автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей компонентов микропроцессорных систем с разрядно-модульной организацией



с,

БАШа^ЛЕТЕРБУРГСШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) И-:-гг-

На правах рукописи

АБУ-АРГУБ МУХАММЕД ХАСАН

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ С РАЗРЯДНО-МОДУЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ

Специальность: 05.13.05 •- Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете имени В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель -

кандидат технических наук доцент Тимофеев А. 0.

Официальные оппоненты:

доктор технических Наук Кокаев О.Г.-

кандидат технических наук доцент Азбелев П. П.

Ведущая организация - СПб.' Институт (технический университет) " Точной миханики и оптики "

Защита диссертации состоится квД&рЛ 1994 г.

в часов на заседании диссертационного совета

К 063.36.04 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета Имени В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

автореферат разослан " 6 " Ивс^С^ь) 1994 г

Ученый секретарь диссертационного совета

ЮРКОВ-Ю. В

-1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность'проблемы. Возрастающая' сложность средсть вычислительной техники и увеличение степени интеграции микросхем выдвигают на первый план вопросы проверки правильности функционирования проектируемых аппаратных средств ЭВМ. Для решения этих вопросов используются: аппаратно-программные комплексы и приборы; системы функционально-логического моделирования устройств на ЭВ£

Использование специализированных аппаратно-программных комплексов существенно ускоряет процесс моделирования по сравнению с универсальными ЭВМ. Однако сложность и дороговизна таких комплексов не исключает использование систем функционально-логического моделирования на ЭЕ!-'

В настоящее время одной из главных проблем, стоящих перед проектировщиками является проблема создания за минимальное время эффективных и удобных в эксплуатации программных моделей сложных элементов микропроцессорных комплектов для систем логического моделирования на ЭВМ.

Среди микропроцессорных БИС имеется класс схем с раз-рядно-модульной организацией, часто используемый в ответственных разработках. А в таких разработках особенно требуется проверка системы путем ее- моделирования. Задача разработки программных моделей и других средств моделирования для таких сложных БИС не является только практической, так как из-за высокой сложности моделей требуется их тщательное на-vчнoe обоснование.

На основе вышесказанного, разработка и исследование программных- моделей элементов и узлов ЭВМ микропроцессорных систем с.разрядно-модульной организацией для систем логического моделирования представляет значительный теоретический и практический интерес и является актуальной задачей.

Цель работы состоит в повышении качества проектировании устройств на базе микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией путем научно-обоснованной разработки адекватных программных моделей компонентов.

Для достижения поставленной цели предлагается решение следующих задач.

- анализ существующих методов и направления логического мо-

- г -

делирования.

- исследование и анализ объекта моделирования с Цель» выработки основных требований к программным моделям.

г теоретическое обоснование выбора базиса моделирования и разработка обобщенной структуры моделей.

- разработка программных моделей для элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией и их практическая.реализация.

- разработка методики проектирования моделей и алгоритма расчета их состояний.

- проведение экспериментов над разработанными моделями и выполнение сравнительного анализа их результатов.

Методы исследования основаны на использовании положений и методов теории моделирования, проектирования цифровых устройств. булевых функции и теории автоматов.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

- разработан алгоритм расчета состояний модели.. Новизна алгоритма заключается в двухфазном порядке расчета состояний модели. Такой порядок освобождает проектировщика от анализа последовательности срабатывания элементов, разрыва логических обратных связей и ранжирования структуры модели.

- предложена методика проектирования моделей элементов микропроцессорный комплектов с разрядно-модульной организацией, существенно отличающаяся от известных количеством и содержанием этапов проектирования модели:

- предложен способ наблюдения результатов моделирования. Способ позволяет представить ■ результаты моделирования в удобной для пользователя форме. Новизна предложенного способа, заключается в форме представления результатов, которая (Форма) строится на основе функциональной схемы.

Практическими результатами работы являются;

- разработка и реализация работоспособных моделей, имитирующих поведение элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией, на примере типичного представителя комплекта КМ1804 на языках Си и ФОРТРАН.

- временные оценки результатов моделирования

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использовались в ходе выполнения научно-исследовательских работ в периоде 1992-1993 гг. а разработанные мо-

(ели включены в систему моделирования вычислительных уст-юйств в качестве библиотечных, что позволяет расширить круг юделируемых схем.

