автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы динамического анализа микропроцессорных систем с использованием функционально-логического моделирования в САПР микропроцессорной аппаратуры

Государст венный Комитет Российской Федерации по высшему образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЬмТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (технический уииве!>ситет)

Р Г Б ОД

На правах рукописи

\" \.У.\ к/.';

СОХАЦКИЙ Анатолий Алексеевич

УДК 681.3.02

МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В САПР МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ АППАРАТУРЫ

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат;! лехнических наук

Москва - 1994

РаСчуга выполнена в Московском государственном институт© алектрс.-ннхн и математики.

; Научный руководитель -

Офклдальные оппоненты:

Ведущее предприятие -

кандидат технических наук, профессор П.П.Сьшчук.

доктор технических наук. Ю.А.Татарннков

кандидат технических наук, доцент А.К.Пол«.ов

ШШ "Квант", Москва

Защита состоится 28 нюня 1994 года в 1С часов на заседании Специализированного совета К 063.68.01 Московского государственного института «дектрошак и математики (109028, Москва, Б.Вузовский пер., д.3/12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ. Автореферат разослан мая г-

Ученый секретарь Специализированного совета, доцент, к.т.н.

/

В.А.Старых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности» проблемы Диссертация посвящена разработке методов и программных средств динамического анализа микропроцессорных систсм(МПС) как составной часто процесса отладки МПС на этапе проектирования. Г.од микропроцессорной системой понимается цифровая систсмд(ЦС), построенная на основе микропроцессорных БИС и схем малой и средней степени интеграции. Основная область применения результатов работы • - отладка цифровых систем, содержащих относительно небольшое число функционально-сложных компонентов.

Актуальность работы обусловлена следующим.

Требования по быстродействию и надежности к микропроцессорным системам постоянно возрастают. Это определяет необходимость проведения точного и полного анализа временных аспектов функционирования МПС на этапе проектирования. Однако это связано с немалыми сложностями. Как показал опрос разработчиков микропроцессорных систем, среди ошибок проектирования МПС трудоемкость обнаружения и локализации наиболее высока у ошибок, связанных с временными аспектами работы МПС.

Традиционные методы макетирования не позволяют достаточно полно проанализировать работу МПС. Во-первых, временные трамсгры компонентов МПС имеют технологический и эксплуатационный разброс значений; во-вторых, времена наступления событий на входе МПС определяются системой неравенств, отображенных на временной диаграмме входных сигналов. Таким образом, временные параметры компонентов л Бремена наступления событий изменения значений сигналов распределены внутри некоторого интервала, и требуется проверить поведение множества реализаций МПС на множестве входных воздействий. Все. это определяет необходимость использования методов анализа на ЭВМ в составе САПР микропроцессорной аппаратуры.

В настоящий момент методы динамического анализа на ЭВМ с учетом интервальных величин задержек используются в основном при проектировании БИС и ориентированы прежде всего на анализ венгшшных схем. При этом, после автономной отладки при включении БИС в состав системы обнаруживается большое число ошибок проектирования, связанных с невыполнением требований протокола обмена информацией. Для цифровых систем, построенных на основе БИС, необходимо решить ряд общих проблем динамического анализа: для повышения адекватности моделирования решить в общем виде проблему временной корреляции сигналов; разработать средства для формирования рекомендаций по исправлению ошибок; устранить препятствия для использования

международного стандарта описания ЦС любого уровня сложности язык VHDL в системе динамического анализа.

Исследования автора выполнялись в соответствии с целсво! комплексной программой научно-исследовательских рабо-"Микропроцессоры и микро-ЭВМ" Минвуза СССР, в рамка; международного проекта "Электронизация народного хозяйства" по тем« "Разработка и внедрение программных средств проектирования цифрово! аппаратуры и вычислительных систем на основе языка VHDL", в рамка; комплексной программы "Информатизация образования и науки РСФСР' (приказ ГК 11ВШ РСФСР от И.03.91г. N185), 6-ти хоздоговорных тем, nt двум из которых автор являлся руховодшгелем, ряда госбюджетных тем i догокоро» о творческом содружестве.

Цель_рп_5охъь Основной целью данной работы яадяется разработк! методов н программных средств динамического анализа мнкропроцессорньн систем на этапе проектирования с использованием функционально логического моделирования.

