автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка системы автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал

На правах рукописи

и

Климанов Виталий Александрович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

__

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКУРСИВНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ

Специальность 05.13.12 -Системы автоматизации проектирования (приборостроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2007

003062720

Работа выполнена на кафедре "Проектирования компьютерных систем" Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

доктор технических наук, профессор Коробейников Анатолий Григорьевич доктор технических наук, профессор Ожиганов Александр Аркадьевич

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тропченко Александр Ювенальевич

кандидат технических наук, доцент Ван-дер-Флаас Александр Сергеевич

Ведущая организация:

ЗАО «НПП "Система"»

Защита состоится "15" мая 2007 г, в 15:50 часов на заседании диссертационного совета Д 212 227.05 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптике по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

Автореферат разослан "12" апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.05 к т н, доцент

В И.Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования.

В связи с интенсивным внедрением вычислительной техники во все сферы современного общества одной из приоритетных задач экономического и социального развития является автоматизированное проектирование различных систем, в том числе устройств аналого-цифрового преобразования (АЦП), одним из видов которых являются преобразователи «перемещение-код».

Из-за развития интегральной технологии наряду с традиционными требованиями к таким устройствам по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости существенное значение приобрели требования по технологичности, массо-габаритным характеристикам и надежности. В большей степени требованиям по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости удовлетворяют преобразователи с непосредственным преобразованием перемещение - код на основе считывания с использованием пространственного кодирования, основным элементом которых является кодовая шкала. Однако широкому применению таких преобразователей в значительной мере препятствует их более высокая стоимость, трудоемкость изготовления, увеличенные габариты и масса по сравнению с преобразователями, в которых перемещение преобразуется в код косвенно.

Современные преобразователи перемещения на основе считывания строятся на основе различных физических и структурных принципов. При этом наибольший вклад в развитие таких устройств вносит микроэлектроника, использование которой позволяет более полно решить проблему технологичности, обеспечив максимальное упрощение прецизионных механических узлов, основным из которых является кодовая шкала.

Известен ряд работ, посвященных вопросам снижения трудоемкости синтеза кодовых шкал, а также уменьшения габаритов преобразователей по сравнению со шкалами, имеющими кодовую маску, выполненную в обыкновенном двоичном или в традиционном коде Грея. Значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.ГДомрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.С.Шарин, и др. отечественные и зарубежные ученые.

Профессором Ожигановым A.A. были разработаны рекурсивные кодовые шкалы (РКШ) — новый тип кодовых шкал (КШ), трудоемкость изготовления которых в 2-8 раз меньше по сравнению с традиционными, выполненными в коде Грея или в ОДК и будучи использованными в преобразователях перемещения, могут снизить их массо-габаритные характеристики в 2 раза при одновременном увеличении их технологичности и информационной надежности.

Основная особенность данного вида КШ состоит в том, что шкала имеет только одну информационную кодовую дорожку, вдоль которой размещаются считывающие элементы. Однако в силу своих особенностей РКШ свойственно большое многообразие. Поэтому актуальной является проблема создания преобразователей перемещения на основе нового типа КШ — РКШ, которые позволили бы на своей основе создавать преобразователи перемещения с улучшенными массо-габаритными, технологическими и одновременно надежностными характеристиками. Разработку таких шкал целесообразно осуществлять с использованием специализированной автоматизированной системы. На данный момент не существует автоматизированной системы, способной избавить проектировщика от использования сложного математического аппарата, а также ручного расчета РКШ большой разрядности (до 20 двоичных разрядов) и выбора из широкого диапазона проектных решений только тех, которые пригодны для технологического изготовления преобразователей перемещения с заданными параметрами.

Разработанная АСП РКШ позволит сократить время на разработку указанных преобразователей перемещения и, как следствие, снизить их стоимость.

Состояние изученности проблемы. Актуальные вопросы, связанные с разработкой преобразователей перемещения на основе кодовых шкал, нашли свое отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых. Среди отечественных авторов значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.Г.Домрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.С.Шарин, A.A. Ожиганов и др.

Значительный вклад в развитие теоретических основ САПР внесен рядом известных авторов, среди которых можно выделить работы Норенкова И.П., КорячкоВЛ, Маничева В.Б., Курейчика В.М., Коробейникова А Г. Данные работы оказали

существенное влияние на развитие САПР, послужили базой для создания новых подходов в совершенствовании систем автоматизированного проектирования.

Цель и задачи исследования. Основная цель данной работы состоит в разработке структуры и алгоритмов функционирования специализированной автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал (АСП РКШ). Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1 Проанализировать основные этапы проектирования РКШ.

2. Разработать структуру АСП РКШ, учитывающую требования по независимости от программной и аппаратной платформ и обеспечивающую открытость и масштабируемость системы.

3. Разработать эффективные алгоритмы работы системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе, обеспечивающих многообразие вариантов выбора РКШ.

4. Разработать метод выбора проектных решений, позволяющий отбирать варианты РКШ, которые удовлетворяют требуемым параметрам преобразователя и являются оптимальными с точки зрения технологичности его конструкции.

5. Разработать метод передачи, предназначенный для обмена данными между узлами АСП РКШ

Объектом исследования данной работы является система автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы автоматизированной системы, предназначенной для проектирования РКШ.

Методы исследования. Для достижения поставленных в работе целей использовались: теория и методы САПР, методы теоретического и эмпирического исследования, методы системного подхода, математический аппарат рекурсивных двоичных последовательностей и теории Галуа, теория и методы реляционных баз данных, а также методы, основанные на положениях теории вычислительных систем.

Научная новизна исследования.

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1 Разработана структура и определено функциональное назначение компонентов АСП РКШ, учитывающих требования

к открытости, масштабируемости, независимости от платформенной реализации.

2. Предложен подход на основе адаптивных сценариев, основанный на постепенном наращивании функциональности и включения в структуру системы программных операций, обеспечивающих эффективное решение задач синтеза РКШ.

3. Разработан алгоритм функционирования системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе.

4. Определены критерии эффективности размещения СЭ на РКШ и разработан алгоритм верификации РКШ.