Апробация работы. Основные положения диссертационной )аботы докладывались и обсуждались на конференциях: • 47-й областной научно-технической конференции "Актуальные фоблемы развития радиотехники, электроники и связи" (г. :анкт-Петербург, 1992 г.).

■ 48-й областной научно-технической конференции, посвященной щю радио (г. Санкт-Петербург, 1993 г.). - 49-й областной научно-технической конференции, посвящециой шю радио (г.Санкт-Петербург, 1994 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опуб-шкованы 3 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состо-1т из введения, четырех разделов с выводами, заключения, шнека литературы, включающего 79 наименований, и приложе-' шя. Основная часть работы изложена на 131 страницах. Работа содержит 47 рисунков и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирова-т цель и основные задачи исследования.

В первом разделе диссертационной работы дан анализ методов и средств моделирования, используемых на этапе проектирования цифровых устройств (ЦУ). выработаны основные тре-5ования. которые должны учитываться при создании моделей микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организа-дией.

В поиске эффективных методов и средств, для моделирова-шя технических устройств и систем вычислительной техники на этапе проектирования существуют различные направления:

1. Аппаратно-программные комплексы и приборы;

2. Использование систем функционально-логического моде-пирования цифровых устройств.

Второе направление (использование систем функционально-логического моделирования на ЭВМ) предполагает использование программной модели проектируемого устройства, т.е. переход

от традиционного макетирования разрабатываемой аппаратуры к ее моделированию с помощью ЭВМ, что приводит к сокращению срока и стоимости процесса проектирования. Недостатком программного моделирования на ЭВМ является меньшее, относительно Макета, быстродействие.

В данном направлении существует довольно больше разнообразие методов логического моделирования ЦУ на ЭВМ . Используемые методы моделирования, классифицируют по признаку используемого сигнала в модели ( двоичные, троичные, пятеричные, девятиричные и модели большей значности). Различают также Методы, не учитывающие реальные задержки переключения элементов (синхронное моделирование), и методы, основанные на учете реальных задержек (асинхронное моделирование).

Основными критериями для сравнения перечисленных методов является степень-адекватности модели реальному ЦУ и эффективность работы соответствующего алгоритма, т.е. его быстродействие и требуемый объем памяти. Эти критерии су-ществнно зависят от типа и уровня предстявления проектируемого устройства.

Обзор литературы показывает, что в последнее время многие разработчики систем моделирования отвергают подход к моделированию сложных функциональных узлов на вентильном уровне на ЭВМ. Данный подход имеет низкое быстродействие, так как обработка событий производится на самом последнем, базовом уровне. Кроме того, моделирование сложных функциональных узлов на вентильном уровне на ЭВМ часто бывает затруднительным или невозможным. Поэтому по уровню сложности и детальности отображения в моделях БИС МПК, их характеристик и свойств целесообразно использовать Функциональные модели.

Постоянное усложнение проектируемых схем и все более широкое использование сложных методов моделирования предяв-ляют повышенные требования к средствам автоматизированного проектирования и к самим моделям цифровых устройств. Поэтому в данном разделе уделяется внимание этим' требованиям.

Для того, чтобы промоделировать какой-нибудь проект, не-ооходимо тщательно его изучить и определить конкретные свойства и характеристики, подлежащие исследованию.

В данной работе объектом моделирования является .микропроцессорные, комплекты с разрядно-модульной организацией.

Для изучения МПК с разрядно-модульной организацией и определения их основных режимов работы, были рассмотрены различные схемы и контроллеры, построенные на базе элементов типичного представителя МПК данного класса, КМ1804. Изучение их показало, что элементы комплекта работают в реальном времени, т.е. существенными являются не только логические зна- , чения входных и выходных сигналов, но и моменты времени их появления; наличие двунаправленных выводов и использование шины для связи между блоками или с внешней средой с высоким • выходным сопротивлением; присутствие определенных конструкций, -с помощью которых выполняются те или иные функции; наличие определенных задержек выходных сигналов; наличие внутренней регистровой памяти; наличие различных входных воздействий ; наличие объединений по монтажной логике . Кроме того, в этих схемах не было обнаружено различие с паспортной информацией в справочниках по дачному комплекту. В результате анализа были сформированы необходимые требования, которые должны быть учтены при создании моделией элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией.

