автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Методы и средства повышения эффективности моделирования неисправностей цифровых устройств

На правах рукописи

ЧЕПАСОВ АЛЕКСАНДР ВАЛЕРЬЕВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

05.13.11 - математическое и программное обеспечение

вычислительных машин, комплексов, систем и сетей 05 13.12 - системы автоматизированного проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1998

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте (техническом университете).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ковригин Б.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Атовмян И.О. кандидат технических наук Яр пых В.В.

Ведущая организация:

НИИ микроэлектронной аппаратуры "ПРОГРЕСС"

Зашита состоится "И" 1998 г. в _ час. на заседании

диссертационного совета Д053.03.04 в МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31, МИФИ, тел. 323-9167, 324-8498.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан 10 1998 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Учедый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Вольфенгаген В.Э.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В насюящее время неотъемлемым этапом процесса проектирования цифровой аппаратуры является оценка тестируемости или тестопригодности схем разрабатываемых устройств. На данном этапе перед проектировщиком возникает чапача опечки качества тестя или одетой стспсни покрыли гестом неисправностей.

Одшш из основных существующих сегодня инструментальных средств оценки качества тестов, дающим наиболее точную и полную информацию о степени покрытия тестом неисправностей, является моделирование неисправностей. О необходимости применения моделирования неисправностей для оценки полноты тестов свидетельствует приведенный в работе факт, состоящий в том, что "поставщики электронного оборудования для Министерства обороны США вместе со своими изделиями должны также предоставлять результаты анализа, 'полученные путем моделирования неисправностей". Системы моделирования неисправностей являю гея непременными компонентами лсех САПР электротгых устройств крупнейших фирм мира.

Другая сторона актуальности работы состоит в том. что, как показал анализ литературы, в подавляющем большинстве случаев публикации посвящены обсуждению некоторых частных аспектов построения ядра системы моделирования неисправностей - имитатора неисправностей, реже общему описанию внутреннего содержания конкретного имитатора, и практически не освещены вопросы обеспечения взаимодействия имитатора с другими компонентами системы. Отсутствие рассмотрения моделирования неисправностей как процесса, протекающего в системе, является, на наш взгляд, серьезным препятствием повышению его эффективности.

Третьей стороной актуальности работы является недостаточная точность проведения моделирования неисправностей ЦУ, что связано с учетом в существующих имитаторах неисправностей нулевых или единичных, а не паспортных задержек срабатывания элементов; отсутствие в литературе примеров структурных и алгоритмических решений, направленных на обеспечение возможности моделирования неисправностей схем, содержащих шинные соединения контактов.

Цель работы

Целью работы является повышение эффективности моделирования неисправностей ЦУ. Под повышением эффективности в работе понимается повышение точности, производительности, информативности моделирования неисправностей, сокращение времени подготовки исходной информации для моделирования и времени интерпретации проектировщиком результатов моделирования неисправностей.

Достижение указанной цели предполагает решете следующих задач:

- анализ и выбор метода моделирования неисправностей ЦУ;

- анализ содержания этапов подготовки исходной информации для моделирования неисправностей ЦУ;

- разработка методов обработки событий в конкурентном моделировании неисправностей ЦУ, ориентированных на учет паспортных задержек срабатывания элементов;

- разработка методов моделирования неисправностей ЦУ, содержащих шинные соединения контактов элементов;

- ацализ и разработка представления структуры ЦУ в памяти ЭВМ;

- разработка принципов повышения эффективности создания модели схемы;

- анализ, экспериментальное исследование и обоснование построения очереди будущих списковых событий, списков конкурентных неисправностей;

- разработка методики автоматизированной интерпретации результатов моделирования неисправностей.

Методы исследования

В диссертации используются методы функционально-логического моделирования, моделирования неисправностей, теории множеств, структурного и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна

В отличие от существующих работ в области моделирования неисправностей ЦУ, в настоящей работе впервые предложено рассматривать эффективность моделирования, неисправностей не только с точки зрения характеристик и свойств имитатора неисправностей, но и с точки зрения времени, затрачиваемого на

подготовку' исходной информации для моделирования и интерпретацию результатов моделирования неисправностей.

Теоретически разработав и обоснованы методы обработки событий в конкурентном моделировании неисправностей ЦУ, учитывающие паспортные задержки срабатывания элементов.

Разработана методика моделтфования неисправностей ЦУ, содержащих шинные соединения контактов элементов.

Впервые в практике проектирования как систем моделирования неисправностей, так и систем функционзльио-логического моделирования ЦУ разрдоотяпы и теоретически обоснованы принципы распределенной трансляции и оперативного контроля схемы. Применение разработанных принципов при построении указанных систем позволяет исключить из процесса подготовки модели схемы отдельные самостоятельные этапы ее трансляции и контроля, что делает возможным реализацию качественно нового подхода к организации исследования проектировщиком тестов и схем.

Получены новые экспериментальные данные, характеризующие дисциплины формирования очереди будущих событий и списков неисправностей, что позволяет обосновано решить задачу организации очереди и списков неисправностей в конкурентном моделировании неисправностей.