5. Разработан метод выбора проектных решений, обеспечивающий выбор РКШ из многообразия их возможных вариантов на основе указанных критериев.

6. Разработан универсальный метод передачи данных между узлами АСП РКШ, который:

• может использоваться как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС;

• независим от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации;

• не требователен к наличию постоянной связи;

• может использоваться с другими РСУБД. Практическая значимость полученных результатов.

Созданная автоматизированная система позволяет проектировать РКШ, которые используются в преобразователях перемещения с улучшенными показателями информационной надежности, а также массо-габаритными и технологическими характеристиками.

Использование результатов диссертационной работы позволит.

1. Сократить сроки проектирования РКШ, что в конечном итоге приведет к сокращению сроков разработки преобразователей на их основе.

2. Повысить эффективность решения задач их проектирования.

3. Снизить стоимость преобразователей перемещения.

Внедрение результатов. Результаты работы внедрены в компании ЗАО «НПП "Система"», Филиале ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ» в Санкт-Петербурге, а также в СПб ГУ ИТМО в учебном процессе кафедры «Проектирования компьютерных систем», что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Структура автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал.

2. Функциональное назначение элементов АСП РКШ.

3 Критерии эффективности размещения считывающих элементов и метод выбора проектных решений АСП РКШ.

4. Алгоритм функционирования: обобщенный алгоритм работы системы и взаимодействия программных компонентов, алгоритм верификации РКШ с учетом предложенных критериев и метода выбора проектных решений.

5. Метод передачи данных между узлами АСП РКШ. Апробация результатов диссертации. Основные положения

диссертационной работы и результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались на различных конференциях, в том числе на III конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО (2006 г., СПб), XXXV научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (2006 г., СПб), всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2005» (2005 г., СПб), международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы» (AIS'Об) и «Интеллектуальные САПР» (2006 г., Геленджик), 7-ой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии - 2006» (2006 г., Одесса).

Публикации. Теоретические и практические результаты, представленные в диссертации, отражены в 7 научных работах, в том числе входящие в список рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 74 наименования, и приложения. Основная часть работы изложена на 134 стр. машинописного текста. Диссертация содержит 30 рисунков и 12 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации,' формулируются цель и задачи работы, основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая ценность работы, приводится краткое содержание работы по главам.

Первая глава диссертационной работы содержит обзор исследуемой предметной области. Рассмотрены общие принципы построения и тенденции развития преобразователей перемещения в код.

Приведена классификация преобразователей. Анализ литературных источников позволяет отметить у преобразователей с непосредственным преобразованием перемещения в код, основанных на считывании с использованием пространственного кодирования, следующие достоинства: возможность использования различных физических методов считывания информации, высокое быстродействие, для преобразователей углового перемещения высокая скорость вращения кодируемого вала (100...150 об/мин), высокая разрешающая способность (до 18 двоичных разрядов), устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, возможность удовлетворения различным условиям применения, возможность функционального преобразования перемещения в код и др. Основным элементом таких преобразователей, определяющим их наиболее важные характеристики, является кодовая шкала (КШ).

Проведен анализ КШ преобразователей перемещения с пространственным кодированием на основе считывания, приведена их классификация. В зависимости от принятого кода, который определяет рисунок шкалы, все множество КШ можно разбить на четыре большие группы, шкалы, кодовая маска (КМ) которых выполнена в ОДК, шкалы, КМ которых выполнена в циклическом коде, шкалы, КМ которых выполнена в специальном коде и шкалы, КМ которых выполнена на основе рекуррентных последовательностей.

В работе произведено сравнение КШ, исходя из следующих параметров: числа наносимых границ смены рисунка КМ шкалы (предложили В.Г.Домрачев и Б.С.Мейко), числа кодовых дорожек (КД), числа СЭ, разрешающей способности, однопеременности кода, используемого для получения КМ шкалы, регулярности структуры рисунка КМ шкалы, возможности формирования корректирующих кодов, необходимости преобразования кода, получаемого со шкалы, в ОДК или в десятичный код

Первостепенными задачами в развитии преобразователей перемещения в код является уменьшение их массо-габаритных показателей и упрощение технологии изготовления. Поэтому, одним

из путей решения поставленных задач может быть максимальное упрощение КШ за счет перенесения ряда функций кодирования со шкалы на электронную схему.

Анализ КШ показывает, что такой подход реализован (или может быть реализован) в преобразователях перемещения на основе шкал с дополнительными или многофункциональными СЭ, на основе комбинаторных кодовых шкал, КШ с М"-считыванием.

Наряду с улучшением массо-габаритных показателей преобразователей важной задачей является повышение информационной надежности их работы.

В преобразователях с известными КШ нарушение работы даже одного СЭ приводит к выходу из строя преобразователя в целом. Очевидно, что правильность функционирования преобразователей перемещения определяет ошибки выходной информации связанных с ними цифровых устройств, причем устройства могут обнаружить неисправность таких преобразователей только при формировании в них корректирующих кодов. Это, в свою очередь, приведет к необходимости использования в известных КШ дополнительных КД и СЭ (что не всегда возможно) и, как следствие, повлечет за собой увеличение габаритов и массы всего преобразователя.

Улучшить указанные показатели преобразователей представляется возможным при изготовлении КШ на основе РКШ, рассмотренных в работах Ожиганова А.А Данный вид шкал имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренными РЮШ имеют одну информационную кодовую дорожку не зависимо от разрядности шкалы, допускают применение корректирующих кодов и могут обеспечивать информационную надежность преобразователя без увеличения числа КД.

Однако такой вид шкал характеризуется большим многообразием построения КМ шкалы. При построении РКШ используются примитивные неприводимые полиномы степени п, число которых определяется функцией Эйлера. С увеличением разрядности число полиномов выбранной степени сильно возрастает.