1. Модели должны быть способны к выявлению в процессе моделирования функциональных ошибок и ошибок во временном положении сигналов.

2. Модели должны обеспечивать' реализацию всех возможных паспортных режимов обмена информации.'

3. Модели в целом должны учитывать ряд схемотехнических решений, а именно, двунаправленность ряда выводов БИС, возможность объединения выводов в общую линию с использованием состояния высокого выходного сопротивления, объединение по монтажной логике (И, ИЛИ).

4. В моделях- должна быть учтена возможность наблюдения входных воздействий и выходных реакций и контроль в определенной степени времени их изменения.

5. Модели должны отражать свойства задержки на выходах БИС, что позволяет выявить ошибки на временных диаграммах сигналов.

6. Модели должны отражать свойства фильтрации.коротких сигналов на входе микросхемы.

Важную роль в разработке и усовершенствовании цифровых устройств играют различные системы САПР, обязательными

- 6 -

средствами САПР являются системы моделирования.

Основными характеристиками любой, системы логического моделирования цифровых устройств (ЦУ) являются объем моделируемых схем, адекватность полученных результатов, быстродействие процесса моделирования. Адекватность моделирования определяется достоверностью используемых моделей компонентов логической схемы и полнотой учета основных временных параметров ИС. ,

В настоящее время существуют различные системы логического моделирования с разными целями и степенью детализации, с использованием разных методов моделирования и учетом основных временных параметров.

В данном разделе с помощью обзора существующих систем моделирования были выработаны следующие общие и основные требования к системе моделирования МПК с разрядно-модульной организацией.

1. Возможность постановки системы.на более широкие и доступные ЭВМ, что приводит к существенному расширению круга пользователя.

2. Обеспечивать максимальные удобства, а также высокую скорость ввода и редактирование описания моделируемых схем.

3. Система логического моделирования должна обеспечивать интерактивный режим работы при моделировании.

4. Обеспечивать возможность расширения библиотеки моделей элементов и увеличения номенклатуры численных экспериментов.

5. Возможность реализации одношагового и многошагового счета на любом заданном отрезке времени.

6. Возможность слежения за логическими сигналами на выводах и за содержимым внутренних регистров ИС. не имеющих внешних выводов.

7. Обеспечивать наглядный вывод информации в процессе моделирования.

8. Системы логического моделирования должны учитывать особенности МП БИС.

Во втором разделе диссертационной работа описываются программные модели, разработанные для элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией, на примере их типичного представителя КМ1804 и написанные на языках СИ и ФОРТРАН.

Для создания программных моделей микропроцессорных комплектов, существует достаточно много знаковых моделей, пригодных для описания динамического поведения технического устройства: временные диаграммы, схемы алгоритмов, автоматы Мили (Мура), модели с временными булевыми функциями и др.. Такое разнообразие моделей обусловлено стремлением наглядно, компактно и полно отразить сложный процесс изменения состояния устройства.

В данной работе используются Ф-модели (функциональные фазовые модели), которые относятся к автоматным молепои и построены с помощью диаграмм состояний

Для всех разработанных моделей в- данной работе общим является следующий троичный алфавит: символ "О" - низкий уровень напряжения: символ "1" - высокий уровень напряжения; символ "2" - высокоимпедансное состояние.

Программные модели хранятся в памяти ЭВМ как библиотечные модели.

Все разработанные модели имеют одинаковую структуру, Они содержат блоки с функциями, идеальными в отношении задержки, и элементы задержки-фильтрации на выходах каждого блока, т.е. каждому блоку микросхемы сопоставляется имитационная модель.

Создание программной модели элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией целесообразно начинать с изучения компонента и определения элементов его структуры, между которыми происходят пересылки информации (контакты, регистры и т.п.)

После определения элементов структуры компонента для него разрабатывается формат данных (эталонное начальное изображелие); который хранится в базе данных

За основу эталонного начального изображения целесообразно принять структурную схему, приводимую в справочниках, так как это представляет удобств.о для пользователя при использовании модели.