Разработана методика автоматизированной интерпретации результатов моделирования неисправностей.

Практическая значимость

Основные выводы и положения диссертации использованы при проектировании и разработке интеллектуальной системы моделирования неисправностей ЦУ, которая внедрена в учебный процесс МИФИ, МГУЛ, ОИАТЭ, ОГУ.

Полученные в диссертаииоштой работе результаты целесообразно использовать в качестве основы при разработке новых подсистем моделирования неисправностей отраслевых САПР ЦУ, в частности САПР БИС.

Опыт эксплуатации интеллектуальной системы моделирования неисправностей ЦУ в учебном процессе МИФИ, МГУЛ, ОИАТЭ, ОГУ говорит о том, что данную систему можно рекомендовать для использования в учебных заведениях Минвуза РФ.

На защиту выносятся:

- методы повышения точности моделирования неисправностей ЦУ;

методы обеспечения высокой производительности моделирования неисправностей ЦУ;

- принципы распределенной трансляции схемы, оперативного мониторинга ошибок ввода схемы, контекстного рисования схемы;

- методы повышения информативности моделирования неисправностей.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались

на:

- московской конференции "Студенческая научная осень - 94", Москва, МИФИ, 1994, где автор был награжден дипломом по итогам открытого конкурса;

Всероссийской научно-технической конференции "Перспективные информационные технологии в высшей школе", Тамбов, 1995;

- конференции "Информатика и новые информационные технологии в системе лицей - ВУЗ", Москва, 1995;

международной конференции "Информационные технологии в проектировании", Москва, 1996;

2-й международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии и системы", Пенза, 1996;

- международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в моделировании и управлении", Санкт-Петербург, 1996;

- международном конгрессе "Молодежь и наука - третье тысячелетие", Москва,

1996;

- второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Электроника и информатика - 97", Москва, 1997.

Интеллектуальная система функционально-логического моделирования цифровых устройств "ЛАД", в состав которой включены разработанные автором имитатор неисправностей и графический редактор схем, демонстрировалась и была удостоена двумя дипломами на конференциях "Телекоммуникации и новые информационные технологии в системе лицей - ВУЗ", Москва, МИФИ, 1997 и 1998.

л

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе два учебтгых пособия.

Структура диссертации

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы, приложение, 41 рисунок, 7 таблиц Обпцш объем - 1-19 страниц Описок ;!сп»>ль«п<?тоя,тх исючников литераторы содержит 88 наименований.

Содержание работы

Возможность решения задач повышения точности, производительности и информативности моделирования неисправностей во многом определяется выбором метода моделирования неисправностей. Анализ и выбор метода моделировашм неисправностей осуществляется в работе из основе сравнения характеристик тгуитагороч неисправностей. Критериями выбора выступают возможность .применения имитаторов к моделированию неисправностей схем разных уропней яерзрхии, точность и производительность моделирования неисправностей.

В диссертации отмечается, что из известных я настоящее время конкурентного, параллельного ч дедуктивного методов моделирования неисправностей, при построении имитаторов неисправностей современных САПР ЦУ используются кстк> рентный метод и параллельный метод в его трех основных разновидностях: граесировки критических путей, концепции доминяторов. концепции стем областей. Имитаторы неисправностей, построенные на основе параллельного и конк\ реп того методо.ч, сравнимы по производительности. Однако, как по возможности осуществления моделирования неисправностей схем разных уровней иерархии, так и по достигаемой точности моделирования предпочтение следует отдать конкурентному методу. В связи с этим в качестве метода моделирования неисправностей в гнссертации был выбран конкурентный метод,

В работе отмечается, что конкурентный метод является скорее не строгим алгоритмом, а лишь парадигмой моделирования неисправностей. И чтобь) построить н<1 ее основе эффективный имитатор неисправностей, необходимо решить ряд теоретических и прикладных задач.

В работе показывается, что решение задачи повышения точности конкурентного моделирования неисправностей требует теоретической разработки и

7

обоснования методов обработки событий, ориентированных на учет паспортных задержек срабатывания элементов. С целью создания таких методов была проведена классификация событий в конкурентном моделировании неисправностей, были определены основные этапы их обработки, разработано теоретическое обоснование выполняемых на этих этапах процедур, установлена временная последовательность их выполнения.

В работе введены следующие основные определения.

Будем называть исправной схему, не содержащую неисправностей.

Элемент М исправной схемы - это исправный элемент. Обозначим через / неисправность из класса одиночных константных неисправностей. Неисправность / идентифицирует конкурентную схему К Исправному элементу М соответствует конкурентный элемент Л^-в конкурентной схеме К

Если / является неисправностью входа, входа-выхода, выхода или внутренней переменной (ВП) элемента М[, то М/ - это неисправный элемент, а / - собственная неисправность элемента М[.

Если / не является собственной неисправностью элемента А/у и М; имеет конфигурацию отличную от конфигурации исправного элемента М, то М/ будем называть элементом с ошибкой, а/- транспортированной неисправностью.