Запани исследований. В соответствии с поставленной целые исследования проводились в следующих направлениях:

- определение задач динамического анализа микропроцессорные систем как составной части отладки МПС;

- исследование методов динамического анализа цифровых систем и ид применимости для анализа МПС;

- разработка математической модели МПС, их компонентов у временных спецификаций; формальная постановка задачи дкнамичсскогс анализа МПС;

- исследование способов представления и методов преобразовании информации о динамике работы МПС;

- разработка метода верификации временных диаграмм МПС на основе интервального моделирования семейства МПС на семейств« временных диаграмм; решение в общем виде проблемы временной корреляции сигналов;

- разработка принципов построения моделей компонентов МПС ant интервального моделирования;

- разработка метода формирования рекомендаций по исправлению л- ошибок, связанных с временными аспектами функционирования МПС и

метода получения временных спецификаций МПС по результатам моделирования;

- разработка системы верификации временных диаграмм МПС, включая разработку лингвистического, информационного, методического и программного обеспечения; для разработки лингвистического обеспечения

должен быть проведен анализ существующих средств описания НС н предложен язык описания МПС для динамического анализа;

- разработка методов и средств поддержки формальных языков в САПР микропроцессорной аппаратуры;

- расширение языкл УНОЬ для использования в задаче динамического анализа; разработка метода верификации временных диаграмм \niDL-модеяей ЦС.

Методы исследований основаны на использовании формализмов теории динамических систем, конечных автоматов, теории графов, теории множеств, математической лотки.

Научная__1?овизлз, В ходе выполнения данной работы получены

следующие основные научные результаты:

математическая модель микропроцессорной системы и сс компонентов, используемая для динамического анализа МПС, в виде семейства стационарных динамических систем;

- математическая модель "событийная временная логическая сеть" как единое представление для полного и компактного описания информации о связи событий во чремени;

- классификация информации о функционировании МПС и их компонентов во времени; метод получения гидов временнных параметров (требований к набору временных параметров) по логической функции;

- метод верификации временных диаграмм МПС на основе алгоритма интервального символического событийного моделирования, который позволяет решить проблему временной корреляции сигналов з общем виде;

- принципы построения моделей компонентов МПС для интервального моделирования; инвариантный к области применения метод построения функциональных моделей ЦС в многозначном алфавите;

- метод определения временной спецификации МПС и их компонентов по результатам моделирования, основанный на корректировке начального приближения путем формирования вариантов исправления ошибок;

- принципы построения языка описания функционирования ЦС для динамического анализа; описание ЦС представляется в виде совокупности логико-временных отношений;

предложения по расширению языка УНОЬ, позволяющие использовать УНОЬ в задаче динамического анализа; метод верификации временных диаграмм УНОЬ-модеяен ЦС;

- принципы построения и интеграции программных средств поддержки формальных языков в САПР.

Практическая цсниос-гь и реализация результатов работы.На основе полученных научных результг -ов разработаны:

- с истема ьерификации временных диа."рамм МПС;

- комплекс инструментальных средств поддержки формальных языков в САПР;

- таблнчноориентировакный язык описания цифровых устройств ТАБТАН, транслятор с языка ТАБТРАН, с использованием которою были разработаны библиотеки моделей серий К1804, К564, К588, К155 для системы логической отладки МПС;

- транслято. с языка оклеання цифровых устройств "Форма" в единый формат представления информации о цифровых системах КФГ1Д;

ск.тема подготовки описаний на языке V1IDL (V HDL-Inatructor); резидентный спрэгочнпк по языку VHDL (VHDI^-Helper);- справочно-обучающая система по 1зыку VHDL; конверторы из стандартизованных форматов представления информации о цифровой системе PDIF и ЕФПД на язык V1IDL.

Разработанные средства реализованы в виде прикладных программ для ЭВМ СМ-4 и iiJM-совмсстнмых персональных компьютеров в опер?ционных системах ДОС КП и MS-DOS «»ответственно.

Научные и практические результаты внедрены в двух i зучно-исследовательскнх институтах, ; ВУЗах (МИЭМ, ЛПАП, МИФИ). Кроме того, программные средсгса поддержки языка VHDL переданы во Всесоюзную ассоциацию предприятий, заинтересованных в применении языка VHDL (ВАЯПС) и впоследствии переданы в \i311, МИЭТ, НИИ САПР АН(г.Зсленоград), НИИМА "Прогресс"(Мос!ва). В рамках международного проекта "Электронизации народного хозяйства" VHDL-Ini;tructor и VHDL-Hclper i ;реданы фирмам Russian-American Software(CLLIA) и ALPHA GRAT'lIIX(Франция) для распростр.тения.

