Моделі, методи та інструментальні засоби для автоматизованого проектування цифрових керуючих пристроїв з жорсткою логікою

5. В результаті дослідження можливостей мінімізації апаратної реалізації ЦКП за рахунок використання методів оптимального кодування внутрішніх станів встановлені фактори, які знижують ефективність традиційних методів. Було запропоновано ряд модифікацій методу квадратичного кодування станів, які усувають вплив цих факторів, що дозволило зменшити обсяг апаратних витрат на реалізацію функцій збудження елементів пам'яті ЦКП в середньому на 9%.

6. Розроблено ІТАП ЦКП, яка об'єднала використання запропонованих та традиційних моделей, методів та методик в єдиний формалізований процес, спрямований на підвищення ефективності автоматизованого проектування. На основі ІТАП створена САПР, яка була використана для проектування ЦКП різного функціонального призначення.

7. Розроблені інформаційна технологія та САПР впроваджені на виробничо-комерційному підприємстві “Телекарт - прилад” (м. Одеса) і використовуються там при проектуванні керуючих пристроїв для цифрових телекомунікаційних систем. Отримані в дисертаційній роботі теоретичні результати та САПР ЦКП впроваджені в навчальний процес Одеського національного політехнічного університету.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

Николенко А.А. Алгоритмические особенности автоматизированного проектирования микропрограммных автоматов / Николенко А.А., Ковалев Ю.А., Защелкин К.В. // Електромашинобудування та електрообладнання. - Київ. - 2000. - Вып. 54. - С. 91 - 95.

Полин Е.Л. Классификация моделей параллельных вычислительных процессов по признакам ширины и общности / Полин Е.Л., Защелкин К.В. // Тр. Одес. политехн. ун-та. - Одесса. -2004. - Вып. 1(21). - С. 102 - 107.

Полин Е.Л. Параллельная модель языка граф-схем алгоритмов и ее интерпретация абстрактными автоматами / Полин Е.Л., Защелкин К.В. // Електромашинобудування та електрообладнання. - Київ. - 2005. - Вып. 65. - С. 70 - 79.

Полин Е.Л. Абстрактные композиционные автоматы / Полин Е.Л., Защелкин К.В. // Тр. Одес. политехн. ун-та. - Одесса. - 2006. - Вып. 1(25). - С. 88 - 94.

Защелкин К.В. Повышение эффективности квадратичного кодирования состояний цифрового автомата // Холодильная техника и технология. - Одесса. - 2007. - Вып. 2(106). - С. 86 - 93.

Николенко А.А. Лингвистическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированного проектирования микропрограммных автоматов / Николенко А.А., Ковалев Ю.А., Защелкин К.В. // Перспективи. - Одеса. -1999. - №1(5). -С. 177 - 182.

Защелкин К.В. Параллельная модель языка граф - схем алгоритмов и ее интерпретация абстрактными автоматами // Тр. Междунар. конф. “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. - Харьков. - 2000. - С. 536 - 539.

Ковалев Ю.А. О подходе к автоматизации проектирования и моделирования микропрограммных управляющих автоматов / Ковалев Ю.А., Защелкин К.В. // Тр. Всеукр. конф. “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті”. - Кривий Ріг. -2001. - С. 127 - 133.

Николенко А.А. Модификация эвристического алгоритма кодирования состояний конечного автомата / Николенко А.А., Защелкин К.В. // Тр. Междунар. конф. “СИЭТ - 2002”. - Одесса. - 2002. - С. 128.

Полин Е.Л. Классификация моделей параллельных вычислительных процессов на основании количественных признаков / Полин Е.Л., Защелкин К.В., Ковалев Ю.А. // Тр. Междунар. конф. “Автоматика - 2004”. - Киев. - 2004. - С. 91.

Полин Е.Л. Конечные композиционные автоматы / Полин Е.Л., Защелкин К.В. // Тр. семинара “Информационные системы и технологии”. - Одесса. -2005. - С. 53 - 55.

