автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Автоматизированное формирование математических моделей программируемой электронной аппаратуры в среде искусственного интеллекта

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАШИ лп "Кшвськии полггехшчний шститут"

Б Ой

На правах рукопису УДК 681.325.32:519.7

Гемба Ольга Васшивна

АВТОМАТИЗОВАНЕ ФОРМУВАННЯ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ПРОГРАМУбМО! ЕЛЕКТР0НН01 АПАРАТУРИ В СЕРЕДОВИЩ1 ШТУЧНОГО 1НТЕЛЕКТУ

05.13.05. - Системи автоматизованого проектування

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступеня кандвдата техшчних наук

КИ1В - 1996

Дисерташя е рукописом.

Робота виконана на кафедр1 систем автоматизованого проектування Нацюнального техшчного университету Украши, "КШ".

Науковий кер^вник : кандидат техшчних наук, доцент КИСЕЛЬОВ Г.Д.

Офщшш опоненти:

доктор техшчних наук, професор Забара С.С.

кандидат техшчних наук, доцент &изаренко Г.М.

Провщна оргашзашя:

Украшсышй Державний НВЦ "АСПРУВ"

Захист вщбудеться 18 березня 1996 року о 15 годиш на засщанн1 спещал13овано1' Ради по присудженню наукового ступеня кандидата техн1чних наук (шифр Д01.02.17) у Нацюнальному техн1чному ун1верситет1 Украши (252056, Кшв-56, проспект Перемоги, 37), корп. 12, ауд. 412.

3 дисерташею можна ознайомитись у б1блютещ Нацюнального тех1пчного ун1верситету Украши, "КШ".

Автореферат розюлано /4.02. 1996г.

Вчений секретар спец1ал1зовано1 Ради кандидат техшчних наук

Писаренко Л.Д.

Загалъна характеристика роботы

Актуальмсть задачВ наш час програмуели елементи електронно! апаратури (включаючи мжропроцесори) знаходять найпоширене застосування в р1зних сферах, що викликае необхщшсть проектування мкропроцесорних (МП) систем р1зного призначення на ршш штегральних схем та функщонально завершених блоив. Проектування навггь досить простих МП систем без застосування розвинутих засоб1в автоматизацй е дуже складною ¡нженсрною задачею. Процес проектування складаеться з чотирьох еташв, на кожному з яких використовуються р1зш модел1 елемент (включаючи мкропроцесори), що входять в систему, яка проектуеться. У зв'язку з цим задача автоматизацй формування моделей програмуемих елеменш електронно!' апаратури, що. можуть бути застосоваш як на етат розробки архтектури системи, так I на етапах вщладки апаратних засоб1в та програмного забезпечення, стае особливо актуальною.

Цшь реферированоI роботи полягае у розробщ методичних та програмних засоб[в автоматизованого формування високорпшегшх моделей програмуемих елеменпв (ПЕ) електронно'1 апаратури, включаючи мжропроцесорт НВ1С, призначених для систем функцюнально-лопчного проектування цифрово!' апаратури.

В дисертаци виршуютъся пит основш задачи

- анатз ¡снуючих пщход!в 1 формал1зм!в, яю використовуються на верхшх р1внях ¡ерархй уявлення моделей ПЕ (включаючи МП НВ1С), та виб1р вщповщних поставлешй цш;

- анатз функцюнальних специфкацш мжропроцесор1в р!зних призначень, визначення поведшкового та структурного аспект опису, а також створення абстракцш, адекватних об'ектам моделювання \ вщображуючих вщносини мш ними;

- розробка концептуально!' модел! бази знань про архггектуру ПЕ та и реал1зац1я на р1вш внутршньо! модел^

- розробка методики, лшгв'ютичних та програмних засоб!в введения знань про архитектуру ПЕ в систему автоматизованого формування моделей ПЕ;

- розробка алгоршмв автоматизованого формування модел1 ПЕ за символьним описом та а програмна реал1защя.

Автор захищае таю основш положения:

- адаптуемий емулятор ПЕ, розширений можливгстю обробки значень сигншпв на керуючих та шформацшних виводах ПЕ;

- архпектуру абстрактного мкропроцесора, яка дозволяе здшснити настроювання адаптуемого розширеного емулятора у вщповщност1 з архггектурою моделюемого объекта. Архитектура абстрактного процесора являе собою модель уявлення знань, яка базуеться на лопш предика™ першого порядку та гранично представлена у вишцп мереж! фрейм1в, доповнено'1 функцшнальними звязками;

- методику автоматизованого здобутгя знань про архпектуру ПЕ електронно1 апаратури та 1х вщображення в модель представления знань про архитектуру абстрактного процесора;

- штелектуальний интерфейс користувача системи автоматизованого формрання моделей;

- алгоритми автоматизованого вщображення символьного опису архнектури обекта моделювання в архитектуру абстрактного процесора.