Эталонное начальное изооражение, разработанное для каждой модели, отражает информацию о состоянии элемента-: двоичные кодовые значения на входах микросхемы; внутри каждого блока показана служебная информация, а именно, те значения, которые будут установлены на выходах после срабатывания

Фильтров-задержек; состояния выходов каждого блока; каждому выходу или группе однотипных выходов каждого блока отведено поле, где будет установлено время будущего их изменения (время события).

. Некоторые кодовые значения внутри некоторых блоков обводятся прямоугольником. Это дает пользователю дойолнитель-ную информацию, а именно, то, что эти значения являются значениями для схем с элементами памяти.

На выходах, где имеет место третье состояние (высокоим-педансное), для удобства пользователя указывается буква 2.

В самой нижней части формата данных модели изображены значения временных задержек, приписанные каждому блоку. Численные значения задержек выбраны таким образом, что их общая сумма от одних входов до внешних выходов микросхемы почти соответствуют паспортным значениям, которые приведены в справочниках. Кроме того, численные значения задержек могут редактироваться непосредственно.пользователем, что представляет удобство для пользователя при использовании модели и подбора того варианта, который ему нужен.

Эталонное начальное изображение модели содержит в себе' ту информацию, которая необходима при написании программы, имитирующей поведение данной микросхемы, используя аппарат Ф-модели, а именно, для каждого блока обозначен вектор входных переменных, вектор выходных переменных, вектор внутренних переменных,время задержек и время будущего изменения сигнала на выходе каждого блока.

Далее ведется работа по формализации алгоритма преобразования данных, который может быть представлен в разнообразных формах (словесной, табличной,. графической и др.). • Для создания программных моделей для элементов МПК с разряд-но-модульной организацией в качестве алгоритма функционирования используются таблицы истинности й словесной записи, приведенные в справочниках по данным микросхемам.

На основании данных, таблиц истинности, собранных из справочников, по данной'микросхеме, выполняется программирование, - т. е: перевод алгоритма функционирования в описание, совместимое с системой моделирования .

Программа расчета состояния устройства выполняется последовательно. оператор за оператором, поэтому может возник-

нуть ситуация, когда часть узловых переменных уже имеет новые значения, а другая часть - еще старые значения." Решение проблемы "старое-новое" заключается в применении двух фаз расчета: в первой фазе изменяются,значения выходных переменных модел^ а во второй фазе - значения внутренних переменных. Этот подход приводит к удобству при программной реализации, так как исключает необходимость в назначении особого порядка расчета

Все программы, имитирующие поведение элементов комплекта, оформлены как две подпрограммы (для фазы 1 и фазы 2).

Модуль П имитирует выдачу сигналов.

Модуль отражает прием и обработку сигналов, а также действия, связанные о выполнением функции данной схемы.

Подпрограмма для фазы-1 включает в себя: описание списка выходных переменных; описание списка.вспомогательных переменных;- проверку наступления времени события; обновление значений выходных сигналов в формате данных; процедуру преобразования значений выходных контактов в значения тока и проводимости..

Подпрограмма для фазы 2 включает в себя: описание списка внешних входных контактов; опиоание списка внутренних и вспомогательных переменных; анализ входных сигналов; анализ изменения на сйнхровходах; описание функции й анализ режимов работы микросхемы; вызов выходных фильтров; обновление значений входных сигналов в формате данных.

Входной информацией для программной модели являются: переменная Т- модельное время, которая Передается через общую память; вектор входных переменных X, который передается через вход; вектор состояния, включающий вектор выходных переменных Ш, вектор внутренних переменных В и время события ТИ-через вход, но в виде одного массива.

К выходной информации относятся результаты моделирования. Результатом моделирования являются кодовые временные пиаграммы на внешних выводах и в заданных контрольных точках. ,

В третьем разделе диссертационной работы теоретически эбосновано- использование Ф-модели (функциональная фазовая модель),: как базовой модели для создания программных моделей элементов МПК с разрядно-модульной организацией, разработан

алгоритм расчета состояний модели и предложена методика проектирования моделей их элементов.

Одной из моделей, пригодных для создания программных моделей микропроцессорных комплектов, является ф-модель (функциональная фазовая модель).

В Ф-модели происходит преобразование значении входных

переменных XI, 12.....Хп в значения' выходных переменных

У1,У2,...,У1 с, учетом временных задержек. Преобразование происходит в дискретном времени Т, где Т={ 0.1,.... Ш ) -натуральный ряд чисел, а № - значение независимой переменной 1;, которое ограничивает интервал, в котором проводят эксперименты'с моделью.