Полин Е.Л. Модель цифрового управляющего устройства и метод ее аппаратной реализации / Полин Е.Л., Защелкин К.В. // Тр. Междунар. конф. СИЭТ - 2006. - Одесса. - 2006

Защелкин К.В. Модификация эвристического метода кубического кодирования состояний конечного автомата // Тр. Междунар. конф. “Автоматика - 2006”. - Винница. - 2006. - С. 6 - 7.

Защелкин К.В. Исследование факторов влияющих на эффективность эвристического метода квадратичного кодирования состояний цифрового автомата // Тр. Междунар. конф. “СИЭТ - 2007”. - Одесса. - 2007. - С. 147.

Защелкин К.В. Информационная технология автоматизированного проектирования цифровых управляющих устройств // Тр. семинара “Математическое моделирование и информационные технологии”. - Одесса. - 2007. - С. 33 - 34.

Анотації

Защолкін К.В. Моделі, методи та інструментальні засоби для автоматизованого проектування цифрових керуючих пристроїв з жорсткою логікою. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - Системи автоматизації проектувальних робіт. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі, що полягає в розробці ефективних моделей та методів, призначених для використання в САПР цифрових керуючих пристроїв (ЦКП). Для цього розроблена класифікація моделей керування, цифрових обчислювальних систем (ЦОС). Класифікація заснована на відомій ознаці жорсткості моделі і новоутворених ознаках ширини та загальності моделі. Визначено місце традиційних моделей керування ЦОС в цій класифікації. Показано недоліки цих моделей і методів проектування заснованих на них.

Запропоновані нові моделі низького та високого рівнів для ЦКП, позбавлені відзначених недоліків традиційних моделей. Розроблені ефективні методи синтезу ЦКП за його описом на основі запропонованих моделей. У роботі одержали подальший розвиток методи оптимального кодування станів цифрового автомата, що дозволило отримати зменшення апаратних витрат на реалізацію функції переходів ЦКП.

На основі теоретичних положень дисертації розроблена інформаційна технологія автоматизованого проектування ЦКП, що об'єднала запропоновані і традиційні моделі та методи в єдиний формалізований процес спрямований на підвищення ефективності проектування ЦКП. Запропонована інформаційна технологія втілена в САПР ЦКП.

Ключові слова: цифровий керуючий пристрій, цифровий автомат, граф-схема, математична модель керуючого пристрою, інформаційна технологія проектування.

Zashcholkin K.V. Models, methods and tools of a computer aided design of digital control devices with rigid logic. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree in technical sciences by speciality 05.13.12 - Computer Aided Design Systems. Odessa national polytechnic university, Odessa, 2007.

The thesis is devoted to solution of the scientific-practical task, which consists in development of the effective information technology of a computer-assisted design digital control devices (DCD) and her practical implementation as a CAD. For solution of the set task the classification of models of handle, digital computing systems designed. The place of traditional models of handle of digital computing systems in this classification is defined.

Are offered new low level and high level model DCD, deprived of the marked lacks of traditional models. The effective methods of synthesis DCD under his description designed on the basis of the offered models. In operation have received further development methods of optimum coding of statuses of a digital automaton, that has allowed to achieve decrease of expenditures of equipment on implementation of the function of transitions DCD.

On the basis of theoretical positions of a thesis, the information technology of a computer-assisted design DCD designed which has united the offered and traditional models, methods in the uniform formalised process. The offered information technology is implemented as the independent software product - CAD DCD.

Keywords: digital control device, digital automaton, graph-scheme, mathematical model of a control device, information technology of designing.

Защелкин К.В. Модели, методы и инструментальные средства для автоматизированного проектирования цифровых управляющих устройств с жесткой логикой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектных работ. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2007.

Диссертационная работа посвящена решению научно-практической задачи, которая состоит в разработке эффективных моделей, методов и инструментальных средств предназначенных для использования в составе САПР цифровых управляющих устройств (ЦУУ) с жесткой логикой.