Здесь под конфигурацией исправного элемента Л/ (конкурентного элемента М'/) понимается множество 5 = ¿да, &>> (множество 5/= {% 5да/, &/, %} ), где 5/ -состояния входов, 5/0 - состояния входов-выходов, 5о - состояния выходов, Л';. -состояния ВП элемента М (5//- состояния входов, 5/о/- состояния входов-выходов, ¿о/- состояния выходов, ¿'у- состояния ВП элемента Л/г).

Неисправные элементы и элементы с ошибкой, ассоциированные с исправным элементом М, формируют список конкурентных неисправностей элемента М, обозначаемый далее как

Связь между отношением конфигураций исправного элемента и ассоциированного с ним конкурентного элемента и фактом присутствия конкурентного элемента в списке неисправностей определяется следующими аксиомами.

Аксиома 1. Если конкурентный элемент М/- отсутствует в списке неисправностей РЬщ, то его конфигурация не содержит отличий от конфигурации исправного элемента М.

Аксиома 2. Если конфигурация конкурентного элемента Mf отлична от конфигурации исправного элемента Л/, то элемент Mf присутствует в списке неисправностей Р1Л1.

Над списками неисправностей выполняются две процедуры модификации; дивергенция и конвергенция. Дивергенция - это процедура создаютя нового конкурентного элемента с конфигурацией отличной от конфигурации исправного элемента. Конвергенция - это процедура удаления из списка неисправностей конкурентного элемента, конфигурация которого не содержит отятгпш ог конфигурации исправного элемента. Инициируются процедуры конвергенции и лтяергеихии порождаемыми в процессе моделирования событиями.

Будем называть реальными события, порождаемые элементами исправной схемы, а списковыми - события, порождаемые элементами конкурентных схем.

Будем отдельно рассматривать события как изменения состояния выхода и события как изменения состояния внутренней переменной (ВП). Для событий на выходе введем дополнительный признак - тип цепи, к которой подсоединен выход Будем называть цепь простой, если она содержит только один выход, не имеющий нысокоимпедансного состояния. Цепь, содержащую один и более выходов или двунаправленных выводов с высокоимпедансным состоянием будем называть шиной.

Обознзчич через Er множество запланированных на данный момент модельного времени Т реальных событий в схеме. Компонентами данного множества являются события е - (К Д, V, s(t-i'), s(l)), где /), - элемент, на переменной К (выходе, входе-выходе или ВП) которого запланировано переключение из состояния s(t-I) в состояние s(t) н момент времени / £ Т.

Рассмотрим фрагмент схемы, состоящий из .ibvx элементов £), и П:, к-й выход первого из которых соединен с т-м входом второго.

Выделим подмножество с Ец, состоящее из событий е - (!, Di, V, s(t-l),

s(t)).

В работе показано, что обработка события е : (Т, Dt, к, s(T-l), s(T)), т.е. события на к-м выходе элемента Л/, время наступления которого равно t — Т, требует выполнения следующих этапов.

1, Выполнение процедуры дивергенщш над Flpi, т. е. создание и внесение в Fl.ni конкурентного элемента с неисправным значением состояния к-то выхода.

2. Модификация состояния выхода, т. е. занесение в область состояния к-го выхода элемента £>; значения s(T).

3. Формирование множества Fm неисправностей из FLoi для передачи в список неисправностей нагрузки элемента Du т. е. в FLoi-

4. Выполнение процедур конвергенции для всех конкурентных элементов из FLoi, конфигурации которых не содержат отличий от конфигурации исправного элемента О;.

5. Выполнение процедуры дивергенции над FL0i, т. е. создание и внесет« в FL[)2 конкурентного элемента с неисправным значением состояния т-го входа.

6. Передача множества неисправностей Fm в FLoi-

7. Обработка изменения состояния m-го входа исправного элемента D2.

8. Обработка изменения состояния т-го входа конкурентных элементов из

FL.D2-

Выполнение процедуры дивергенции над FLoi■ Описание процедур модификации списков неисправностей предварим определениями видимого, вновь видимого и невидимого конкурентных элементов.

Пусть SQk - состояние к-го выхода конкурентного элемента Q е FLoi в момент времени Т. Конкурентный элемент С, назовем видимым на выходе к в MOMeirr Г, если scji * s(T-l) и SQk * s(T). Конкурентный элемент С, назовем вновь видимым на выходе к в момент Т, если sCji = s(T-l) и scjk * s(T). Конкурентный элемент С, назовем невидимым на выходе к в момент Т, если sCjt ~ s(T).

Покажем, при каких условиях и каким образом осуществляется создание нового неисправного элемента с собственной неисправностью к-ro выхода.

Утверждение 1. Если s(T-l) - X, то создание неисправного элемента с собственной неисправностью к-го выхода не требуется.

Утверждение 2. Если s(T-l) s {О, 1}, то в FL/ц необходимо внести неисправный элемент С, с собственной неисправностью к-го выхода squ s sfl'-l) (при условии, что такого элемента нет в FLai)-

Состояния остальных выходов этого элемента, а также состояния его входов, двунаправленных выводов и ВП не содержат отличий от состояний тех же переменных исправного элемента, что непосредственно следует из аксиомы I.