Основная особенность Ф-моделей заключается в том, что в вектор состояния модели включаются временные переменные, т.е. 'переменные, заданные над алфавитом модельного времени I, а среди условий изменения состояний допускаются временные предикаты.

Ф-модель может отражать статические и- динамические (функции задержки-и фильтрации коротких чигналоз, и пауз) свойства как логических элементов, так и устройств. Кроме этого, ее"можно описать в текстовой форме в виде вьфажений условных операторов, что соответствует требованию о формальности модели. При этом ее можно считать универсальной и использовать как базовую модель.

Для создания программных моделей компонентов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией выполняются следующие этапы

1. Подготовительный этап. Этот этап тесно связан с изучением объекта моделирования и в свою очередь включает в себя следующие подэтапы:

- определение элементов структуры компонента, где в данной работе элементы структуры компонента рассматриваются на уровне функциональной схемы;

- определение внешних контактов компонента для того, чтобы учитывать их особенности при написании программы, имитирующей поведение данного компонента.

- восстановление устройства управления, если оно присуствует в моделируемой схеме;

- ввод вектора состояния для каждого блока компонента, а

именно векторы входных, выходных и внутренних переменных; -определение времен задержек каждого блока; - анализ режима работы компонента и определение выполняемых-функций каждого его блока , которые подлежат обработке и учеТу при написании программы, имитирующей поведение компонента.

2. Разработка формата данных модели.

Одним из важных этапов данной методики является разработка формата данных модели. Формат данных является эталонным начальным изображением состояния библиотечного элемента, хранящемся в базе данных.

В формате данных помещаются все параметры, определяющие характеристику элемента и являющиеся входными и выходными данными для программы моделирования. Эти параметры доступны для пользователя, и он имеет возможность изменить их перед выполнением и во время процесса моделирования.

Для полноты . отражения состояния модели, в том числе состояния внутренних блоков микросхем МПК с разрядно-модуль-ной организацией, целесообразно за основу эталонного начального изображения (формата дачных) принять структурную схему, приведенную в справочниках по данным микросхемам.

3.Разработка алгоритма расчета нового состояния модели.

Алгоритм расчета состояния модели, основан на двух фа-.

зах расчета состояний модели, где в первой фазе расчета имитируется выдача выходных сигналов, а во второй фазе расчета выполняется прием и обработка входных сигналов. Такой порядок расчета удобен при программной реализации, так как исче7 зает необходимость в назначении особого порядка для элементов моделируемой схемы при расчете состояний модели.

При использовании двухфазных моделей сначала выполняется расчет состояния модели в фазе 1 в произвольном порядке. Затем следует расчет состояния модели в фазе 2, тоже в произ-вольномЧюрядке. При расчете фаза 1 обязательно предшествует Фазе 2.'

Две фазы расчета состояния модели.компонента составляют такт модельного времени.; - ^

Первая фаза расчета включает следующие шаги:; 1. Проверка'наступления времени события,' т.е. выполняется сравнение времени ожидаемого события с текущим временем

(ТИ). .

2. Если оно не наступило,то управление передается на шаг(4).

3. Если время события наступило, то обновляются значения выходных переменных, т.е. вектор выходных переменных становится равным вектору внутренних переменных (И=В).

4. Значения выходных переменных преобразуются в значения токов и проводимости соответствующих контактов . На этом шаге алгоритм прекращает работу в'фазе 1 и управление передается второй фазе.

Вторая фаза расчета включает следующие шаги:

5. Определяются логические значения входных контактов путем сравнения напряжения на их с установленным заранее пороговым значением.

6. Расчитываются значения внутренних переменных, которые будут установлены на выходе , когда наступит время события.

7. Вызываются выходные фильтры для каждого блока модели. Здесь приводится сравнение вычисляемых значений внутренних и выходных переменных, расчитывается время ближайшего события в модели и корректируется аналогичное время ' в Сеистеме.

8. Производится обновление значений входных переменных в формате данных путем посылки новых значений в отведенные для них позиции в формате данных.

9. Выход из модели элемента и передача управления моделирую,-'щей программе.

4. Программирование.