Кроме этого существует огромное число вариантов размещения СЭ вдоль КМ шкалы. Таким образом, число возможных вариантов построения РКШ определяется произведением этих двух больших чисел, — числа полиномов выбранной степени и числа вариантов размещения СЭ — среди которых необходимо выбрать варианты

РКШ, удовлетворяющие технологическим требованиям изготовления преобразователей. Данная задача является чрезвычайно трудоемкой для ручного исполнения и может быть решена только с использованием специализированной автоматизированной системы, учитывающей особенности классификации преобразователей перемещения и РКШ и обладающей эффективными алгоритмами расчета РКШ и выбора приемлемых проектных решений.

Во второй главе рассмотрены математические модели РКШ на основе рекурсивных двоичных последовательностей (РП) для кодирования угловых и линейных перемещений. Данные модели лежат в основе адаптивных сценариев АСП РКШ, а также являются составляющими частями элементарных операций, которые хранятся в библиотеке операций системы. Вводится понятие и дается определение адаптивных сценариев

Кодовые шкалы на основе РП — псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины (М-последовательностей), композиционных двоичных последовательностей (Кр-последовательностей) и нелинейных двоичных последовательностей — в дальнейшем называются рекурсивными кодовыми шкалами (РКШ). В зависимости от используемой для построения РКШ последовательности, имеют место псевдослучайные кодовые шкалы (ПСКШ), композиционные кодовые шкалы (ККШ) и кодовые шкалы на основе нелинейных последовательностей (НКШ). РКШ содержат одну информационную кодовую дорожку (КД).

Элементарный участок (квант) КД шкалы представляется одним символом РП, причем единичным символам последовательности соответствуют активные участки, а нулевым — пассивные.

При синтезе М-последовательности а с периодом М=2п-1 используется примитивный полином h(x) степени п, неприводимый над полем Галуа GF(2), т.е.

AM -thx, О)

где ho=hn=l, a h,={0,l} при 0<i<n.

Символы М-последовательности an+J удовлетворяют рекурсивному соотношению

апЧ = ®а,чк, j=0,l,.., M-1-n, (2)

где знак © означает суммирование по модулю два. Начальные значения символов ао,а1,...,ап-1 выбираются произвольно за исключением нулевой комбинации.

При синтезе Кр-последовательности А с периодом Я используется полином Н(х) степени N с коэффициентами поля Галуа ОР(2), т.е.

Н(х) =Й Ш > (3)

где Ьк(х) определяется в соответствии с (1),

N = 1^. (4)

Символы Кр-последовательности Ам+| удовлетворяют рекурсивному соотношению

^0,1,2,..., (5)

1.0

Начальные значения символов Ао,Аь...,Ам-1 выбираются так, что наибольший общий делитель (НОД) [Т,(х),Н(х)]=1, где

Г/*) = 2 А,чх, ]=0,1,2,...Д-1. (6)

1-0

Для практических применений достаточно взять Т^х)=1, т.е. Ао = А,= ... = Ап-2 = 0, Ап-1 = 1.

Период И Кр-последовательности зависит от степеней полиномов Ьк(х) и от полинома начальных значений символов Кр-последовательности Т,(х). Когда все пк опредставляют собой взаимно простые числа, а НОД [Т,(х),Н(х)] = 1, то

Д = Й Мк, (7)

4-1

где Мк = 2"' -1.

Таким образом, при р = 1 композиционная последовательность превращается в М-последовательность.

М- и Кр-последовательности относятся к классу циклических кодов и могут задаваться с помощью порождающих полиномов §(х)=(хм+1)/Ь(х) и §к(х)=(хк+1)/Н(х) соответственно. При этом для каждой М-последовательности существует ровно М различных циклических сдвигов, получаемых умножением g(x) на х1, где ]=0,1,...,М-1, а для каждой Кр-последовательности - Я различных циклических сдвигов, получаемых умножением §к(х) на х1, где

Адаптивный сценарий, используемый в АСП PKIII для построения n-разрядной круговой ПСКШ, включает в себя следующие шаги.

1. В зависимости от требуемой разрядности шкалы п выбирается полином h(x) степени п.

2. Используя рекурсивное соотношение (2) генерируется последовательность а.

3. Элементарные участки маски кодовой шкалы выполняются в соответствии с символами М-последовательности а.

Для определенности символы М-последовательности отображаются на КД в последовательности aoai...aM.j.

4. Для обеспечения разрешающей способности шкалы 5=360°/М п СЭ размещаются вдоль дорожки таким образом, чтобы при полном обороте шкалы обеспечить получение М различных п-разрядных кодовых комбинаций.

Поскольку ПСКШ строятся в соответствии с символами М-последовательности, можно путем циклических сдвигов определить порядок размещения на шкале п СЭ, т.е. m-му СЭ (т=1,2,...,п) ставится в соответствие jm-й циклический сдвиг xJmg(x) М-последовательности.

Тогда полином, определяющий порядок размещения на шкале п СЭ, имеет вид

= £ X", (8)

v ' т=1

rflejm е {0,1,...,М-1}. Положив ji=0, согласно (8) будем иметь второй, третий,..., п-й СЭ смещенными относительно первого СЭ Haj2, j3vjn элементарных участков информационной дорожки шкалы соответственно.

В отличии от круговой ПСКШ, линейная ПСКШ разомкнута. Поэтому для обеспечения заданной разрешающей способности шкалы 8„- D/M, где D — длина кодируемого перемещения, необходимо получить последовательность символов 1, пригодную для синтеза КД линейной ПСКШ. Задача генерации последовательности I решается в общем виде с использованием рекурсивного соотношения (2) и предположив, что размещение СЭ на ПСКШ корректно и задается полиномом (8). Для определенности начальные значения символов последовательности I выбираются 10=Ii=...=1п_2—О, 1П_,=1. Очевидно, что последовательность I включает в себя

последовательность а, а также дополнительные символы, число которых зависит от размещения на ПСКШ СЭ.

Таким образом, число применений рекурсивного соотношения (2) при заданных начальных условиях, необходимое для генерации символов последовательности 1, может быть получено по формуле

а общее число символов с учетом п задаваемых начальных значений может быть найдено из соотношения

Адаптивный сценарий построения n-разрядной линейной ПСКШ включает в себя следующие шаги:

1. В зависимости от требуемой разрядности п линейной ПСКШ выбирается полином h(x) степени п.