В большинстве случае существующие инструментальные средства автоматизированного проектирования ЦУУ в качестве математического аппарата используют модели низкого уровня - автоматы Мили, Мура, С-автоматы, и модели высокого уровня - описания ЦУУ основанные на граф-схемах алгоритмов (ГСА). Указанные модели низкого уровня не могут описывать такой важный режим поведения ЦУУ как динамическое введение и устранение задержки его реакции. Для описания подобного функционирования ЦУУ применяют искусственные приемы, в результате чего возрастает сложность аппаратной реализации ЦУУ и ухудшаются его временные характеристики. Традиционные графовые модели высокого уровня характеризуются структурной избыточностью и необходимостью выполнения дополнительных мероприятий для обеспечения эквивалентности с моделями низкого уровня, которые используются совместно с ними в проектном процессе. Это приводит к повышению временной сложности процесса синтеза и увеличению размеров исходного описания ЦУУ.

Целью диссертационных исследования является уменьшение времени синтеза и повышение качества проектных решений САПР ЦУУ за счет разработки эффективных моделей ЦУУ и методов проектирования.

Для достижения поставленной цели в работе выполнен анализ структурной организации САПР ЦУУ, моделей и методов, которые используются при автоматизированном проектировании ЦУУ. Разработана классификация моделей управления, цифровых вычислительных систем. Классификация основана на известном признаке жесткости модели и на вновь введенных признаках ширины и общности модели. Определено место традиционных моделей управления цифровыми вычислительными системами в этой классификации.

Для устранения недостатков САПР ЦУУ, связанных с использованием традиционных моделей низкого уровня, предложены новые модели - абстрактные композиционные автоматы, которые позволяют описывать поведение ЦУУ с учетом динамики его реакции, что достигается совмещением свойств автоматов Мили и Мура во времени (СТ-автомат) и во времени и пространстве выходов (СSТ-автомат). Использование этих моделей в САПР ЦУУ позволяет: описывать ЦУУ с поведением, которое изменяется во времени (в части динамики его реакции); отказаться от явного разнесение во времени процессов проверки состояний входов и выработки состояний выходов ЦУУ; для объектов управления (ОУ) с поведением, которое изменяется, строить ЦУУ, которые соответственно изменяют свое поведение.

В рамках устранения недостатков САПР ЦУУ, связанных с использованием традиционных моделей высокого уровня, в работе предлагаются модели: ПГСА и модифицированная ПГСА. Использование этих моделей позволяет снизить временную сложность синтеза ЦУУ за счет возможности раздельного описания его функций переходов и выходов, уменьшить аппаратную сложность ЦУУ и увеличить производительность системы ЦУУ - ОУ за счет обеспечения однозначного соответствия моделям низкого уровня, а так же возможности совмещения прямого и косвенного изменения состояния памяти ЦУУ.

На базе использования предложенных моделей, разработаны новые эффективные методы синтеза, которые основаны на переходе от описания ЦУУ в виде ПГСА или модифицированной ПГСА к композиционному CST-автомату с последующим применением к нему метода структурного синтеза. Практическим эффектом использования этих методов в САПР ЦУУ стало уменьшение времени синтеза, размерности описания и аппаратной сложности ЦУУ, а так же повышение производительности системы ЦУУ - ОУ по сравнению с результатами использования традиционных методов.

В результате исследования возможностей минимизации аппаратной реализации ЦУУ за счет использования методов оптимального кодирования состояний, определены факторы, которые снижают эффективность традиционных методов. В работе был предложен ряд модификаций метода квадратичного кодирования состояний, которые устраняют влияние этих факторов, что позволило уменьшить объем аппаратных затрат на реализацию функций возбуждения элементов памяти ЦУУ.

На основе теоретических положений диссертации, разработана информационная технология автоматизированного проектирования ЦУУ, которая объединила предложенные и традиционные модели, методы и методики в единый формализованный процесс направленный на повышение эффективности проектирования ЦУУ. Предложенная информационная технология реализована в виде самостоятельного программного продукта - САПР ЦУУ. Данный программный продукт был применен при проектировании управляющих устройств для цифровых телекоммуникационных систем, что показало его эффективность и целесообразность использования разработанной информационной технологии в промышленности.

Ключевые слова: цифровое управляющее устройство, цифровой автомат, граф-схема, математическая модель управляющего устройства, информационная технология проектирования.

Размещено на Allbest.ru