Утверждение 3. Если вновь видимый неисправный элемент С, с собствешюй неисправностью выхода к отсутствует в FLa, то множество планируемых для его переменных событий определяется как Eq ~ Foi - E-oit, где ЕСц - это множество событий, запланированных для выхода к исправного элемента £>;.

Формирование множества неисправностей Ftr из FLdi для передачи в FLo2- Изменение состояния к-го выхода исправного элемента Dt приводит к необходимости передачи из FLD, в FLoi множества неисправностей, конкурентные элементы из FLm в присутствии которых имеют состояние данного выхода т s СП. Определим более строго содержание множества FTR.

Утвермиеиие 4. В множество Fn неисправностей, передаваемых in FLot а FL02, необходимо чяиеето неисправности, для которых конкуректштс элементы из ТЪш яьляются втговь видимыми на выходе к.

Передача множества неисправностей Fm в floj. Для того чтобы определить процесс передачи множества неисправностей Ftr в FLq2, достаточно показать, каким образом осуществляется передача одной неисправности из множества Fn в FLD2.

Определим, требуется ли внесение элемента С/ в Fl.ni, если / е F ¡у. является собственной неисправностью входа m этого элемента.

Утверждение 5. Если неисправность / е Fjn является собственной неисправностью входа m элемента С„ то внесение элемента С, в Fini не требуется.

Утверждение 6. Конфигурация вносимого в FLd; конкурентного элемента (_'„ определяемого неисправностью / s Ftr, совпадает с конфигурацией исправного элемента D; в момент Г-1. т. е. Sc, = So:(T-I).

Утверждение 7. Сели / е Fm является собственной неисправностью выхода I (входа-выхода р, ВП г) вносимого в FLD2 конкурентного элемента Cf, то множество планируемых для переменных этого элемента событий определяется как Fa - £~dj -k'm ( ~ #ог ' Eoir. £c# = Edi - FD2r)\ в противном случае Ea - Edî-

Выполнение процедур конвергенций над FLou Реальное событие на к-м выходе элемента £>/ приводит не только к появлению, но и к исчезновению отличий в состоянии этого выхода для исправного элемента О/ и конкурентных элементов из FLn/. Т е. изменение состояния А-го выхода элемента влечет за собой появление подмножества невидимых на к-м выходе конкурентных элементов.

Утверждение 8, Если Eoi - 0, и для невидимого на выходе к в момент Т конкурентного элемента С, б Fiai выполнены два условия: 1) Eq - 0, 2) Sq = Srjj, то элемент Q может быть удален из FLDi.

Выполнение процедуры дивергенции над FLoi- Изменение состояния входа m элемента D2 приводит к необходимости включения (если отсутствует) в FLD}

и

неисправного элемента С, с собственной неисправностью входа т, константное значение которой отлично от передаваемого на вход т элемента состояния; г. е. требуется создание такого элемента С(, для которого i'c™ * -5(7}.

Для определения константного значения неисправности необходимо рассмотреть два случая: 1) s(T-I) = X, 2) s(T-l) е {0, 1 ¡. В первом случае не требуется выполнение процедуры дивергенции над FLds, так как неисправный элемент с собственной неисправностью входа т как sc,m = 1, так и scim = 0 уже присутствует в FLD3, что следует из утверждения 1. Если s(T-l) е {0, 1}, то на вход т создаваемого (если отсутствует в FL02) элемента С, необходимо внести константу sCim в s(T-1).

Утверждение 9. Множество событий, планируемых для переменных вносимого в FLd2 неисправного элемента С, с собственной неисправностью / входа т, определяется как Еа =

Обработка изменения состояния входа т исправного элемента Ог. На данном этапе исправный элемент 02 рассматривается обособленно, безотносительно к ассоциированному с шш списку неисправностей FL[>2. Действия, выполняемые над элементом Dz, представляют собой хорошо известную в логическом моделировании процедуру планирования будущих состояний для выходов и ВП элемента:

- присвоить состоянию входа т элемента /^значение sfrj;

• обратиться к модели элемента D? с обновленным вектором состояний входов;

- на основе результатов работы модели запланировать будущие состояния выходов, входов-выходов и ВП элемента Д>.

В результате выполнения названных операций множество событий, планируемых для переменных элемента £>г, будет модифицировано. Поэтому при обсуждении следующей процедуры под Ещ будет подразумеваться уже обновленное множество запланированных событий.

Обработка изменения состояния входа т конкурентных элементов из FLdi- Пусть С< е FL02• конкурентный элемент, для которого возможна смена состояния входа т. Согласно принципу событийности изменение состояния входа т данного элемента требует переопределения множества событий, планируемых для его выходов, входов-выходов и ВП, для чего необходимо:

- присвоить состоянию входа т элемента С, значение s(T)\

- обратиться к модели элемента О; с обновленным вектором состояний входов (для исправного элемента А и конкурентт.тх элементов из РЕ0, используется одна и та же модель элемента);

- на основе результатов работы модели определить новое множество будущих событий для выходов, входов-выходов и ВП элемента С,.