2 С учетом требований к размещению на шкале СЭ в соответствии с (8) формируется полином размещения г(х).

3. Используя рекурсивное соотношение (2), с учетом (9) и (10), генерируется последовательность 1.

4. Элементарные участки (кванты) линейной ПСКШ выполняются в соответствии с символами последовательности I.

Разрешающие способности угловых и линейных ПСКШ на основе М-последовательностей определяются величиной периода М и соответственно равны 5=360°/М и 8Л=В/М. В связи с этим имеется строго ограниченный ряд значений 8 и 8Л.

ККШ являются развитием и обобщением ПСКШ. Они также имеют одну информационную КД, но выполненную в соответствии с символами Кр-последовательности А и N СЭ. Элементы размещаются вдоль дорожки с возможностью получения с них при полном перемещении шкалы R различных N-разрядных кодовых комбинаций, что обеспечивает разрешающую способность таких шкал 5 =360°/R. При одинаковой разрядности ПСКШ и ККШ, последние имеют более широкий диапазон разрешающей способности. Это видно из (3) и (4), поскольку число полиномов N-ой степени Н(х) зависит как от числа так и от степеней полиномов h(x), участвующих в построении Н(х). Из (5) и (7) также видно, что периоды R Кр-последовательностей, полученные с использованием различных Н(х) одинаковой степени, различны.

Адаптивный сценарий построения N-разрядной круговой ККШ включает в себя следующие шаги:

(9)

(10)

1 В зависимости от требуемой разрядности N и разрешающей способности шкалы формируется полином Н(х) степени N.

2. Используя рекурсивное соотношение (5) генерируется последовательность А

3. Элементарные участки (кванты) шкалы выполняются в соответствии с символами Кр-последовательности А.

4. Для обеспечения разрешающей способности 8 =360°/К N СЭ размещаются вдоль КД таким образом, чтобы при полном обороте шкалы обеспечить получение Я различных ^разрядных кодовых комбинаций Поскольку ККШ строятся в соответствии с символами Кр-последовательности, можно путем циклических сдвигов определить порядок размещения на шкале N СЭ, т.е. т-му СЭ (т=1,2,. .,Ы) ставится в соответствие }т-й циклический сдвиг х^^х) Кр-последовательности. Тогда полином, определяющий порядок размещения на шкале N СЭ, имеет вид

где _]т е {0,1,...Д-1}. Положив .Ь=0, согласно (11) будем иметь второй, третий,.., Ы-й СЭ смещенными относительно первого СЭ на }2> элементарных участков информационной дорожки шкалы

"соответственно.

В конце раздела проведен анализ РКШ и приведена классификация РКШ по типу используемых рекурсивных последовательностей.

Третья глава посвящена разработке АСП РКШ. В данной главе определены цели и задачи системы, разработан алгоритм ее функционирования, предложены критерии эффективности размещения СЭ, разработан алгоритм выбора проектных решений на основе верификации РКШ и указанных критериев, разработан универсальный метод передачи данных между узлами системы

Чтобы соответствовать требованиям по масштабируемости и открытости, предложен метод функционирования

автоматизированной системы на основе адаптивных сценариев. Сценарии являются определенной последовательностью операций и таким образом однозначно определяют РКШ, которой соответствуют. При этом они являются адаптивными. Свойство адаптивности сценария РКШ проявляется в описании условий, каким образом следует реагировать на дополнительные входные условия,

(П)

полученные от проектировщика. При подобном подходе сокращается объем программного кода, повышается степень его повторной используемости, что в конечном итоге сокращает время разработки автоматизированной систем

Алгоритм функционирования АСП РКП! представлен на рис. 1.

Рисунок 1. Алгоритм функционирования АСП РКШ

В нем представлены основные этапы проектирования РКШ, в котором:

1 Обеспечивается синтез кодовой маски в соответствии с выбранной математической моделью РКШ.

2 Для преобразователей любых типов осуществляется расчет размещения информационных СЭ.

3. Проверяется корректность расположения информационных СЭ. Их расположение будет корректным, если будут получены

неповторяющиеся кодовые комбинации с РКП! на всем диапазоне перемещения шкалы при данном размещении информационных СЭ.

4. Если проектируется преобразователь повышенной надежности, то возможно формирование со шкалы корректирующих кодов (КК). В соответствии с выбранным методом формирования КК (код Хемминга, циклические коды, коды БЧХ) осуществляется определение числа корректирующих СЭ и их размещение вдоль информационной дорожки РКШ.

5 Осуществляется проверка, является ли удачным совместное расположение информационных и корректирующих СЭ. Расположение считывающих элементов является удачным, если выполняются технологические требования к размещению СЭ на кодовой шкале в соответствии с предложенными критериями эффективности.

Если было принято решение осуществить синтез иной кодовой маски, то размещение всех СЭ производится повторно (итерация (2) алгоритма на рис. 1) Блок (*) на рис. 1 также представляет собой сложный итерационный алгоритм размещения СЭ.

В данной главе также разработан алгоритм выбора проектных решений на основе верификации РКШ. Процесс верификации включает в себя следующую последовательность шагов:

1 Контроль неповторяющихся кодовых комбинаций.

2. Контроль разрешающей способности.

3. Контроль соответствия одному из критериев эффективности размещения СЭ на РКШ с учетом требований по конструктивности и диапазону размещения СЭ (по выбору проектировщика).

Соответственно, предложены 4 критерия эффективности размещения СЭ.

К"р -

' ^ г, Л/+1)

N М N

<1 N

(2/+1) 2 г,

N М

г збОг, ™Л. к» [Ь-'-.КН

ИГ' — ^ ртт <- ртах I

' I Г' где г, — номер позиции СЭ на РКШ,

О <г, <М-1, 1 = О, 1, ... , N-l; N — число СЭ, М — длина РП;

mm _ max

«i — соответственно, минимально и максимально

__• /"ч г-ч г> min гэ шах _

допустимые углы нахождения i-го СЭ, " , " — соответственно, минимально и максимально допустимые расстояния от начала шкалы для нахождения i-ro СЭ.