Методи дотдженъ. Для виршення поставлених задач використовуються положения 1 методи математично! лопки, об'ектно-ор1ентованого анагпзу, теори фрей\пв, теори множин, модел1 й методи уявлення та обробки знань. Розробка програмного забезпечення виконана з використанням технологи об'ектно-ор1ентованого ирограмування.

Наукова новизна роботи мютиться в розробщ теори та практично! методики автоматизованого формування висощпвневих моделей мкропроцесор1в. В робов запропоноваш:

- адаптуемий емулятор ПЕ електронно! апаратури, розширений можливютю обробки значень сигнал1в на керуючих та шформацшних виводах ПЕ та визначення вихщних сигншпв;

- архитектура абстрактного мкропроцесора, яка розроблена за результатами анал1зу архггектури сучасних мкропроцесор1в, 1 дозволяе здшснити настроювання адаптуемого розширеного емулятора у вщповщносп з архггектурою об'екта, який моделюеться;

- модель уявлення знань про архпектуру абстрактного процесора, яка базуеться на лопщ предиката першого порядку, I граф1чно представлена в вишцц мереж1 фрейкпв, доповнено! функцюнальними зв'язками кпж фреймами;

- методика та алгоритми автоматизованого здобуття знань про архпектуру ПЕ електронно! апаратури та 1х вщображення в модель уявлення знань про архпектуру абстрактного процесора;

- (нтелектуальний штерфейс користувача системи автоматизованого формування моделей, розроблений з урахуванням вимог стандарту штерфейсу користувача;

- алгоритми автоматизованого вщображення символьного опису архггекгури об'екта моделювання в архитектуру абстрактного процесора.

Практична цтнкть дисертацшно! роботи мютиться у слщуючому:

- розроблений розширений адаптуемий емулятор програмуемих елеменив електронно! апаратури;

- розроблена та реализована у вигоцц об,ектно-ор1ентовано1 бази знань арх1тектура абстрактного процесору, що дозволяе адаптувати розширений емулятор до задано! системи команд I функцш;

- розроблеш та реашзоваш алгоритми адаптаци розширеного емулятора;

- розроблений 1 програмно реалгзований щтелектуальний штерфейс розробника високор1вневих моделей програмуемих елеменпв електронно! апаратури;

- розроблеш та ре&шзоваш в рамках системи функцюнально-лопчного проектування КОМОЛ-ПК методики встроення та використання адаптуемих розширених емуляторш ПЕ в системах функционально-лопчного моделювання;

розроблена б1бл1отека алгоритм1чних об'ектно-ор1ентованих моделей ряду впчизняних та заруб1жних мкропроцеар'в р1зного функцюнального призначення.

Апробащя роботи /' публикаци. Результата проведених теоретичних та прикладних дослщжень докладались й обговорювались на зональнш конференци "Методы прогнозирования надежности проектируемих РЭА и ЭВА", Пенза, 25-26 штня 1988г., ЛИжнароднш науково-техшчнш конференци "Проблеми автоматизованого моделювання в електронщГ, Кшв, КП1, 1994г., Першш Украшськш конференци з автоматичного керування "Автоматика-94", Кшв, 18-23 травня 1994г., М1жнароднш науково-техшчнш конференци "Проблеми ф1зично! та бюмедично! електрон1ки", Кюв: КП1, 18-20 травня 1995г. За матер1алами дисертацшно! роботи опублковаш тези до клад ¡в (3), статп (2). Матер1али дисертаци були використаш при складанн1 зв1ту з науково-дослщницько! роботи (1).

Структура та об'ем роботи. Загальний об'ем роботи складае 126 сторшок друкованого тексту, включаючи 35 малюнйв, 11 таблиць. Дисерташя складаеться з\ вступу, чотирьох глав, висновив, списку ляератури, що м1стить 100 джерел, та додатюв.

У першш глав'1 розглянуп достошства та недолш1 апаратного та програмного пщход1в до моделювання програмуемих елемента. В межах програмного пщходу дослщжеш можливосп, що надаються р1зними видами мовно! та модельно! формал1заци знань про ПЕ. За

результатами аналгзу зроблеш висновки про вщповщний поставлен!» задач 1 р1вень уявлення моделей та види формашаци.