При этом если элемент С1 является неисправным элементом с собетиен«вд неисправностью выхоэт .' (входа-выхода р. ВП г), тс ли данного выхода, входа-ьыАода итти для дзшгой ВП события не планируются, так как их состояния определяются константными неисправностями.

Множества запланированных событий для переменных конкурентных элементов, на вход т которых внесена собственная неисправность или действует транспортированный эффект неисправности, не подвергнутся модификации в силу отсутствия изменений в векторе входных состояний.

Среди элементов рассматриваемой группы необходимо выделить подмножество тех из гагх. состояние входя т которых не отличается от обновленного состояния данного входа элемента £Ь. Для каждого элемента С, из названного '.чштожесгва необходимо проверить условия утверждения 8 (т. е Еог ~ О, Ее, ~ 0. .V, - ¿Ъ:), и ггрп их соблюдении удалить С, из Е[.р;

Обработка спискового события е = (Т, С,, к, х(Т-1), х(Г)), т.е. события на к-м выходе элемента С,, время наступления которого равно I : ]', требует выполнения следующих этапов.

1. Модификация состояния выхода к элемента С,.

2. Распространение спискового события на входы конкурентных элементов -нагрузок элемента С}.

Вьшолнение первого этапа тривиально н состоит в присвоении состоянию выхода к элемента С, значения ¡(Т).

! 1ри обсуждении второго этапа обработки спискового события будем отдельно рассматривать два варианта; 1) элемент С, -нагрузка элемента С, - присутствует в

2) элемент С, отсутствует в Дог.

Предположим, что элемент (.< присутствует в РЬо2-

Если f является собственной неисправностью входа т элемента С„ то обработка спискового события ограничивается выполнением только первого этапа.

Если / является транспортируемой неисправностью либо собственной неисправностью выхода, входа-выхода, ВП или отличного от т входа элемента С„ то

13

изменение состояния входа т данного элемента возможно, и для его обработки необходимо выполнить процедуру планирования будущих состояний выходов, входов-выходов и ВП элемента С(, т. е.:

- присвоить состоянию входа т элемента С, значение s(T);

- обратиться к модели элемента £>j с обновленным вектором состояний входов;

- на основе результатов работы модели запланировать будущие состояния выходов, входов-выходов и ВП элемента С,.

При этом если элемент С, является неисправным элементом с собственной неисправностью выхода I, входа-выхода р или ВП г, то для данного выхода, входа-выхода или для данной ВП события не планируются, так как их состояния определяются константными неисправностями.

4 Предположим, что конкурентный элемент Ct - нагрузка элемента С-отсутствует в FLoi-

Утверждение 10. Если неисправность/ определяющая отсутствующий в FLoi элемент Cj - нагрузку элемента Cj, является собственной неисправностью входа т элемента С„ то элемент С, не нужно вносить в FLdj- В противном случае требуется внесение элемента С, в FLD2■

Рассмотрим теперь процедуру внесения в FLD2 конкурентного элемента С, в случае, если неисправность / его определяющая, не является собственной неисправностью входа т. Состояния переменных элемента Ct в момент Т определяются исходя из равенства Sq = Sq2- Множество событий, планируемых для переменных рассматриваемого элемента, определяется так же, как и при выполнении процедуры передачи неисправностей из FLDl в FL03( см. утверждение 7), т. е.: [ Ed2 - Ещи если/является собственной неисправностью I выхода / элемента С,

I Е0 2- ED2p, если /является собственной неисправностью I входа-выхода р элемента С,

Еа = i Ем - Ear, если/является собственной неисправностью ВП г I элемента С,

! Ео2. если/является собственной неисправностью отличного [ от m входа элемента С, либо транспортируемой I неисправностью

Далее, в силу изменения состояния входа m элемента С„ вызванного списковым событием, необходимо выполнить процедуру планирования будущих

состояний выходов, входов-выходов и ВП элемента С„ рассмотренную выше в данном пункте. Эта процедура может внести коррективы в только что сформированное множество /Го

Утверждение 11. Если неисправность /, определяющая отсутствующий в FLpi конкурентный элемент С, - нагрузку элемента С,-, не является собственной неисправностью входа т, и в Ещ присутствует реальное событие (Т\ Dt, к, $(Т!/, чЧ'ХК гакое что Т, stT'-l) - x(T-l), s(T) =s(1), то не требуется внесение в fi£w элсмеша С,.

Дчя событий на выходе в гаине георетическое обоснование процедур лчвергсцций, конвергенции, транспортировки неисправностей было предварено исследованием и разработкой методов вычисления состояния шины на основе совокупного состояния подключенных к ней выходных контактов, что в изученной литературе по имитаторам неисправностей не освещено вовсе. Проведенное исследование показало, что целесообразно определение состояния шины возложить на, функцию вносимого в модель схемы фиктивного элемента. При этом было доказано, что из двух возможных подходов к организации структуры фиктивного .¡лсмента (фиктивный элемент с усеченным и с полным наборами неременных) необходимо - в целях сокращения временных затрат, связанных с обработкой события на «ыходе в шине - использовать подход, характеризующийся внесением в шину фиктивного элемента с полным набором переменных.

