain nombre d'erreurs, et la même erreur peut être provoquée
de nombreux dysfonctionnements.
Il y a aussi le concept de défaut - un changement physique des paramètres
composants du système au-delà limites admissibles. Les défauts sont appelés
les échecs s’ils sont temporaires et les échecs s’ils sont permanents.
Un défaut ne peut être détecté que lorsque les conditions de
la survenance d'un dysfonctionnement qui lui est dû, dont la conséquence devrait être, dans son sens
file d'attente, passée à la sortie de l'objet étudié afin de faire
dysfonctionnement observable.
Le diagnostic de panne est le processus qui consiste à déterminer la cause d'une erreur en
résultats des tests.
Le débogage est le processus de détection des erreurs et de détermination
sources de leur apparition en fonction des résultats des tests effectués lors de la conception du MPS.
Les outils de débogage sont des appareils, des complexes et des programmes. Parfois sous
Le débogage fait référence à la détection, à la localisation et à l'élimination des défauts. Succès
le débogage dépend de la façon dont le système est conçu, que ce soit
propriétés qui le rendent pratique pour le débogage, ainsi que des outils utilisés
pour le débogage.
Pour effectuer le débogage, le MPS conçu doit avoir
propriétés de contrôlabilité, d’observabilité et de prévisibilité.
Contrôlabilité – propriété d'un système dans lequel son comportement est susceptible de
gestion, c'est-à-dire Il est possible d'arrêter le fonctionnement du système en
certain état et redémarrez le système.
Observabilité– une propriété d’un système qui permet de surveiller son comportement
système, à l’origine du changement de ses états internes.
Prévisibilité– une propriété système qui permet au système d’être installé dans
un état à partir duquel tous les états ultérieurs peuvent être prédits.
Les MPS peuvent varier considérablement dans leur complexité, leurs exigences et leurs fonctions.
paramètres opérationnels, volume de logiciel, type
ensemble de microprocesseurs, etc. À cet égard, le processus de conception peut
varient en fonction des exigences du système.
Le processus de conception est un processus itératif. Les dysfonctionnements détectés lors de la phase de test de réception peuvent conduire à une correction des spécifications, et
donc au début de la conception de l’ensemble du système. Trouver
les défauts doivent être détectés le plus tôt possible ; pour cela, vous devez contrôler
l'exactitude du projet à chaque étape de développement. Les méthodes suivantes existent
contrôle de l'exactitude de la conception : vérification (méthodes formelles
preuve de l'exactitude du projet); modélisation; essai.
Récemment, de nombreux travaux sont apparus sur la vérification des logiciels
logiciel, firmware, matériel. Cependant, ces travaux sont toujours
caractère théorique. Par conséquent, dans la pratique, la modélisation est plus souvent utilisée
comportement des objets et tests à différents niveaux abstraits
représentations du système.
Au stade de la formalisation des exigences du système, contrôle de l'exactitude du projet
particulièrement nécessaire car de nombreux objectifs de conception ne sont pas formalisés ou
ne peut en principe être formalisée. La spécification fonctionnelle peut
analysés par une équipe d’experts ou simulés et testés en
expérimentalement pour identifier la réalisation des objectifs souhaités. Après approbation
la spécification fonctionnelle commence le développement des programmes de tests,
conçu pour établir le bon fonctionnement du système conformément aux
sa spécification. Idéalement, les tests sont développés entièrement
basé sur cette spécification et permettant la vérification de tout
mise en œuvre d'un système déclaré capable d'exécuter les fonctions
précisé dans le cahier des charges. Cette méthode est à l’opposé des autres,
où les tests sont construits en relation avec des implémentations spécifiques. Or, en pratique
Le développement de tests reçoit souvent une priorité moindre que
projet, donc les programmes de test apparaissent beaucoup plus tard que lui