У другш глав! розглянуп модел! та методи, що використовуються для побудови компонента системи знань, призначенно! для формування алкртичних моделей ПЕ електронно! апаратури в вигляд1 адаптуемих розширених емулятор1в. Виходяч1 з поставлено!' задачу визначеш об'екти предметно! обласл, встановлеш зв'язки мЬк ними, та на основ! !х анал!зу (в межах сучасних мкропроцесорних набор!в) розроблена архгтектура абстрактного процесора, знания про яку описан! в вигляд! системи предика™ першого порядку. За результатами анал!зу предметно! облает! для граф!чного представления знань вибрана об,екгао-ор!ентована модель ! визначен! типи фрейм1в, слота, що складають кожний з фрейм1в та р1зномаштш типи вщносин м!ж фреймами. Як метод виводу знань про функцюнування окремого програмуемого елемента використовуеться дедуктивний вивщ. Описана методика здобупя та введения знань про функцюнування окремого ПЕ, вибраш правила та принципи реал!заци штерфейса розробника високор!вневих моделей. Сформульован! правила адаптац!! розширеного емулятора. Запропонована структура об'ектно-ор!ентовано! модел1 програмуемого елемента електронно! апаратури.

У третш глав1 розглянута загальна оргашзац!я системи автоматизованого формування алгоритм1чних об'ектно-оршнтованих моделей ПЕ, и призначення та функц!ональн! можливост!. Описана робота модушв, що входять в систему, визначен! дп розробника моделей на р1зних етаиах робота з системою.

Четверти шва мштить опис процедури формування моделей м!кропроцесор!в р!зно! оргашзаци та призначення. Наведен! параметри процесу формування й отриманих моделей. Дана методика включения запропонованих моделей в систему функцюнально-логгчного ироектування КОМОЛ-ПК. На приклад! моделювання мкропроцесорно! системи показан! можливост!, що надаються запропонованими моделями.

Додатки мютять:

- перел!к тип!в, вид!в ! формат!в операц!й, що реал!зуються програмуемими елементами електронно! апаратури;

- множину правил формування моделей програмуемих елемента електронно! апаратури;

- опис моделей мкропроцесорних НВ1С у форматах запису робочого поля бази знань;

- програмний опис моделей мкропроцесор1в;

- функцюнально-електричну схему моделюемого мкропро-цесорного пристрою;

- опис результата моделювання мкропроцесорного пристрою засобами пакету функшонально-лопчного проектування КОМОЛ-ПК ¡з пщключеною системою автоматизованого формування об'ектно-ор1ентованих моделей мкропроцесорних НВ1С.

Основный змкт роботи

Модель цифрово1 системи може бути представлена на одному з вщомих р1вней ¡ерархи абстракцш. Задач! моделювання цифрових систем, що мютять програмуем! елементи, найбшьш вщповщае алгоршмчний р1вень, на якому використовуються як апаратш, так \ програмт модел1 мкропроцессор!в.

Макстш системи, що використовують апаратш (апаратно-програмш) модел!, е потужним та ефективним засобом вщлагодження МП систем, однак вони принципово мають ряд недолшв, зв'язаних з необхщшстю виготовлення макета системи, фксованою оргатзащею вщлагоджувальних режмпв, неможливютю перев1рки окремих режи\пв на реальному устаткуванш.

Метод програмното моделювання цифрових систем з ПЕ е ушверсальним в розр!з1 можливосй представления системи будь-яко! структури та архггектури. Вш також зшмае вказаш вище обмеження. Основною проблемою, що затримуе використання програмното моделювання даних систем, е висока трудоемшсть розробки моделей ПЕ, тому що етап визначення модел1 передбачае побудову алгоритма п функшонування на основ1 вивчення функцюнальних специфкацш моделюемого объекта.

Генуе два взаемопов'язаних пщходи до форма/пзаци опису: мовний пщхщ 1 пщхщ на основ! математичних моделей. Мовний пщхщ полягае у використанш ¡/або розробш формашоважп мови, бшьше чи менше ор1ентовано1 на тип об'екпв опису. В лтератур! згадуеться використання в цшх формшпзацп опису функшонування мкропроцесор1в ушверсалышх мов програмування з можливими розширеннями, спешашзованих мов опису апаратури I, перш за все, УНОЬ, а також мов ¡мггацшного моделювання.

При формшизаци на основ! моделей акцент робиться на змютовну структуру опису. Для моделювання цифрових пристрош (ЦП) на алторивпчному р1вш використовуються р13номаштш види операцшних автомата та 1х мережу а також мереж1 Петрц математичш модел1 функшй; абстрактш типи даних (АТД) та алгебри вщношень.

На основ1 вказаних пцщвдв до форматпзацп модельного опису отримали розвиток два напрямки автоматизаци синтеза моделей ЦП:

- абстрактний синтез на основ! таблиць переход!в, булевих функцш [ формальних опиав, складених на мовах опису апаратури;

- еврютичний синтез на основ! дослщження й систематизаци ведомостей про об'ект моделювання з створенням банив (б1блютек) ушверсальних моделей [ моделей структурних елеменпв.