В последнем подразделе главы разработан метод передачи данных между серверами АСП РКШ, который может использоваться как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС; независим от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации; не требователен к наличию постоянной связи; может использоваться с другими РСУБД.

Четвертая глава работы посвящена вопросам синтеза автоматизированной системы. Рассмотрена реализация ее компонентов, определены структурные элементы, описано их функциональное назначение

На рис. 2 представлена структура АСП РКШ, где цифрами в скобках показана последовательность взаимодействия компонентов в процессе расчета РКШ.

Интерфейс пользователя (1) Д £(Ю) Диспетчер

П CTHW О) 1 р»

Модуль формирования Модуль обработки Модуль

сценариев РКШ сценариев верификации

> , ^4) (3) (5) i (8) 1

^БиблиотекгГ"^ ч^Библиотека С^аза данных^ «ч^аза данных^

операций сценариев полиномов технических

Я- ИР"! решений

L __^ J V. >

Банк данных

Рисунок 2. Структура АСП РКШ

Библиотека операций представляет собой набор модулей с четко определенными входными и выходными параметрами, реализующими операции, необходимые для расчета РКШ.

База данных полиномов содержит примитивные неприводимые полиномы, используемые при расчете РКШ. Библиотека технических решений содержит некоторую справочную информацию по типовым преобразователям, их характеристикам и характеристикам их основных частей Данная информация используется на этапе верификации РКШ.

Библиотека сценариев содержит адаптивные сценарии работы системы, которые определяют, какие виды РКШ может рассчитывать автоматизированная система на данный момент. Сценарии, по сути, являются «программой» для модуля обработки сценариев и представляют собой последовательность вызываемых операций.

Модуль формирования сценариев служит для создания новых сценариев и управлением хранения уже имеющихся. Процедура создания и сохранения адаптивных сценариев производится квалифицированными инженерами в диалоговом режиме с помощью пользовательского интерфейса и не требует программирования.

Диспетчер управляет работой автоматизированной системы. Непосредственно принимает команды пользователя, обрабатывает их, вызывает необходимые модули, передавая им и принимая от них необходимые данные.

Модуль обработки сценариев производит выборку из библиотеки сценариев и осуществляет расчет РКШ на его основе Он обращается в библиотеку операций, выбирает требуемую операцию, передает ей входные параметры, на выходе получает результат Так продолжается до тех пор, пока не будет обработана последняя операция, предусмотренная сценарием. Если того требует операция, модуль обработки сценариев обращается также в базу данных полиномов.

После того, как шкала сформирована модулем обработки сценариев, начинает работать модуль верификации, который вызывается диспетчером. Модуль верификации производит проверку полученной РКШ на соответствие необходимым техническим требованиям. Результаты верификации передаются диспетчеру, который в свою очередь может отдать команду модулю обработки сценариев пересчитать шкалу, либо предъявить результаты проверки пользователю В зависимости от дальнейшего выбора пользователя, диспетчер также может вызвать модуль обработки сценариев с целью пересчета шкалы, либо закончит работу по формированию шкалы.

Интерфейсная часть системы предназначена для взаимодействия с пользователем, делится на модули эксперта и проектировщика.

ПО АСП РКШ реализовано на платформе СУБД Oracle 10g и работает в трехзвенной архитектуре модели «клиент-сервер». Основные структурные единицы системы реализованы в виде хранимых на стороне сервера СУБД процедур и функций на языке PL/SQL и Java, объединенных в пакеты. Информация об имеющихся модулях может быть доступна через словарь данных сервера СУБД.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализированы основные этапы проектирования РКШ. На их основе предложена методика автоматизированного проектирования РКШ.

2. Разработана структура и определено функциональное назначение компонентов АСП РКШ в соответствии с основными задачами системы, учитывающими требования к масштабируемости, открытости и независимости от платформенной реализации.

3. Предложен подход на основе адаптивных сценариев, основанный на постепенном наращивании функциональности и включения в структуру системы программных операций, обеспечивающих эффективное решение задач синтеза РКШ.

4. Разработан алгоритм функционирования системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе.

5. Определены критерии эффективности размещения СЭ на РКШ и разработан алгоритм верификации РКШ.

6. Разработан метод выбора проектных решений, обеспечивающий выбор РКШ из многообразия возможных вариантов на основе предложенных критериев.

7. Разработан универсальный метод передачи данных между узлами АСП РКШ, использующийся как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС, и обладающий следующими свойствами:

• независимостью от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации;

• не требовательностью к наличию постоянной связи;

• возможностью использования с другими РСУБД.

8. Разработано ПО АСП РКШ на платформе Oracle.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Климанов В .А., Коробейников А.Г., Ожиганов А. А., Структура системы автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Информационные технологии, вычислительные и управляющие системы. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - вып. 32. - С. 237 - 244.

2. Климанов В.А., Алгоритм функционирования системы автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. I сессия научной школы «Информационная безопасность, проектирование, технология элементов и узлов компьютерных систем». - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - вып. 29. - С.19 - 24.

3. В.А. Климанов, А.Г. Коробейников, А.А. Ожиганов, Автоматизированная система проектирования рекурсивных кодовых шкал // Труды 7-ой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии - 2006». - Одесса, 2006. - С. 129.

4. Климанов В А.., Коробейников А.Г., Ожиганов А.А., Программная платформа автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал // Труды Международных научно-технических конференций «Интеллектуальные системы» (AIS'06) и «Интеллектуальные САПР». 2006. Т. 2. С. 498 - 503.

5. Дорожкин А.К., Климанов В.А., Способы загрузки данных в системы многомерного анализа // Сборник ХП Всероссийской научно-методической конференции Телематика 2005 / Под ред. Сергеева А.О. — СПб: СПбГУ ИТМО, 2005 г. - т.1. - С. 314 - 316.

6. Дорожкин А.К., Климанов В.А., Использование Oracle Warehouse Builder для организации хранилищ данных // Научно-технический вестник СПбГИТМО (ТУ). Информационные технологии, вычислительные и управляющие системы. - СПб: СПбГИТМО, 2004. - вып. 14. - С. 104 - 109.