На основании результатов выполнения предыдущих этапов и данных, взятых из справочников по микросхемам, выполняется программирование, е. перевод алгоритма функционирования в программу, . имитирующую элемент.

Программы, имитирующие -поведение микросхем, в данной работе написаны на языках высокого уровня Си и 'Фортран и оформлены как две подпрограммы (Для фазы 1 и фазы 2), что соответствует алгоритму расчета модели.

5. Ввод в базу данных необходимых сведений о моделях. Программы транслируются и подготавливаются для ввода в

базу данных и библиотеку системы моделирования.

Трансляция и получение объектного модуля для каждой из программных моделей, написанных на языке Си. проводилась с

помощью транслятора"ТШВО-С", установленного на персональных компьютерах, совместимых с IBM PC/AT. А трансляция программных моделей, написанных на языке ФОРТРАН, проводилась с помощью. транслятора языка ФОРТРАН-77, установленного на ЭВМ ТИпа"ЭЛЕКТРОНИКА 85".

Основными данными.которые запрашивает система моделирования для ввода необходимой информации о моделях, являются:. имя подпрограммы в фазах 1 и 2; число внешних входных контактов; число внешних выходных контактов; число переменных состояния, т.е. сколько байтов из массива А (общий массив состояний) необходимо для хранения оперативных сведений данной модели; имя файла заготовки;, здесь следует отметить, что в файле заготовки помещается формат данных моделй (эталонное начальное изображение) со' всеми оперативными сведениями о модели.

6. Проведение , эксперимента над моделями и.оценка результатов моделирования.

После того, как модели вводятся в библиотеку системы моделирования, а данные и оперативные сведения о моделях - в базу данных системы, выполняется эксперимент над моделями .

В четвертом разделе диссертационной работы дано описание к результатам эксперимента над разработанными моделями.

Эксперимент над разработанными моделями для элементов микропроцессорных комплектов с разрядно-модульной организацией осуществляется для провёрки их правильности в любом режиме функционирования и для измерения временных затрат на выполнение одного набора тестового воздействия. Эти измерения выполняются для дальнейшего сравнения, и оценки моделей.

Процесс эксперимента над программными моделями заключается в следующем: .

. 1. Ввод информации- о разработанных моделях в базу данных системы моделирования.

2. Ввод описания испытательной схемы (структурированная модель). Испытательная схема создается из моделей элементов, имеющихся в библиотеке системы.Зависимость моделей элементов и. узлов между собой определяется системой соединений входов и выходов.

3. Создание загрузочного модуля для моделирования введенной схемы. Здесь библиотечные данные на элементы модуля

заносятся в специальный файл, а сводные характеристики модуля в базу данных. Загрузочный модуль содержит модель устройства, модель источника тестового воздействия, модель регистратора (фиксатора) реакции и средства для управления экспериментом.

4. Подготовка тестового воздействия в специальном файле.

5. Вызов загрузочного модуля на выполнение. Здесь вы- . полняется загрузка начальных данных о модуле в оперативную память ЭВМ. расчет последовательности состояний элементов устройства и источника воздействия в пошаговом режиме (расчет одного или нескольких шагов в модельном времени до следующего события) и 'в режиме сквозного расчета (расчет состояний модели во всем окне моделирования).

Все вышеизложенные этапы по проведению эксперимента над программными моделями выполняются в диалоговом режиме с используемой системой моделирования "АМЕТИСТ".

В данном разделе кроме экспериментов, крторые проводились для каждой модели в отдельности, приведен пример системы 8-разрядной микро-ЭВМ. состоящей из нескольких моделей КМ1804, написанных на языке Си, с помощью которого была доказана правильность самих моделей и их взаимодействий между собой.

Кроме проверки правильности функционирования разработанных моделей, проводилось измерение временных затрат при вычислении одного набора проверяемых (тестовых) последовательностей, так как это время вносит основной вклад в величину времени, затрачиваемого на всю процедуру моделирования. Здесь измерения выполнялись с помощью сквозного режима расчета состояний, где окно моделирования устанавливалось от О до 6400 тактов модельного времени с дискретностью 1нс. Из тех соображений, что каждая инструкция повторяется в источнике воздействия 64 раза, а период генератора импульсов 100нс. Реальное время моделирования измерялось с помощью секундомера.