Використання першого пщходу можливо для вщносно простих объекта моделювання. В бшьш складних випадках пропонуються еврютичш пщходи, найбшьш поширеним з яких е метод ушверсально!' параметризовано! модель який полягае в тому, що для штегрально! схеми певного функцюнального призначення будуеться универсальна модель, реализуюча вс! можлив! операцп, що виконуються штегральною схемою даного типу, що неефекгивно в випадку мкропроцесорно! НВ1С. Ушверсальна модель МП НВ1С гром1здка, блоки, яю виконують й ж са\и функцн, потр1бно включати до р1зних ушверсальних моделей, кшыасть шщшованих блоюв для кожно! конкретно! модел1 незначна пор1внянно з загальною кшьистю блоюв ушверсально! модели 3 розширенням кшыасп сер!й МП НВ1С, що охвачуються ушверсальною моделлю, назван! недолш! тшьки посилюються.

Таким чином:

1. Задач! моделювання цифрових систем з програмуемими елементами найбшьш вщповщае алгоршъйчний р!вень абстракци, на якому використовуються як апаратш (апаратно-програмн!), так ! програмш модел! м!кропроцесор!в. Використання програмних моделей дозволяе скоротити термшов! та матер!альн! витрати на моделювання, а також провести анал1з систем довшьно! архгтектури в будь-яких режимах, в тому числ! авар!йних.

2. Автоматизащя формування алгоритм!чних моделей програмуемих елементов, ¡з-за складност! останнк, можлива при використанш концепц!! автоматизаци виршення задач на модел! предметно! облает!, що практично реатзуеться за допомогою системи знань.

3. Задача автоматизацп формування моделей ПЕ пщроздшяеться на дв1: задачу автоматизацп формування символьного опису та задачу синтезу програмноТ модел1 за символьним описом. В рамках системи знань перша пщзадача реатзуеться модулем надбання знань, друга -машиною лопчного виводу.

4. Виб1р об'ектно-ор1ентовано1 модел! уявлення знань для побудови системи вимагае визначення структур об'ек™ розглядаемо! предметно! обласп и стввщношень м1ж ними.

При розробц! систем знань необхщно визначити джерела знания ! вир!шуему задачу. До виршення поставлено задачу автоматизацп формування алгоритм!чних моделей програмуемих елемента, включаючи мкропроцесорш НВ1С за !х описами в довщковш лггератур!. Виходячи з цього, визначимо як об'екти предметно! облает! структурш складов! та функци програмуемих елементов и, перш за все, мкропроцесорних НВ1С та на основ! !х анализу (в рамках архйектур сучасних м!кропроцесор!в) складемо архггектуру абстрактного процесору, що являе собою базу знань про архггектуру ПЕ.

Пщ архтектурою ПЕ звичайио розум!ють ф!зичш компоненти програмуемого елемента та !х лопчн!, ф!зичн! ! функц!ональн! зв'язки. Компоненти ПЕ можуть бути об'еднат у три групи: керуючий пристрш, операц!йний пристр!й ! пам ять. Структурш та функцюнальш особливост! елемент!в, що входять в кожну з вищеназваних груп, розглянут! в л1терат\ф1. Узагальнивши та класиф!кувавши вказану !нформац!ю, можливо сформувати систему знань, що дозволить автоматизувати формування функц!ональних моделей окремих програмуемих елеменш.

Модель об'екта може вважатися повною, яйцо вона вщображуе вс1 специф!куем! функцц моделюемого об'екта, тобто:

\/Щ"е Р)ЭтГ(шГе МБ), (1)

де Г - функц!я моделюемого об'екта; И - множина вегх функцш моделюемого об'екта; шГ - фунющ модел!; МР - множина век функцш модел1.

Представляючи програмуемий елемент в вигляд! сукупн!ст! трьох частин: пам'ят!, операц!йного пристрою та пристрою керування, сгрупуемо таким же чином реал!зуем! ними функци в специфкацн модел!, а множину функцш моделюемого об'екта розглянемо як об'еднання трьох пимножин: Е=Меш и Ор и Стг, де Мет -множина функцш пам'ятц Ор - множина операцш, що виконуються програмуемим елементом; Сп1г - множина функцш керування ПЕ.