7. Дорожкин А.К., Климанов В.А., Метод определения периода обновления данных в OLAP системах // Сборник XII Всероссийской научно-методической конференции Телематика 2005 / Под ред. Сергеева А.О. — СПб: СПбГУ ИТМО (ТУ), 2005 г. -т.1.-с. 316-317.

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре «Университетские телекоммуникации». Санкт-Петербург, Саблинская ул, 14 Тел (812)233-46-69 Заказ № Тираж 100 экз

Введение.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.

1.1. Преобразователи перемещения.

1.1.1. Принцип действия.

1.1.2. Классификация.

1.2. Анализ кодовых шкал преобразователей перемещения.

1.3. Комплекс требований к кодовым шкалам преобразователей перемещения.

1.4. Обзор литературы.

1.5. Структура диссертационной работы.

1.6. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АСП РКШ.

2.1. Преобразователи перемещений на основе РКШ.

2.2. Типы рекурсивных кодовых шкал.

2.3. Адаптивные сценарии АСП РКШ.

2.4. Сценарий синтеза круговых ПСКШ.

2.5. Сценарий синтеза линейных ПСКШ.

2.6. Сценарий синтеза круговых ККШ.

2.7. Сценарий синтеза линейных ККШ

2.8. Сценарий синтеза круговых КШ на основе нелинейных последовательностей.

2.9. Анализ рекурсивных кодовых шкал.

2.10. Выводы.

3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКУРСИВНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ.

3.1. Цели и задачи.

3.2. Функционирование АСП РКШ.

3.3. Алгоритмы АСП РКШ.

3.3.1. Общий алгоритм функционирования.

3.3.2. Алгоритм размещения СЭ.

3.3.3. Алгоритм размещения корректирующих СЭ.

3.4. Верификация РКШ (алгоритм выбора проектных решений)

3.4.1. Контроль неповторяющихся кодовых комбинаций.

3.4.2. Контроль разрешающей способности.

3.4.3. Критерии эффективности размещения СЭ на РКШ.

3.4.4. Критерий эффективности размещения СЭ для круговых РКШ в соответствии с требованием по конструктивности размещения.

3.4.5. Критерий эффективности размещения СЭ для круговых РКШ в соответствии с требованием по диапазону размещения.

3.4.6. Критерий эффективности размещения СЭ для линейных РКШ в соответствии с требованием по конструктивности размещения.

3.4.7. Критерий эффективности размещения СЭ для линейных РКШ в соответствии с требованием по диапазону размещения.

3.5. Метод передачи данных мевду серверами АСП РКШ.

3.5.1. Постановка задачи.

3.5.2. Понятие профиля синхронизации.

3.5.3. Правило трансформации схем.

3.5.4. Алгоритм'работы механизма передачи.

3.5.5. Пример работы механизма передачи данных.

3.6. Выводы.

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АСП РКШ.

4.1. Общие вопросы реализации.

4.2. Структура АСП РКШ.

4.3. Программные компоненты АСП РКШ.

4.3.1. Библиотека операций.

4.3.2. Библиотека сценариев.

4.3.3. База данных полиномов.

4.3.4. База данных технических решений.

4.3.5. Диспетчер.

4.3.6. Модуль обработки сценариев.

4.3.7. Модуль верификации.

4.3.8. Модуль формирования сценариев.

4.3.9. Интерфейсная часть.

4.4. Взаимодействие программных компонентов АСП РКШ.

4.5. Программная платформа АСП РКШ.

4.5.1. Архитектура Oralce Application Server Forms Services.

4.5.2. Работа клиентского приложения.

4.6. Выводы.

В информационно-измерительных и автоматизированных системах управления с использованием ЭВМ широко применяются устройства аналого-цифрового преобразования, одним из видов которых являются преобразователи перемещения в код. В последнее время в связи с интенсивным развитием интегральной технологии наряду с традиционными требованиями по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости, существенное значение приобрели, предъявляемые к устройствам кодирования, требования по технологичности, массо-габаритным характеристикам и надежности.

В большей степени требованиям по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости удовлетворяют преобразователи с непосредственным преобразованием перемещения в код на основе считывания с использованием пространственного кодирования, основным элементом которых является кодовая шкала (КШ).

Классические шкалы обычно выполняются с использованием обыкновенного двоичного кода (ОДК), циклических кодов и на основе кодов специальной структуры. Однако известен ряд работ, посвященных вопросам синтеза кодовых шкал, трудоемкость изготовления которых в 2-8 раз, а габариты приблизительно в два раза меньше по сравнению со шкалами, имеющими кодовую маску, выполненную в обыкновенном двоичном или в традиционном коде Грея.

Актуальность темы диссертационного исследования

В связи с интенсивным внедрением вычислительной техники во все сферы современного общества одной из приоритетных задач экономического и социального развития является автоматизированное проектирование различных систем, в том числе устройств аналого-цифрового преобразования (АЦП), одним из видов которых являются преобразователи «перемещение-код».

В связи с развитием интегральной технологии наряду с традиционными требованиями к таким устройствам по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости существенное значение приобрели требования по технологичности, массо-габаритным характеристикам и надежности. В большей степени требованиям по разрешающей способности, быстродействию и помехоустойчивости удовлетворяют преобразователи с непосредственным преобразованием перемещение - код на основе считывания с использованием пространственного кодирования, основным элементом которых является кодовая шкала. Однако широкому применению таких преобразователей в значительной мере препятствует их более высокая стоимость, трудоемкость изготовления, увеличенные габариты и масса по сравнению с преобразователями, в которых перемещение преобразуется в код косвенно.

Современные преобразователи перемещения на основе считывания строятся на основе различных физических и структурных принципов. При этом наибольший вклад в развитие таких устройств вносит микроэлектроника, использование которой позволяет более полно решить проблему технологичности, обеспечив максимальное упрощение прецизионных механических узлов, основным из которых является кодовая шкала.