Внедрение средств динамического анализа позволило сократить сроки и стоимость й повысить надежность разработки микропроцессорных систем. Внсу.ренис средств поддержки языка \TTOL направлено на интеграцию процесса разработки, сопровождения и изучения цифровой аппаратуры. Результаты внедрения подтверждены семью актами, приведенными в приложении.

Ad робзтш работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на XLI Всесоюзной научной сессии НТОРЭС им. А.С.Попова, посвященной Дыо радно^Москва, 1986), совсщанли-семннаре "Применение микропроцессорных сред«» и робототехники и городском хозяйстве"(Москва, 1986), Всесоюзном совещании молол« ученых и специалистов "Проблемы ч/вствитег ,ности

электронных и электромеханических систсм"(Москва, 1987), Республиканском совещании "Численные методы проектирования и испытания элементов РЭА"(Таллин, 1987), производственно-^ хническом семинаре "Методы и средства отладки микропроцессорных систем"(Москва,1989), Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы создания шг"хгсле>стуалыгых САПР РЭА и СБИС"(Симферополь, 1989), "еспубликанском совещании "Численные методы и средства проектирования и испытания элементов твердотельной электроннки"(Таллинн,1989), 3-м Всесоюзном совещании молодых ученых и специалистов с участием зарубежных учен-к "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления"(Симферополь, 1991), семинаре Всесоюзной ассоциации групп пользователей фирмы Borland БОРАГ (Севастополь, 1991), международной конференции "Международные стандарты в проектировании и производстве" (Москва, 1992), 1ГГС кафздры "Вычислительная техника" Московского государственного института электроники и математики.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем работы, Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка литературы из 151 наименования, шести приложений и содержит 149 страниц основного текста, 50 рисунков, 57 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы динамического анализа проектов цифровых систем в целом и" микропроцессорных систем, в частности. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи работы, сформулированы научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность работы.

В первой главе проанализирован процесс отладки микропроцессорных систем на этапе проектирован*«, включающий обнаружение, локализацию и исправление ошибок в схеме технических средств и в программно-микропрограммном обеспечении.

Приведена классификация ошибок проектирования. Задачами динамического анализа являются обнаружение, локализация и исправление ошибок, связанных с временными аспектами работы МПС (нарушение временных, требований на функционирование компонентов МПС и МПС в целом). Для исправления ошибок предложено формировать рекомендации по ■ внесению изменений в спроект .рованную МПС или внешние

спецификации. Предложено осуществить отладку МГ1С для всех допустимых временных последовательностей входных сигналов, т.е. осуществил временную верификацию МПС раздельно с верификацией логически* функшш.

Проведено исследование методов динамического анализа цифровых систем и их применимости для анализа МПС. Работы по анализ) динамических режимов функционирования цифровых систем можлс разделить на дие группы: анализ цифровых систем при условш гипотетически наихудших сочетаний величии задержек составляющил компонентов и линий с8язн(квазистат1гческий анализ); анализ ЦС с цсльк явного количественного изучения переходных процессов в устройстве i случае заданных конкретных значений величин задержек в явном виде ил» их возможных разбросов (динамический анализ). Методы динамического анализа, в свою очередь, можно разбить на два основных класса аналитические методы( в частности, методы анализа критических путей) г методы асинхронного логического моделирования.

Исследование показало следующее. Методы, учитывающи< номинальные значения задержек, не позволяют обнаружить всех временны; ошибок. Методы квазистаппеского анализа и аналитические методь ориентированы на ограниченный класс схем и зачастую обнаружнваю-ошибии тогда, когда их может не быть, если учесть конкретные значенш задержек или логические функции компонентов. Не обеспечивают требуемой адекватности методы, косвенно учитывающие разброс значенш задержек. - им присущи как достоинства, так и недостатки рассмотрении: выше методов.

Наибольшую адекватность обеспечивают методы асинхронной логического моделирования с учетом интервальных значений задержек называемые методами моделирования с нарастающей неопределенностью Однако при их использовании возникают проблемы, связанные < увеличением интервала неопределенности появления событий в процесс моделирования и необходимостью учета корреляции времен появление отдельных событий, возникающей в схемах, содержащих сходящиес ветвления сигналов. Существующие методы не позволяют решить st проблему в общем виде.