Использование данного подхода позволяет представить реальное событие е = ( /', Д, V,, s(T-l), .i(T)) на подключенном к шине выходе исправного элемента Dj в виде двух реальных событий на выходе в простой цепи: события а = (Т. Dp У;, s(T-l), s(T)\ поступающего с млхода V, элемента Г), на соединенный с этим выходом вход фиктивного элемента, и порождаемое после этого фиктивным элементом событие, поступающее с выходов этого элемента на соединенные с ними входы элементов -нагрузок шины.

Аналогично, списковое событие с = (7. С„ У,. s(7-!), s(T)) на подключенном к шине выходе (', конкурентного элемента Г, б EL0J можно представить в виде двух списковых событий на выходе в простой цепи: события е = (Т, С„ Vh s(T-l), s(TJ), поступающего с выхода Vj элемента С, на вход конкурентного элемента - его нагрузки, присутствующего или вносимого в список неисправностей фиктивного элемента; порождаемого после этого нагрузкой элемента Q события, поступающего

на входы конкурентных элементов, являющихся нагрузками элемента из списка неисправностей фиктивного элемента.

Обработка происходящего в момент Т на ВП г элемента Dt реального события с = (Т, £>;, г, s(T-J), s(T)) требует выполнения следующих этапов.

1. Выполнение процедуры дивергенции над FLoi-

2. Выполнение процедуры планирования будущих состояний выходов, входов-выходов и ВП элемента Dj.

Процедуру дивергенции над FLD1 необходимо выполнять только при условии s(T-l) * X. Если s(T-l) е {0, 1}, то константное значение собственной неисправности ВП г, определяющей неисправный элемент С,, задается как scjr = s(T-l). В случае отсутствия неисправного элемента Су в FLoi, его создание осуществляется с использованием равенств Scj - ^'di, Eq Eoi - Ев/,.

Выполнение второго этапа аналогично выполнению процедуры планирования будущих состояний выходов, входов-выходов и ВП элемента D? при обработке поступившего на его вход m реального события с выхода к элемента D, с той лишь разницей, что здесь модификации подвергается состояние не входа, а ВП.

Единственной процедурой, которую необходимо выполнить для обработки происходящего в момент Т на ВП г конкурентного элемента С, е FLDl спискового события е ~ (Т., Ср. г, $(Т-1), s(T)\ является процедура планирования будущих состояний выходов, входов-выходов и ВП.

При этом если элемент Cj является неисправным элементом с собственной неисправностью выхода I, входа-выхода р или ВП q, то для данного выхода, входа-выхода или для данной ВП события не планируются.

Следующей решаемой в работе задачей являлось обеспечение высокой производительности конкурентного моделирования неисправностей. Решение данной задачи непосредственно связано с поиском эффективных форм управления событиями и конкурентными элементами, что требует соответствующей организации двух важнейших структур данных конкурентного моделирования неисправностей -очереди будущих событий и списка неисправностей.

В работе было показано, что для управления реальными событиями целесообразно использовать очередь будущих событий в виде двунаправленного циклического списка, которая, однако, неприемлема для управления событиями списковыми. Причина этого состоит в существенном увеличении количества

списковых событий по сравнен!по с количеством реальных событий, просматриваемых в операциях планирования, переноса во времени и отмены событий. Сокращение «тела списковых событий, просматриваемых в названных операциях, было достигнуто с помощью двух структурных регпеггий: первое решение позволило сократить 'отсло списковых событий, просматриваемых в операциях переноса во времени и отмены события, второе - в операции планирования события.

Основные временные затраты по управлению списком неисправностей возникают при его просмотре в процедурах конвергенции, дивергенции, ¡рячепортировьи неисправностей с целью поиска конкурентного элемента с заданной неисправностью. Для уменьшения этого времени в работе было предложено сократить пространство поиска конкурентных элементов путем разбиения каждого множества конкурентных элементов на пять списков неисправностей: четыре списка собственных неисправностей и список транспортированных неисправностей. Значительная емкость последнего из названных списков потребовала его дальнейшего дробления с применением хэш-таблицы.

Экспериментальные оценки подтверждают эффективность предложенных ¡Vтпенпн. Действительно, как следует из приводимых в литературе оценок коэффициента замедления моделирования неисправностей по отношению к логическому моделированию, значения коэффициеггга замедления при моделировании 294 неисправностей схемы, состоящей из 133 элементов вентильного уровня, лежат в диапазоне 50 100. Согласно полученным в диссертационной работе экспериментальным оценкам созданного автором имитатора неисправностей значение коэффициента замедления при моделировании, например, 4398 неисправностей схемы, состоящей из 709 элементов функционального уровня, равно АГ,/ = 27. Приведенное сравнение позволяет утверждать о том, что в диссертационной работе достигнута высокая производительность моделирования неисправностей.