Известен ряд работ, посвященных вопросам снижения трудоемкости синтеза кодовых шкал, а также уменьшения габаритов преобразователей по сравнению со шкалами, имеющими кодовую маску, выполненную в обыкновенном двоичном или в традиционном коде Грея. Значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.Г.Домрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.С.Шарин, и др. отечественные и зарубежные ученые.

Профессором Ожигановым A.A. были разработаны рекурсивные кодовые шкалы (РКШ) — новый тип кодовых шкал (КШ), трудоемкость изготовления которых в 2-8 раз меньше по сравнению с традиционными, выполненными в коде Грея или в ОДК и будучи использованными в преобразователях перемещения, могут снизить их массо-габаритные характеристики в 2 раза при одновременном увеличении их технологичности и информационной надежности.

Основная особенность данного вида КШ состоит в том, что шкала имеет только одну информационную кодовую дорожку, вдоль которой размещаются считывающие элементы. Традиционные шкалы, выполненные в ОДК или в коде Грея, практически всегда имеют один вариант построения. В отличие от них РКШ, как показано в [2], могут быть представлены множеством вариантов выполнения кодовой маски, а также различным размещением считывающих элементов (СЭ). Поэтому в силу своих особенностей РКШ свойственно большое многообразие. Следовательно, актуальной является проблема создания преобразователей перемещения на основе нового типа КШ — РКШ, которые позволили бы на своей основе создавать преобразователи перемещения с улучшенными массо-габаритными, технологическими и одновременно надежностными характеристиками. Разработку таких шкал целесообразно осуществлять с использованием специализированной автоматизированной системы.

На данный момент не существует автоматизированной системы, способной избавить проектировщика от использования сложного математического аппарата, а также ручного расчета РКШ большой разрядности (до 20 двоичных разрядов) и выбора из широкого диапазона проектных решений только тех, которые пригодны для технологического изготовления преобразователей перемещения с заданными параметрами.

Разработанная АСП РКШ позволит сократить время на разработку указанных преобразователей перемещения и, как следствие, снизить их стоимость, а также повысить технологичность изготовления этих устройств. Поэтому представляется актуальной задача разработки системы, которая позволила бы автоматизировать построение РКШ для преобразователей перемещения.

Состояние изученности проблемы

Актуальные вопросы, связанные с разработкой преобразователей перемещения на основе кодовых шкал, нашли свое отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых. Среди отечественных авторов значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.Г.Домрачев, Б.С.Мейко, В.В.Кривенков, Ю.С.Шарин, А.А. Ожиганов и др.

Значительный вклад в развитие теоретических основ САПР внесен рядом известных авторов, среди которых можно выделить работы Норенкова И.П., Корячко В.П., Маничева В.Б., Курейчика В.М., Коробейникова А.Г. Данные работы оказали существенное влияние на развитие САПР, послужили базой для создания новых подходов в совершенствовании систем автоматизированного проектирования.

Цель и задачи исследования

Основная цель данной работы состоит в разработке структуры и алгоритмов функционирования специализированной автоматизированной системы проектирования рекурсивных кодовых шкал (АСП РКШ). Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать основные этапы проектирования РКШ.

2. Разработать структуру АСП РКШ, учитывающую требования по независимости от программной и аппаратной платформ и обеспечивающую открытость и масштабируемость системы.

3. Разработать эффективные алгоритмы работы системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе, обеспечивающих многообразие вариантов выбора РКШ.

4. Разработать метод выбора проектных решений, позволяющий отбирать варианты РКШ, которые удовлетворяют требуемым параметрам преобразователя и являются оптимальными с точки зрения технологичности его конструкции.

5. Разработать метод передачи, предназначенный для обмена данными между узлами АСП РКШ.

Объектом исследования данной работы является система автоматизированного проектирования рекурсивных кодовых шкал.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы автоматизированной системы, предназначенной для проектирования РКШ. Методы исследования

Для достижения поставленных в работе целей использовались: теория и методы САПР, методы теоретического и эмпирического исследования, методы системного подхода, математический аппарат рекурсивных двоичных последовательностей и теории Галуа, теория и методы реляционных баз данных, а также методы, основанные на положениях теории вычислительных систем.

Научная новизна исследования

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Разработана структура и определено функциональное назначение компонентов АСП РКШ, учитывающих требования к открытости, масштабируемости, независимости от платформенной реализации.

2. Предложен подход на основе адаптивных сценариев, основанный на постепенном наращивании функциональности и включения в структуру системы программных операций, обеспечивающих эффективное решение задач синтеза РКШ.

3. Разработан алгоритм функционирования системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе.

4. Определены критерии эффективности размещения СЭ на РКШ и разработан алгоритм верификации РКШ.

5. Разработан метод выбора проектных решений, обеспечивающий выбор РКШ из многообразия их возможных вариантов на основе указанных критериев.

6. Разработан универсальный метод передачи данных между узлами АСП РКШ, который:

• может использоваться как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС;

• независим от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации;

• не требователен к наличию постоянной связи;

• может использоваться с другими РСУБД. Практическая значимость полученных результатов

Созданная автоматизированная система позволяет проектировать РКШ, которые используются в преобразователях перемещения с улучшенными показателями информационной надежности, а также массо-габаритными и технологическими характеристиками.

Использование результатов диссертационной работы позволит:

1. Сократить сроки проектирования РКШ, что в конечном итоге приведет к сокращению сроков разработки преобразователей на их основе.

2. Повысить эффективность решения задач их проектирования (снизить массо-габаритные, улучшить технологические характеристики и показатели информационной надежности).

3. Снизить стоимость преобразователей перемещения.

3.6. Выводы

В данном разделе приведено описание алгоритмов и методов АСП РКШ:

1. Определены цели и задачи АСП РКШ.

2. Предложен подход к функционированию системы на основе адаптивных сценариев, определенных в разделе 2.

3. Рассмотрен общий алгоритм функционирования АСП НШ/

4. Рассмотрен алгоритм размещения СЭ.

5. Предложен алгоритм выбора проектных решений на основе верификации РКШ.

6. Определены этапы верификации РКШ.