Наиболее интересные результаты в рамках данного класса методо; получены в работах отечественных и зарубежных ученых:

- учет предысторш! событий с использованием списка событий работах К.Боуэна (в системе LASAR); генерация специальных событий содержащих информацию о предках с учетом структуры ЦС в работа: САЛинецкого;

интервальный способ кодирования сигналов в работах Л.А.Золоторевич - развитие методов, основанных на использовании бесконечиозначной логики В.ИЛсвина;

- проведение верификашт временных диаграмм отдельно от верификации логических функций; использование "стабш!Ыюго" значении для информационных сигналов в работах Д.Колдуэяа и ЭЛо(» системе SCALD).

Тем не менее, приведенные методы первоначально были разработаны для динамического анализа ЦС на вентильном уровне. Несмотря на наличие отдельных элементов, не проработаны методы построения моделей БИС, в частности, микропроцессорных. Алгоритмы моделирования ориентированы на моделирование схем, содержащих большое кошгчество простых функциональных элементов. В методах не реализован в общем виде интервальный алгоритм моделирования, что приводит к неполному решению проблемы временной корреляции сигналов. Методы не предоставляют достаточно средств для локализации и исправления ошибок. Для втих целей должны быть разработаны методы, формирующие рекомендации по исправлению ошибок. С решением этой проблемы связано решение проблемы определения временной спецификации МПС и их компонентов по результатам моделирования.

Одной из проблем динамического анализа ЦС, построенных на базе функционально-сложных компонентов, является разработка методов, ориентированных на использование современных стандартных средств описания ЦС. Международным стандартом де-факто в области описания ЦС любого уровня сложности является язык VHDL. Отсутствие необходимых средств описания интервальных значений временных параметров на VHDL и адекватных методов интервального моделирования сдерживает применение VIIDL для задач динамического анализа и верификации.

Приведена постановка задачи динамического анализа МПС.

Исходные данные для анализа: схема соединения компонентов МПС; шггервачьные значения задержек в соединительных * проводниках схемы; временная спецификация МПС, представляющая собой множество временных диаграмм, описывающих изменения входных сигналов МПС и требования к. изменению выходных и внутренних сигналов МПС; модели К0мп0не1ГГ0в МПС. Модели компонентов МПС отражают логику функционирования с возможностью представления информационных сигналов на уровне "стабиленТне стабилен" и временные спецификации, в том числе, требования к временам следования входных сигналов (времена установки, сохранения, длительность импульса и другие); интервальные 'значения задержек.

- 10В результате динамического анализа необходимо: проверить соответствие МПС и их компонентов временным спецификациям; определить необходимые характеристики и вид переходного процесса, возникающего в МПС в контрольн. л точках для локализации ошибок; определить временную спецификацию спроектированной МПС н требования к временным спецификациям компонентов, при выполнении которых выполняются ограничения, описанные выше; сформировать рекомендации по исправлению ошибок.

Во второй главе проанализированы особенности микропроцессорных систем (работа в реальном времени, .наличие определенных протоколов обмена информацией с внешней средой и другие). Показано, что распростр анешшс модели комбинационных и последоватег. люстных схем в виде конечных аптоматов и автоматов других классов с 'вынесенными линиями совершенной п инерционной задержек не позволяют описать функционирование МПС и их компонентов.

Математической моделью МПС и их компонентов может служить семейство стационарных динамических снстем(СДС) с конечным множеством мгновенных входных л выходных воздействий и нгпрерывиым временем:

м=(р,{2р|р €р},илмг,{гг|г бК},д,уд,т,п,п»«ТУ,г,«р,т1)(1)