Оценки выполнены на компьютере с процессором Pentium 200 МГц и оперативной памятью размером 16 МГб.

Скорость моделирования неисправностей является важнейшим, но не единственным фактором, определяющим производительность работы проектировщика в системе моделирования неисправностей. Исключительное влияние на производительность работы проектировщика оказывает организация его взаимодействия с моделью схемы, в наибольшей степени определяемая организацией процесса создания модели схемы.

В работе было показано, что в современных САПР электронных устройств создание модели схемы состоит в графическом вводе схемы, контроле вводимой информации и трансляции графического представления схемы в структуры данных модели схемы.

Присутствие в рассматриваемом процессе отдельного самостоятельного этапа трансляции схемы, во-первых, приводит к непроизводительным затратам времени проектировщика, связанным с необходимостью выполнения данного этапа всякий раз после модификации схемы перед моделированием; во-вторых, существенно снижает информативность моделирования из-за невозможности обеспечения непосредственного перехода от результатов моделирования к графическому представлению схемы.

Для исключения указанных недостатков традиционного подхода к трансляция схемы в работе был предложен новый принцип выполнения трансляции, названный принципом распределенной трансляции схемы.

Основная идея этого принципа состоит в выполнении трансляции схемы в процессе ее рисования, т.е. в виде распределенной по операциям ввода и редактирования схемы совокупности преобразований графического представления схемы в структуры данных модели схемы. Применение принципа распределенной трансляции позволит не только исключить затраты времени на трансляцию схемы, но и создать условия для качественно нового взаимодействия проектировщика с моделью схемы.

Потенциальная возможность осуществления рассматриваемого принципа состоит в том факте, что вычислительная машина способна обработать результаты выполненной проектировщиком операции ввода и редактирования схемы быстрее, чем он перейдет к выполнению следующей.

Реальное же обоснование данного принципа состояло в работе из следующих этапов. Были определены требования и разработаны удовлетворяющие им исходная и результирующая структуры данных распределенной трансляции схемы. Была проведена оценка временного кванта распределенной трансляции. Полученные результаты доказали возможность осуществления распределенной трансляции без замедления процесса ее рисования даже на малопроизводительных ЭВМ.

Исключение из процесса создания модели схемы отдельного самостоятельного этапа трансляции позволило организовать непосредственную двухстороннюю информационную связь "редактор схем <~» моделирующая программа". Наличие 18

непосредственной связи редактора схем с моделирующей программой дает возможность проектировщику вносить в схему изменения и переходить к их оненке мгновенно, не затра'пшая время на перетрансляшпо схемы. Наличие неносредстветгой связи моделирующей программы с редактором схем позволяет дополнять результаты моделтгроваиия изображениями соответствующих им участков схемы, что повышает информативность и, соответственно, облегчает интерпретацию результатов моделирования.

Следующей процедурой процесса создания модели схемы, требующей радикального пересмотра формы выполнения, является процедура контроля схемы. Необходимость разработки новых форм контроля схемы обусловлена неэффективностью традиционного подхода к организации процедуры поиска и исправления проектировщиком ошибок ввода схемы. Так, в современных САПР электронных устройств проектировщику сначала позволяют совершать ошибки, а затем по завершении ввода схемы или, что еще хуже, на этапе моделирования вынуждают совершать их поиск и исправление, а чем дальше отстоит время обнаружения ошибки, тем сложнее ее исправить.

В работе был предложен принцип выявления ошибок я момент их позникновенин. Была проведена классификация выполняемых средствами контроля проверок, на основе которой все совершаемые проектировщиком ошибки были разделены на явные и потенциальные. Была разработана и обоснована методика оперативного мониторинга ошибок, позволяющая исключить присутствие в схеме явных ошибок и динамически отслеживать появление и исчезновение ошибок потенциальных. Кроме этого, дазтая методика позволяет на любой стадии ввода схемы поучать непосредственный доступ к информации о присутствующих в схеме ошибках, что исключает временные затраты на работу процедуры контроля и поиска ошибок. К моменту завершения ввода или редактирования схемы вся необходимая информация о допущенных ошибках ввода схемы будет уже сформирована, и проектировщику останется, используя созданные в работе средства автоматизированного исправления ошибок, эти ошибки устранить. Указанные средства по выбираемому проектировщиком из списка сообщению об ошибке осуществляют автоматическое отображение в рабочем окне некорректно введенного участка схемы.

Наконец, третьим предложенным в работе подходом повышения эффективности создания модели схемы, является контекстное рисование схемы,

состоящее в одновременном указании объекта схемы и выполняемой над ним операции. Использование принципа контекстного рисования позволяет сократить в 23 раза по сравнению с традиционными средствами меню число действий, которые необходимо совершить проектировщику для инициализации часто выполняемых команд ввода и редактирования схемы.

Основные результаты работы

В диссертационной работе была поставлена и решена задача повышения эффективности моделирования неисправностей цифровых устройств. Основные результаты работы следующие.