Сформована база знань може вважатися повною, так як в шй вщображеш ва розглянут! функци сучасних мкропроцесор1в. Позначив

МР як множину функцш ПЕ [ ММ як множину функцш, знания про яи знаходяться в баз! знань, запишем умову (1) для елемента даних множин:

Ушр(шре МР)Этш(тше ММ). (2)

Якщо позначити множину функц!й одного програмуемого елемента як РР, то

БР с МР, (3)

[, звщси, \Яр([ре РР)Зтт(тте ММ). (4)

1з вае! множини елемент!в бази знань ММ можливо видишти пщмножину Г! елемента (пщмережу) МБ, що реал!зуе тшьки задан! функцй моделюемого объекта, тобто

МБ с ММ| УтЦтГеМР)ЗГр(ГреРР). (5)

Отже, !снують достатн! умови для побудови повно! функцюнально! модел! програмуемого елемента в систем!, база знань яко! мютить всю множину функцш, реализуемих ПЕ. Для побудови модел1 конкретного ПЕ необхщно визначити виконуему ним множину функцш, ввести ш знания до системи (за допомогою модуля набутгя знань), на основ! шформацй, що м!ститься у баз! знань, сформувати функцюнальну модель (за допомогою машини лопчного виводу).

Граф!чною моделлю представления знань про програмуем! елементи електронно! апаратури вибрано об,ектно-ор!ентовану модель, що м!стить в соШ фреймову систему. Заповнив терм!нали фрейм!в значениями, що вщповщають значениям певних параметр!в моделюемого объекта, отримаемо повну функцюнальну модель об'екта. Процедура заповнення термшал!в фрейм!в виконуеться модулем набутгя знань ! машиною лог!чного виводу.

Модуль набутгя знань реал1зуеться в вигляд! !нтелектуального д!алогового !нтефейсу, за допомогою якого здшснюеться введения знань про функцюнування конкретного м!кропроцесора. Знания (факти) в вигляд! запис!в певного формату зберпаються в робочому пол! бази знань (баз! даних). База знань системи мютить об'ектно-ор!ентовану модель предметно! облает!, де процедурними слотами окремих фрермв можуть виступати правила, яи використовуються машиною лог!чного виводу. Машина лопчного виводу оргашзована за принципами дедуктивного виводу. На вхщ означено! компонента поступають записи бази даних, за виглядом яких у баз! знань видшяеться пщмережа, що мютить знания про структуру та функцюнування окремого мкропроцесору, а також актив!зуються звязаш з елементами видшено! пщмережи правила. Машина виводу за даними, що над ¡¡[шли, формуе

програмну модель мжропроцесору та розмщуе Г! в робочому гош бази знань. Дал1 модель може бути використана системою функцюнально-лопчного моделювання при розробщ мжропроцесорних систем.

Для побудови модуля введения знань разроблено методику введения, визначено сценарш дшогу \пж системою знань i розробником моделей, а також принципами реал1защ! штерфейса користувача Bii6paiii вимоги стандарту CU\ (Common User Access).

Методика введения знань включае чотири етапи: опис схеми зовншнк RiiBOfliB МП, опис програмно-доступних елемента структури МП, введения системи команд, опис функцш керуючого пристрою, яи визначають особливоси процедур початкового стану, обробки переривань i загально! оргашзацп процесу обробки даних у моделюемому o6veicri.

За результатами ан&тоу предметно! обласп сформульоваш питания, яи задае система на кожному з етатв вводу. Питания базуються на термшологп предметно! облает! та дозволяють давати однозначш вщповш (найчастше - у вигляд1 вибору од]йе! з пропонуемих альтернатив). У тих випадках, коли Bn6ip 3i списку альтернатив неможливий (при введенш щентиф!катор!в 30BHimHix вивод!в, програмно-доступних елемента структури та ¡н.), модуль введения здшенюе синтаксичний (на правильнють щентифкатор!в та !х повторимють) i семантичний (на д!апазон значень) контроль введених даних. Результатом роботи модуля введения знань буде множина факт про структуру та функшонування окремого мжропроцесору, яка буде п!дмножиною множини факта про структуру та функцюнування ПЕ. Така множина може бути описана у вишвд системи лопчних вислов!в, наприклад:

Ireg(x) - х е щдексний репстр;

Bit(x,y) - х мае разрядшеть у 6h;

Read(x) - х доступний для читання;

AL(x) - х е арифметико-лопчна операц!я;

Operand(x,y) - х е операнд операцй у;

FAdrType(x) - х е поле типа адресаци.

Вказана множина факта однозначно перетворюеться в iepapxiio об ект!в, котра являе собою базу знань про структуру й функшонування ПЕ (мал. 1).

4 - - фунщональш 4- ВЩНОСИНИ 4---вщносини

вщносини спадкоемносп включения

Мал.1. Архггектура абстрактного процесора

Машина лопчного виводу оргашзована на основ! дедуктивного пщходу \ являв собою систему правил, для яких системою посилок виступае множина фактов про архитектуру моделюемого объекта, зафксованих у форматах запиав робочого поля бази знань. Правила ¡Н1ц1а;пзац11 окремих правил машини виводу (метаправила) сформульоваш наступним чином:

1. Необхщною умовою ¡шщсипзаип окремого правила е наявшсть у робочому пол1 бази знань факту, що вщноситься до об'екту, з яким зв'язане дане правило.