где Р - конечное множество пар терминальных переменных (рвн"ц,рмвдсли), соответствуют*'X внешним выводам ЦС (р,им"служит для описания процесса передачи информации из внешней среды в ЦС, р>*»ль"« -в обратном направлении); Zp - конечное множество .значений терминальных переменных; ОД' - множество мгновенных значении входных и выходных воздействий; И,Хг - конечное множество внутренних регистровых переменных и множество их значений; О - множество состояний регистровых переменных; V бесконечное множество состоянии переходного процесса; X - множество состояний семейства СДС (Х=ОхУ); Т - множество моментов времени - множество неотрицательных чисел; С1 -множество входных воздействий (П={е>:|0,1) и},1 бТ) - любой векторный переключательный процесс ц(т) на множестве значений и на интервале времени [0,1),1бТ; £1««ту . множество допустимых по технические. условиям(ТУ) входных воздействий - пстмножество П; Г -множество выходных последоватсльнсхгген; <р - переходная функция (ф={фк}:Х <0.—> }Х}, где <рк - переходная функция для конкретной СДС); Г): Х->\' - выходное отображение. Для полного опт. лшя семейства переключательных процессов( в частности, при задагчи 0*#пТУ) предаожено использовать событийные интервальные временные функции(СИВФ), заданные в виде Х'ов^У2 ...!>Ут, где гЧ - начальное

- И -

значение, sjj - событие присваивания значения Zj в момент времени Tj, где T|=[tfi,)tJ"*]; для i=l..m S"'B<t^J. Предложен алгоритм вычисления функции <рк с использованием функции, определяющей реакцию на событие q>J:X х U х Z, -> X(Z, = Тх Р х Zp)ii функщш, определяющей изменение состояния переходного процесса при неизменном входном воздействии <pJ:VxT->V.

Отличительными особенностями предложенной модели являются возможность ее использования как для представления компонентов МПС, так и системы в целом,' для моделирования МПС на уровне компонентов; учет состояния переходного процесса; возможность определения реакции для любых входных переключательных процессов; событийный подход при декомпозиции переходной функции.

Для конкретизации и определения способов задания отдельных компонентов математической модели (Г^олТУ^ф,^) проведено исследование методов представления информации о функционировании МПС и их компонентов во времени.

Предложено единое представление в виде событийных временных логических(СВЛ) сетей для полного и компактного задания информации о связи событий во времени для описания МПС, их компонентов, временных спецификаций, в процессе моделирования. При разработке СВЛ-сетей использованы принципы построения графов взаимодействии, предложенных А.Д.Пванниковым, сетей Петри, сложных биологических графовых моделей вычислений(графы UCLA). Особенности CBJI сетей: полная информация о связи времен событий, в том числе, в процессе моделирования с учетом интервальных значений задержек; возможность описания отдельных аспектов функционирования МГ1С и их компонентов.

CBJI сеть есть ориентированный граф G(V>A), где V - множестве вершин, соответствующих событиям; А - множество дуг, указывающих связь событий во времени. Каждой вершине V,eV ставится в соответствие двойка (Г|,1|), где rt - запись о событии, - формула над интервальными временными операциями и входными дугами, определяющая время наступления события в зависимости от времен событий-прсдшсствешшков. Запись о событии содержит тип события (выполнения условия иди выполнения действия) и описание условия или действия. Для О'Ш сетей, используемых для представления информации в процессе моделирования, описание отбытия содержит имя псременной(сигнала) и се новое значение; тип события определяется типом переменной. Каждой дуге е. А, представляющей упорядоченную пару вершин (vj,vl), сопоставлена двойка

(0,/ф. где о. - признак обязательности следования k-ro события после j-ro при выполнении предусловия к-к> события; Tj - время между j-м и к-м событиями по дуге i (интервальное и, возможно, типичное значение). Для связи Ерсмен событий используются интервальные операции псрсссчеиия(о), объсдннсния(о), "до"('), после"(_), сложения, а также производные операции "1Г'(&), "ИЛИ"(1). Причем АЦ-а>,Атах); А --(Лmin,да); А&В --(Лп!1)и(ЛпВ), А|В =(АпВ>,ДиВ).

Для представления информации о потенциальной связи значений предложено использовать обобщенные событийные логические сети(ОСВЛ) сегн. С помощью ОСВЛ-сетей может быть представлена информация о логической функции и структуре МПС.

Проведена классификация информации о функционировании МПС И их компонентов во времени и исследованы способы задания информации в документации и представления информации с помощью CBJI-сетей.

Дня проверки полноты задания информации о временных параметрах и создания средств построения моделей компонентов МПС для динамического анализа на основе моделей для логической отладки разработан метод получения типов временных параметров по логической функции. Метод основан на получении множества типов задержек по графу функциональных зависимостей и множества требований к временам следования еходных сигналов путем анализа условий и функций записи для каждой регистровой переменной. Для этого по функции переходов для каждой регистровой переменной определяется условие Р(Сг), при выполнении которого переменная изменяет значение, и функция F(Cr), задающая значение переменной (Сг,Ог - подмножества терминальных н регистровых переменных). Далее на основе анклиза Р и F определяются времена установки, сохранения, длительности импульса для входных переменных Сг и Ог.