1. Теоретически разработаны и обоснованы методы повышения точности конкурентного моделирования неисправностей, гарантирующие получение достоверного результата моделирования.

2. Разработаны эффективные формы управления событиями и списками конкурентных элементов, позволяющие обеспечить высокую производительность моделирования неисправностей.

3. Впервые в практике построения САПР электронных устройств сформулирован и обоснован принцип распределенной трансляции схемы, позволяющий исключить затраты времени на трансляцию схемы, повысить оперативность взаимодействия проектировщика с моделью схемы, информативность результатов моделирования.

4. Разработан и обоснован принцип оперативного мониторинга ошибок, позволяющий исключить присутствие в схеме явных ошибок, автоматизировать исправление потенциальных ошибок.

5. Предложен принцип контекстного рисования схемы, сокращающий время создания рисунка схемы.

6. На основе разработанных методов и алгоритмов была создана подсистема моделирования неисправностей, состоящая из графического редактора схем и конкурентного имитатора неисправностей. Разработанная автором подсистема моделирования неисправностей вошла в состав интеллектуальной системы функционально-логического моделирования цифровых устройств "ЛАД". Система "ЛАД" внедрена в учебный процесс 12-й, 3-й и 8-й кафедр Московского инженерно-физического института, в учебный процесс Московского государственного

университета леса, Обнинского института атомной энергетики. Оренбургского государственного университета.

Публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в след>тощих работах.

1. Ковригин Б. Н., Кузнецов С. В., Пырикова Е. И., Чепасов А. В. Интеллектуальная система функционально-логического моделирования цифровой аппаратуры "ЛАД 1.2"// Материалы конферешцш "Телекоммуникации и новые информационные технологии в сиисме лицей - ВУЗ", Москва, 1997, с. 32 - 33

2. Коврипш Б. Н., Кузнецов С. В., Пырикова Е. И., Чепасов А. В. Интеллектуальная система функционально-логического моделирования цифровой аппаратуры ЛАД / Под. ред. Б. Н. Ковригина: Учебное пособие. М.: МИФИ, 1997. - 84 с.

3. Ковригин Б. Н., Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Интеллектуализация САПР как путь повышения эффективности учебного процесса // Тезисы докл. Всероссийской научно-технической конференции "Перспективные информационные 1СХН0Л0ГИИ в высшей школе", Тамбов, 1995, с. 142-143

4. Коврипш Б. П., Кузнецов С. В.. Чепасов А. В. Система функционально-лошческого моделирования цифровой аппаратуры "ЛАД"// Тезисы докл. конферешши "Информатика и новые информационные технологии в системе лицей -ВУЗ", Москва, 1995, с. 5В - 59

5. Коврипш Б. Н„ Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Система функционально-логического моделирования цифровой аппаратуры "ЛАД"// Каталог программных средств выставки "Информатика и новые информационные технологии в системе линей - ВУЗ", Москва, 1995, с. 34 - 35

6 Ковригин Б. Н., Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Интеллектуальная система функционально-логического моделирования цифровой аппаратуры "ЛАД"// Тезисы докл. И Международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии и системы", ч. 2, Пенза, 1996, с. 81-83

7. Ковригин Б. П., Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Интеллектуализация процесса моделирования цифровой аппаратуры // Тезисы докл. международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в моделировании и управлении", Санкт-Петербург, 1996, с. 81-84

8. Ковригин Б. Н., Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Система ЛАД -интеллектуальный комплекс моделирования цифровых схем // Тезисы докл. международного конгресса "Молодежь и наука - третье тысячелетие", Москва, 1996, с .11-60 - И-61

9. Ковригин Б, Н., Чепасов А. В. Лабораторная работа "Автоматизированная разработка контролирующих тестов для цифровых схем": / Под ред. Б. Н. Ковригина: Учебное пособие. М.: МИФИ, 1997. - 28 с.

10. Ковригин Б. Н., Чепасов А. В. Интеллектуальная система моделирования цифровых схем с неисправностями. // Тезисы докл. второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Электроника и информатика -97", Москва, 1997, с.253

11. Ковригин Б. Н., Чепасов А. В. Интеллектуальная система моделирования неисправностей цифровых схем // Сб. научных трудов "Телекоммуникации и новые информационные технологии в системе лицей - ВУЗ",4.6. М.: МИФИ, 1998. - с. 40 -41

12. Кузнецов С. В., Чепасов А. В. Интеллектуальная система функционально-логического моделирования цифровой аппаратуры // Материалы конференции "Студенческая научная осень - 94", Москва, 1995, с. 57-58

13. Чепасов А. В. Методы обработки событий в конкурентном моделировании неисправностей цифровых схем, учитывающие реальные задержки срабатывания элементов,- В кн.: Информационные продукты, процессы и технологии.:Сб. статей. М. Технологии машиностроения, 1998, с.36-60

14. Kovrigin В. N., Kuznetsov S. V, Chepasov А. V. Intellectual CAD - the way of improving the effectiveness of the digital circuits developraent, Proc. of the International Conference "Information technology in design", Moscow, 1996, pp. 101-104