2. Порядок шщашаци окремих правил визначаеться р1внями 1х прюритету, яи встановлюються, виходячи з ртпей об'екпв, з якими зв'язаш дат правила.

Для прикладу приведемо р1вняння правил машини виводу: Ух [МетогуСе11(х) =э (\Угке(х) л Я еас1(х))]; Ух Зу [МетогуСе11(х) => ВЩх,у)]; Ух [ (П^х) V 88ЯеЕ(х)) з МетогуСе11(х)];

Vx Vy Vz Va [(BD(x,y) л Fact(z,y) л IReg(z) л Model(a,y)) з ((Rule(s3,a) л Rule(s7,a)) л (~Rule(sl,a) з Rule(sl,a)) л (~Rule(s2,a) з Rule(s2,a)))].

Об'ектно-срентована модель мкропроцесора являе собою програму, яка по значениям змшних, що описують стан вход i в МП визначае значения змшних, як\ описують стан виход1в i програмно-доступних елемент1В структури мкропроцесора.

Модель складаеться з блоюв, яга описують:

- програмно-доступш елементи процесору;

- процедури, яи реатзують специф1чш функцп даного МП;

- процедуру, яка ¡н!ц1ал1зуе модель.

Опис програмно-доступних елементт структури становить з себе перелк щентифкатор1в даних елеменпв i визначення ïx як об'екпв вщповщних клас1В, структура i функци' яких задаш фреймами бази знань.

Процедури, що реатзують специф1чш функци' мкропроцесора, синтезуються машиною лопчного виводу за правилами бази знань i записами символьного опису даного МП, яю знаходяться в робочому шш бази знань.

Програмний опис шщашуючо1 частини модел1 складаеться з одного рядка, що вмщуе виклик методу класу Conveyor або NoConv -в залежностс вщ того, яким чином оргашзована процедура обробки даних у npouecopi.

На ochobí вищенаведених принцитв реал1зована система автоматизованого формування алгоршмчних об'ектно-ор1ентованих моделей програмуемих елеменпв електронно! апаратури.

Система формування моделей здшснюе:

- введения умовного граф1чного позначення ПЕ; введения перелщ програмно-доступних елементов структури з указаниям ïx параметрит i функшоналышх характеристик; введения системи команд мкропроцесора; введения опису функцш керуючого пристрою HBIC;

- формуванне фагопв символьного опису HBIC в вигляд! масиву запиав сиецифкованого формату;

генерашю алгорнмчно'1 об'сктно-ор1ентовано1 модш за значениями тшв запиав фаюнв символьного опису;

- формрання фашпв, яи забезпечують штерфейс мш об'ектно-opiciîTOBanoio моделлю та системою моделювання.

До складу системи входять таи компоненти:

- штерфейс користувача, що мютить модуле моштору диалогу; введения граф1чного опису та перетворення в текстовий формат карти зовн'1шн1х вивод1в HBIC; введения опису програмно-доступних елементов структури HBIC; введения опису системи

команд мкропроцесора; введения опису функщй керуючого пристрою;

- машина лог1чного выводу, яка генеруе алгортмчну об'ектно-ор1ентовану модель мкропроцесорноТ HBIC за символьним описом, що знаходиться в робочому пол1 бази знань;

- база знань, що складаеться з об'ектно-оркнтовано! модел! предметно! обласп, множини правил та робочо!' обласп (бази даних), де мютяться файли символьного опису МП HBIC та файли, яи отримаш машиною логичного виводу об'екгно-opieHTOBaHoi модел! MiKponponecopiB.

За допомогою дано! системи сформован! моде:п таких мкропроцесощв, як К584ВМ1, К1804ВМ1, Intel 80386, TMS32010. В таблиц! наведено характеристики отриманих символьних та програмних модугав опису для названих МП.

Таблиця

Параметри файшв структурно-функц!онального опису моделюемих

MiKponponecopiB

Параметр Моделюем! процесори

Intel 80386 TMS 32010 К1804 ВМ1 К584 ВМ1

Об" ем файлу опису карти вивод!в, кБ 1.099 0.487 0.547 0.495

Об'ем файлу опису елемента структури, кБ 0.889 0.327 0.191 0.227

Об'ем файлу опису системи команд, кБ 8.534 2.746 7.190 2.747

Об'ем файлу опису функцш керуючого пристрою, кБ 0.132 0.097 0.051 0.063

Час трансляци символьного опису, с 24.1 7.8 18.7 7.0

Для виконання модельного експерименту систему функцюнально-лог!чного моделювання цифрових схем необхщно доповнити процедурами, яй дозволяють в рамках одного проекту використовувати як звичайш алгортмчш модел!, так ! створен! з використанням запропоновано! методики. Адаптащя програми моделювання полягае у пщключенш до не! модумв, яи:

- забезпечують створення структур для роздшьното збериання та використання даних, що вщносяться до р1зних елеменпв проекту, хоча реал1зуються одшею обектно-ор1ентованою моделлю.