IIa ochoüc trpсведенных исследований определено представление состояния переходного процесса V=(SJ^CTm**>S^>t), где Sj^"*™* множество предыдущих событий для идентификации текущего состояния в СВЛ сети, - множество планируемых будущих событий; t - значение

модельного времени. Проведена декомпозиция функции ф" = }■

На основе модели (1) разработана модель МПС на структурном уровне . и модель спецификации МПС. Задача динамического анализа сформулирована в терминах теории динамических систем: в результате анализа необходимо убедиться, что множество СДС, представляющее временную спецификацию на МПС, включает множество СДС, представляющее модель МПС на структурном уровне; проверить

принадлежность входных воздействий компонентов множеству допустимых входных воздействий; найти множество компонентов и внешних входных воздействий, для которых требуемые соотношения выполняются.

В третьей главе разработан метод верификации временных диаграмм проектов МПС, позволяющий решить задачи динамического анализа, поставленные в главе 1 и формализованные в главе 2.

Метод предполагает разбиение множества допустимых входных взаимодействий на классы и дальнейшее моделирование семейства стационарных динамических систем на семействе временных диа'рамм, соответствующих одному классу и различающихся конхретным ::ремспем изменения сигналов и логическим значением информационных сигналов.

Для хранения информации о сигналах МПС в процессе моделирования предложено использовать граф анналов в виде событийной временной логической сети. Это позволяет решить проблему интервального моделирования ЦС, схемы которых содержат сходящиеся ветвления и замкнутые контура; моделировать по временной диаграмме, задающей связь времен изменения входных сигналов в виде неравенств; решить задачу корректировки временных спецификаций МПС и их компонентов по результатам анализа.

Выбран следующий алфавит моделирования: логический ноль , логическая единица, состояние с высоким выходным сопротивлением , неопределенное значение, определенное (ранее установленное) произвольное значение. Определенное значение используется для обозначения информационных сигналов и позволяет сократить число наборов для верификации времен.

Для моделирования семейсва микропроцессорных систем на семействе временных диаграмм разработан метод интервального событийного символического моделирования МПС. Метод основан на определении реакции на совокупность событии с использованием информации СВЛ- сети о связи событий в виде формул и с учетом интервальных значений времен следования событий. Метод рассматривает событие как единое целое ( а не как совокупность переходов в неопределенное и установившееся состояние).

Основная проблема, решенная при разработке метода связана с тем, что в отличие от традиционного подхода времена наступления событий упорядочены лишь частично. На множестве событий -определены отношения строгого и нестрогого порядка с учетом интервальных значений времен и прнченно-следственной связи.

Введены понятия реакции на событие и корреляции реакций нз события. Реакцией на событие а называется множество событий К(а), порождаемых в ответ на событие а. Реакции на события а н Ь коррелируют,

соли R(a) для различных времен наступления события b в допустимом диапазоне или R(b) для различных времен наступления события а в допустимом диапазоне различаются по форме (содержат различное число событий или их нельзя упорядочить так, что записи о событиях совпадут).

В случае возможной корреляции реакций на события а и Ь необходимо вычислить и объединить реакции на различные последовательности событий. Объединение временных диаграмм сводится к объединению временной диаграммы и отдельных событий. Тоща R(a ub) = R(ab)v^R(i&)wR(ab)uR(ab), где R(ab) - реакция на событие а при условии, что событие Ь не пронзоишо; R(ab) - реакция на событие Ь при условии, что событие а произошло. Добавление события на временную диаграмму сводится к поиску места расположения события в соответствии с отношением порядка и добавлению события в конец списка или объединению с другими событиями с использованием операции объединения значений, интервальной операции объединения времен и символической операции объединения временных формул.

Рассмотрим порядок моделирования событий. Пусть для времен наступления событий а и b Та =(t™,t***), Ть выполняется

соотношение tJ^Stj^*1. В этом случае в момент модельного времени tj4" вычисляется R(a); в момент модельного времени накладывается

ограничение на времена реакции R(a) в соответствии с формулой R(ab) и вычисляются R(ab),R(ab),R(ab).