Примерное значение коэффициента замедления для разработанных моделей является:

от 3400 до 17600

С целью оценки результатов проводимых экспериментов, над разработанными моделями на языках СИ и ФОРТРАН было про-

¡едено сравнение среднего реального времени их работы. Это фиведено в диссертационной работе.

Из результата сравнения видно, что программные модели >азработанные на языке СИ имеют выигрыш по времени. Из.этого южно делать вывод, что использование этих моделей с помощью гощной инструментальной ЭВМ является целесообразным и пред-ючтительным.

Приложение. Приводятся примеры текста программ, имити-|ующих поведение элементов МПК КМ1804. и написанные на язы-:ах СИ и ФОРТРАН; примеры тестового воздействия для их тес-црования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенного исследования были получены ледующйе результаты.

1. Предложены и реализованы работоспособные модели, митирующие поведение элементов микропроцессорных- комплектов разрядно-модульной организацией, на примере их типичного редставителя КМ1804 на языках Си и ФОРТРАН. Предложенные одели отличаются от моделей, которые могут быть созданы редствами известных систем моделирования. . объемом информа-ии, представляемой пользователю, двухфазным порядком расче-а и совокупностью положительных свойств, присущих известным оделям в отдельности. Эти модели отражают все возможные аспортные режимы и процессы, которые протекают в объекте, тражают динамические свойства, которые заключаются в отра-ении функции задержки и фильтрации коротких входных импуль-ов и пауз; модели учитывают схемотехнические решения, нап-имер, двунаправленность ряда выводов БИС-, состояния высоко-о выходного сопротивления.

Достоверность разработанных моделей доказана экспери-ентами как над отдельными моделями, так и в составе модели-уемой микроэвм. Таким образом модели могут быть включены в ястему моделирования вычислительных устройств в качестве лблиотечных, что. позволяет расширить круг моделируемых кем.

г.. Разработан алгоритм расчета состояний модели. Новиз-1'алгоритма заключается в двухфазном порядке расчета состо--шй. модели/ Такой ' порядок освобождает проектировщика от <амэа последовательности срабатывания элементов, разрыва

логических обратных связей и ранжирования структуры модели. Достоверность алгоритма подтверждается правильностью функционирования моделей БИС.

3. Предложена методика проектирования моделей элементов микропроцесорных комплектов с разрядно-модульной организацией, существенно отличающаяся от известных количестьом и содержанием этапов проектирования модели. С помощью данной методики пользователь может компактно и адекватно отразить все возможные паспортные режимы и процессы в моделируемой схеме, в том числе временные характеристики.

4. Предложен способ наблюдения результатов моделирования,. Способ позволяет представить результаты моделирования е удобной.для пользователя форме, а именно пользователь имеет возможность наблюдения состояний модели в виде кодовых значений, которые ^выводятся на экран и помещаются в формате данных. Полезности данного способа состоит в том, что полнее и более детально исследуется моделируемая схема, быстрее обнаруживаются, проектные ошибки. Новизна предложенного способа заключается.в форме представления результатов, которая (форма) строится на основе функциональной схемы.

5. Получены временные характеристики разработанных моделей. полезные для обоснованного выбора Моделей и для назначения тестовых воздействий.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

1. ■ Абу-Аргуб М. X., Тимофеев А.О. Модели микросхем комплекта КМ1804 //Тез. докл. 47-я обл. науч.-техн. конф. "Проблемы развития радиотехники, электроники и связи". - С-Пе-тербург, 6-9 апр. 1992 г. Санкт-Петербург, 1992. - С.36.

2. Абу-Аргуб М.X., Тимофеев А.0. Модели микросхем комплекта КМ1804 для IBM PC/AT // . Тез. докл. 48-я обл. на-, уч.-техн. конф. "Проблемы развития радиотехники, электронны и связи". • С-Петербург, апрель 1993 г. Санкт-Петербург, 1993. - С. 88.

3. Абу-Аргуб М. X., Тимофеев а. и. Способ создания программных моделей компонентов микропроцессорного комплект? КМ 1804 // Тез. докл. 49-я обл. науч.-техн. конф. "Проблем1 развития радиотехники, электроники и связи". С-Петербург, апрель 1994 г. Санкт-Петербург, 1994. - С.5.