- генерують внутршш об'екти моделей програмуемих елеменпв;

При здшсненш адаптацн системи функцюнально-лопчного

проектування КОМОЛ-ПК до Heï було включено модул! GCHOICE.EXE и PASFILE.EXE, що решпзують вшценазваш функци".

Для шюстраци' можливостей, що надаються використанням запропонованих моделей, у робой наведено приклад моделювання схеми на ochobî процесору цифрово!' обробки сигнал1в TMS32010 в середовиин системи функшонально-лопчного проектування КОМОЛ-ПК.

Висновки

Вирпиення поставлених в дисертацшнш робоп задач дозволило отримати наступи! науюш та практичш результата.

1. Запропоновано та реад1зовано адаптуемий емулятор програмуемих елементов електронно'1 аппаратури, розширений можливостями обробки значень сигнагив на керуючих та шформацшних входах та визначення вихщних сигнал1в ПЕ. Використання даного емулятора в САПР функцюнально-лопчного piBiw дозволить значно розширити клас проектуемих в середошпш САПР цифрових систем и проводити етап комплексного вщлагодження програмного та апаратного забезпечення цифрових систем з програмуемими елементами з використанням автоматизованих систем проектування.

2. Розроблено архитектуру абстрактного процесору, сутшсть яко! базуеться на результатах анатзу архйектури сучасних MiKpoiipoiiecopiB. Архпектура дозволяе здшснити настроювання адаптуемого розширеного емулятора у вщповщшсп з архйектурою моделюемого об'екта. Опис архйектури абстрактного процесору здшснено засобами BiicoKopiisiieBOÏ об'ектно-opieHTOBaHoï мови (Turbo Pascal 7.0), що забезпечуе и ушвсрсальнють для р1зних платформ ЕОМ.

3. Сформована модель представления знань про архйектуру абстрактного процесору, що базуеться на логин предикат першого порядку. Дана модель зображена в граф1чнш форм! у вигощ мереж! фрейкпв, доповнено'1 функцюнальними звязками Mix фреймами. Bn6ip указано! граф1чно! моде;п дозволяе описувати структури, що мютяться у знаниях, поеднувати в рамках одного об'екта процедурт i декларативш знания, а також однозначно програмно реатзувати розроблену

модель засобами високор!внево! об'ектно-ор!ентовано! мови.

4. Запропонована методика та розроблеш алгоритми автоматизованого здобуття знань про архитектуру програмуемого елемента електронно!' апаратури та ix воображения в модель уявлення знань про арх1тектуру абстрактного процесору.Використання дано! методики дозволяе ввести в систему несуперечш знания про архтектуру моделюемого объекта.

5. Реализовано штелектуальний ¡нтефейс користувача системи автоматизованого формрання моделей, який розроблений з урахуванням вимог стандарту на штерфейс користувача. Питания в штерфейа засноваш на термшологи предметно! облает! та дозволяють давати однозначш вщповщ! завдяки тому, що поряд з питаниям пропонуеться список можливих у данш ciTyauii вщповщей. В тих випадках, коли виб!р i3 списку альтернатив неможливий, !нтерфейс здшенюе синтаксичний (на правильнють щентиф!катор1в та !х дублювання) та семантичний контроль (на д!апазон значень) введених даних.

6. Розроблеш алгоритми автоматичного вщображення символьного опису архггектури моделюемого объекта до архтектури абстрактного процесора, яи дозволяють значно скоротити терм!н адаптаци розширеного емулятора до системи команд i функцш моделюемого объекта.

7. Програмно реализовано систему знань, яка дозволяе значно скоротити час формування висощмвневих моделей програмуемих елементов електронно! апаратури. Отримаш модел! займають незначний об'ем пам'ят! та можуть бути отгрансльован! в програмш модул! для систем функцюнально-лопчного моделювання за малий час (не бшыие 30с).

8. Розроблено та реал!зовано в вигляд! програмних модуив методику включения об'ектно-ор!ентованих моделей до системи функцюнально-лопчного проектувания КОМОЛ-ПК, що дозволило розширити клас проектуемих з допомогою САПР функцюнально-лопчного р1вня цифрових систем та уникнути етапу макетування.

Основш результант опублковаш у таких роботах:

1. Гемба О.В. Синтез объектно-ориентированной модели микропроцессорной СБИС. // Сб. докл. Международной науч.-техн. конф. "Проблемы автоматизированного моделирования в электронике". Киев, КПИ. -1994. - с.96-99.