Для проверки пересечения интервалов наступления событий, для которых возможна корреляция реакций, анализируется граф сигналов и определяется разность времен событий с помощью символически-временной операции. В случае корреляции событий при наличии общего источниг;., псрсссчсгшс интервалов наступления событий может отсутствовать.

На основе предложенных принципов разработан алгоритм интервального событийного символического моделирования. Разработаны способы сокращения объема вычислений при моделировании, в частности, при использовании "определенного" значения для информационных сигналов. Приведена оценка временной сложности алгоритма, сравнение с традиционным алгоритмом, вычисляющим реакцию дважды для каждого события. Показано, что при моделировании схем, содержащих небольшое число функционально-сложных компонентов, объем вычислений не должен значительно возрасти.

Разработаны принципы построения моделей компонентов МПС для rct ификации временных диа/рамм, основанные на выделении функций кош разя 1'рсмсн изменения входных сигналов, определения реакции на

основе логической функции, определения времен появления выходных событий.

Разработаны принципы описания функционирования в многозначном алфавите и предложен метод создания моделей при использовании конструкций выбора. Метод основан на представлении результата условного выражения в многозначном алфавите и учета полученного значения в дальнейших вычислениях с использованием процедуры условного присваивания. Мс-од инвариантен к области применения.

В четвертой главе разработаны структура и принципы построения системы верификации временных диафамм (СВВД) МПС. Па основе выработанных требований и .шализа существующих средств описания ЦС, разработаны принципы построения языка описания функционирования ЦС для динамического анализа. Описание представляется в виде совокупности логико-временных отношений. Определен набор операции, необходимый для проведения верифики.иш временных диаграмм и разработан язык управления системой верификации временных диафамм. Разработана методика использования СВВД и проиллюстрирована на примере анализа правильное си проекта микропроцессорного устройства контроля блока памяти.

Для использовании языка У1ЮЬ в задачах динамического анализа предложены способы расширения этого языка за счет введения интервальных типов, оператора отношения и задержек в соединительных проводниках. Адаптирован метод верификаций временных диафамм для \/1ШЬ-моделей ЦС с учетом использования параллельных процессов и операторов ожидания. Для предложенных конструкции разработаны алгоритмы интерпретации.

Разработаны принципы построения и интеграции программных средств поддержки формальных языков в САПР, вкличая средства анализа, перевода, помощи, синтаксически - управляемого ввода, обучения. На основе предложенных принципов разработаны программные компоненты СВВД, система подготовки описаний на языке УШ)!. и другие программные средства, нашедшие применение в стране и зарубежом.

В_Щ1Ш£Ж£!Ш;1Х приведены: пример верификации временных диафамм микропроцессорного устройства контроля блока памяти; описание языков проектирования и управления, разработанных для использования в системе верификации временных диафамм; предложения по расширен!) .> языка УНОЬ для динамического анализа цифровых систем и алгоритмы моделирования конструкций расширенного У1ЮЬ; акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основным результатом работы является разработка математических моделей и методов динамического анализа микропроцессорных систем с помощью функционально-логического моделирования на ЭВМ на этапе проектирования. Методы и разработанные на их основе программные средства позволяют обнаружить, локализовать и исправить ошибки проектирования, связанные с временными аспектами функционирования МПС для любых допустимых входных взаимодействий с учетом технологического и эксплуатационного разброса значений временных параметров. Это, в свою очередь, даст возможность повысить надежность и быстродействие микропроцессорной аппаратуры, сократить стоимость и время ее отладки.

В работе получены следующие частные научные и практические результаты.

1. Разработана математическая модель МПС и ее компонентов, используемая для динамического анализа МПС, в виде семейства стационарных динамических систем. Задача динамического анализа сформулирована в терминах теории динамических систем.

2. Для полного и компактного представления информации о свези событий во времени разработала математическая модель в виде событийной временной логической сети, определяющая связь времен наступления событий в виде формул с использованием интервальных операций. Данная модель может быть использована в процессе моделирования; для описания временных спецификаций МПС и их компонентов.

3. Проведена классификация информации о функционировании МПС и их компонентов во времени и разработан метод получения типов временнных параметров по логической функции, позволяющий проверить полноту задания временных параметров.

4. Разработан метод верификации временных диаграмм МПС, позволяющий выполнить динамический анализ для любых допустимых входных воздействий с учетом технологического и эксплуатационного разброса значении временных параметров. Метод использует алгоритм интервального символического событийного моделирования, который предполагает хранение информации о событиях в виде событийной, временной логической сети и позволяет решить проблему временной корреляции сигналов в общем гиде.