2. Киселев Г.Д., Гемба О.В. Методика синтеза объектно-ориентированной модели микропроцессорной СБИС.//1-а Украшська конференщя з автоматичного керування "Автоматика-94", Кгав, 18-23 травня 1994р.: Тез. доп. : У 2 ч. - Кшв: 1н-т ибернетики îm. В.M. Глушкова АН У крайни, 1994.- ч. II. - с. 271.

3. Киселев Г.Д., Гемба О.В. Алгоритмы и правила формирования моделей микропроцессорных СБИС. // Сб. докл. Международной науч.-техн. конференции 18-20 мая

1995г. "Проблемы физической и биомедицинской электроники". - Киев: КПИ, 1995. - с. 53-57.

4. Гемба О.В. Фреймовая база знаний для построения алгоритмических моделей микропроцессоров,- Киев, 1995. - 46с,- Деп. в ГНТБ Украины, 11.05.95, N 1208-Ук95.

5. Разработка и исследование подсистемы автоматизированного проектирования математических моделей ИМС большой степени интеграции /Отчет, N г.р. 01860063098, Запорожский машиностроительний институт, 1987.-54с. (Пуйда С.К., Нагорная Н.Н., Гемба О.В., Кузнецов В.А.)

6. Киселев Г.Д., Гемба О.В. Использование фреймовой иерархической сети для автоматизации синтеза алгоритмических моделей микропроцессорных СБИС.//Вестник Киевского политехнического института, сер. Радиоэлектроника, вып.30, Киев, Лыбидь, 1994, с.3-7.

Особистий внесок автора. В роботах, що опублковаш в ствавторств! пошукачу належить: розробка етатв методики синтезу (2); розробка й реашзашя алгоритм1в (3); розробка алгоритм1в та програм (5); розробка iepapxi4Hoï фреймово'1 мереж1 (6).

ABSTRACT

Hemba Olga

"The math models of programmable electronic equipment were made by CAD system in artificial intellegence environment", manuscript

05.13.05 "CAD systems".

The national technical University of Ukraine "Kiev politechnical University", Kiev, 1996.

The main ideas and results are:

- the programmable element's adaptable emulator of electronic equipment, that extended by means of data and control input signals processing abilities and programmable element's output signals determine;

- the abstract processor architecture, that designed on the base of the modem microprocessors analysis and allows the adaptable extended emulator tuning in dependence with object architecture;

- the knowledge presentation model of abstract processor architecture based on the first class predicates logic that realized graphically as the frame net with functional connections;

- the technology and algorithms for automatic extraction of knowledge about abstract processor architecture;

- the intellectual user interface of autoform model's system, based on standard user interface;

- the algorithms of automatic reflection from symbol description of model architecture to abstract processor architecture.

АННОТАЦИЯ

Гемба Ольга Васильевна

"Автоматизированное формирование математических моделей программируемой электронной аппаратуры в среде искусственного интеллекта", рукопись.

05.13.05 "Системы автоматизированного проектирования".

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1996г.

Основные положения и результаты:

адаптируемый эмулятор ПЭ электронной аппаратуры, расширенный возможностями обработки значений сигналов на управляющих и информационных входах и определения выходных сигналов ПЭ;

- архитектура абстрактного микропроцессора, разработанная по результатам анализа архитектуры современных микропроцессоров, и позволяющая осуществить настройку адаптируемого расширенного эмулятора в соответствии с архитектурой моделируемого объекта;

- модель представления знаний об архитектуре абстрактного процессора, основанная на логике предикатов первого порядка, графически представленная в виде сети фреймов, дополненной функциональными связями;

- методика и алгоритмы автоматизированного извлечения знаний об архитектуре ПЭ электронной аппаратуры и их отображение в модель представления знаний об архитектуре абстрактного процессора;

интеллектуальный пользовательский интефейс системы автоматизированного формирования моделей, разработанный с учетом требований стандарта интерфейса пользователя;

- алгоритмы автоматического отображения символьного описания архитектуры моделируемого объекта в архитектуру абстрактного процессора.

Ключов1 слова: об'ектно-ор1ентований пщхщ, адаптуемий розширений емулятор програмуемого елемента електронно! апаратури, архггектура абстрактного процесора, фреймова мережа, автоматизашя формування математичних моделей, штелектуальний ¡нтерфсйс користувача.

Шдп. до друку 15.01.96. Формат 60х84'/]6

Пашр Ум. друк. арк. 1,0. Обл.-вид. арк. 1,0.

Тираж 100. Замовл. 24/96

Надруковано PI TOB "Аванпост", м. Кшв