5. Разработан метод формирования рекомендаций по исправлению ошибок, связанных с временными аспектами функционирования МПС и

метод получения временной спецификации МПС по результатам анинпа, основанный на итерационной корректировке начального приближения.

6. Определены принципы построения моделей компонентов МПС для интервального моделирования. Разработан метод построения функциональных моделей ЦС в многозначном алфавите, позволяющий решить проблему перебора различных комбинаций значений входных переменных при использовании конструкций выбора.

7. Разработаны принципы построения языха описания функционирования ЦС для динамического анализа, представляющего описание в виде совокупности логико-временных отношений.

8. Определено расширение языка V1IDL, позволяющее использовать VHDL в задаче динамического анализа; адаптирован метод верификации временных диаграмм да я VHDL-моделен ЦС.

9. Разработаны принципы построения и интеграции программных средств поддержки формальных языков в САПР, включая средства ашшиза, перевода, помощи, синтаксическн-управяяемого ввода и обучения.

10. На основе научных результатов под руководством и при участии автора разработаны программные средства динамического анализа МГ1С, средства поддержки формальных языков проектирования цифровой аппаратуры и, в частности, языка VHDL, являющегося международным стандартом описания цифровых систем. Научные и практические результаты внедрены в научно-исследовательских и учебных институтах, в рамках Всесоюзной ассоциации предприятий, заинтересованных в применении языка VHDL.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

Î. Сохацкий A.A. Математическая модель, элементов цифровых устройств для верификации временных диаграмм. - М.Деп. N 5594-84 ВИНИТИ, 1933,- 21 с.

2. Сохацкий A.A. Метод верификации временных диаграмм работы микропроцессорных устройств // Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры и средств вычислительной техники: Межвуз. сб. научи, тр. - Свердловск : Изд-во УПП,198б.- С.43-46.

3. Сохацкий A.A. Автоматизация верификации временных диаграмм в МПС // Применение микропроцессорных средств и робототехники в городском хозяйстЕе:Тезисы докладов совещання-ссминара.-М.,1986.-С 2021.

4. Иванников А.Д., -Курилов И.Д., Леонтьев А.Н., Сохацкий А. А. Организация отладки микропроцессорных систем с помощью функционально - логического моделнроваш1я // XLI Всес.науч.сессия,

н освященная дню радио:Тсзисы докладов.- М.: Радио н связь, 1986.- Часть I, с. 30.

5. Сохацкий A.A. Таблнчноорнентнрованный язык описания элементов цифровых устройств // Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры и средств вычислительной техники: Межвуз. сб. на учи. тр. - Свердловск : Изд-во УПН, 1987.- С. 40- 43.

6. Скуратов А.К., Сохацкнй A.A. Язык функциональных спецификаций цифровых устройств в СА11Р РЭА //Численные методы и средства проектирования и испытания элементов РЭА: Тезисы докладов. -Т;' . ипн : Изд-во ТПИ, 1987,- С. 165-168.

7. Скуратов А.К., Сохацкнй A.A. Язык функциональных спецификаций цифровых устройств // Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем: Тезисы докладов Всес. совещания молодых ученых и специалистов,- М., 1987.- С. 176.

8. Сохацкнй A.A. Система верификации временных диаграмм микропроцессорных устройств II Микропроцессорные средства локальной автоматнки:Тезисы докладов Всес. науч.-тех. конф.-Гродно,1989.- С 182184.

9. Сохацкий A.A., Николаев A.B., Шеховцов Д.О. Инструментальные средства автоматизации построения интерактивных трансляторов в САПР //Численные методы и средства проектирования и испытания элементов твердотельной электроники: Тезисы докладов республиканского совещания. - Таллинн : Изд-во ТПИ, 1989.- С. 79 -81.

10. Курипов И.Д., Ознобнхин И.В., Сохацкнй A.A., Скуратов А.К. Автоматизация проектирования вычислительных систем с использованием формальных языков описания // Механизация и автоматизация производеза, 1991.- N5, С.4М5.

11. Ознобнхин И.В., Скуратов А.К., Сохацкий A.A. Справочно -обучающая система по языку проектирования микропроцессорных систем VHÜL И Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тезисы докладов 3-го Всес. совещания молодых ученых и специалистов с участием зарубежных ученых,- М.1991.- С.143.