7. Предложены критерии эффективности по конструктивности размещения и диапазону размещения СЭ для линейных и круговых шкал.

8. Предложен метод передачи данных между серверами АСП РКШ: определены основные требования и установлены правила, необходимые для работы механизма передачи на основе данного метода. Рассмотрен алгоритм его работы.

4. Программная реализация АСП РКШ

В данном разделе рассмотрены вопросы синтеза структуры АСП РКШ. Определены ее структурные элементы, описано их функциональное назначение. Рассмотрена реализация компонентов АСП РКШ.

Также в разделе кратко рассматриваются вопросы масштабирования, расширяемости, открытости, а также работы системы не зависимо от программной и аппаратной платформ.

4.1. Общие вопросы реализации

Система должна допускать модульное наращивание или изменение своих функций. Хорошо спроектированная система предполагает наличие механизма выборочного обновления своих функций вместо одного общего и дорогостоящего обновления всей системы.

Одной из главных тенденций современной индустрии информатики является создание открытых систем. Свойство открытости означает, во-первых, переносимость (мобильность) ПО на различные аппаратные платформы, во-вторых, приспособленность системы к ее модификациям (модифицируемость или собственно открытость) и комплексированию с другими системами с целью расширения ее функциональных возможностей и/или придания системе новых качеств (интегрируемость) [36,38,39].

Переход к открытым информационным системам позволяет существенно ускорить научно-технический прогресс в результате замены длительной и дорогостоящей разработки новых систем по полному циклу их компоновкой из ранее спроектированных подсистем или быстрой модернизацией уже существующих систем (реинжиниринг) [37].

Открытость подразумевает выделение в системе интерфейсной части (входов и выходов), обеспечивающей сопряжение с другими системами или подсистемами, причем для комплексирования достаточно располагать сведениями только об интерфейсных частях сопрягаемых объектов.

Если же интерфейсные части выполнены в соответствии с заранее оговоренными правилами и соглашениями, которых должны придерживаться все создатели открытых систем определенного приложения, то проблема создания новых сложных систем существенно упрощается. Из этого следует, что основой создания открытых систем является стандартизация и унификация в области информационных технологий [36].

ПО АСП РКШ обладает широкими возможностями масштабирования за счет использования программной платформы Oracle 10g [27, 30]. Данная программная платформа высокопроизводительна, обладает способностью масштабироваться в широких пределах от уровня большого предприятия (работа в составе вычислительных кластеров) до автономных настольных версий на отдельной рабочей станции.

ПО АСП РКШ также обладает широкими возможностями масштабирования по числу пользователей. Доступ на уровне таблиц БД предоставляется стандартным механизмом распределения привилегий с помощью ролей. Доступ на уровне строк таблиц реализован с помощью технологии тщательного контроля доступа (Fine Grained Access Control — FGAC).

ПО Oracle lOg реализовано производителем для всех наиболее известных операционных систем, поэтому ПО АСП РКШ не требует переноса на другую платформу, т.е. является независимым от программной и аппаратной платформ [27,30].

Необходимая расширяемость и открытость системы поддерживается за счет использования в своей работе адаптивных сценариев. В систему всегда можно добавить реализацию нового типа РКШ или построения нового вида преобразователя на ее основе. Это позволяет расширять функциональность системы, не изменяя ее структуры.

4.2. Структура АСП РКШ

Исходя из описанных выше соображений, рассмотрим структурную реализацию автоматизированной системы проектирования РКШ [28]. Данная система должна состоять из следующих структурных элементов:

• интерфейсная часть взаимодействия с пользователем;

• диспетчер;

• модуль формирования сценариев расчета РКШ;

• модуль обработки сценариев (основной модуль расчета РКШ);

• модуль верификации;

• библиотека операций;

• библиотека сценариев;

• база данных полиномов, используемых при расчете кодовой маски РКШ;

• база данных технических решений с характеристиками преобразователей и их компонентов.

В дальнейшем для краткости совокупность четырех последних элементов структуры (библиотеки операций, библиотеки сценариев, базы данных полиномов и базы данных технических решений) будем называть банком данных автоматизированной системы.

Структура автоматизированной системы приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Общая структура АСПРКШ

Рассмотрим функциональное назначение каждого из этих элементов. 4.3. Программные компоненты АСП РКШ

4.3.1. Библиотека операций

Библиотека операций представляет собой набор модулей с четко определенными входными и выходными параметрами, реализующими операции, необходимые для расчета РКШ. Модули реализованы на платформонезависимом языке программирования и помещаются на стороне сервера в виде хранимых процедур. Информация об имеющихся модулях может быть доступна через словарь данных сервера СУБД.

4.3.2. Библиотека сценариев

Библиотека сценариев содержит адаптивные сценарии работы системы, которые определяют, какие виды РКШ может рассчитывать автоматизированная система на данный момент. Сценарии по сути являются программой» для модуля обработки сценариев и представляют собой последовательность вызываемых операций.

4.3.3. База данных полиномов

База данных полиномов содержит примитивные неприводимые полиномы, используемые при расчете РКШ. Необходимо отметить, что с увеличением разрядности число полиномов одной разрядности увеличивается, что приводит к значительному их количеству.

База данных полиномов представляется реляционной таблицей следующей физической структуры (табл. 12):

Заключение

Главный научный результат диссертационной работы заключается в разработке методов и алгоритмов специализированной автоматизированной системы, предназначенной для проектирования рекурсивных кодовых шкал, на основе которых создаются кодовые маски (основной элемент конструкции) преобразователей перемещения.

К основным результатам диссертационной работы относятся следующее:

1. Проанализированы основные этапы проектирования РКШ. На их основе предложена методика автоматизированного проектирования РКШ.

2. Разработана структура и определено функциональное назначение компонентов АСП РКШ в соответствии с основными задачами системы, учитывающими требования к масштабируемости, открытости и независимости от платформенной реализации.

3. Предложен подход на основе адаптивных сценариев, основанный на постепенном наращивании функциональности и включения в структуру системы программных операций, обеспечивающих эффективное решение задач синтеза РКШ.

4. Разработан алгоритм функционирования системы с учетом особенностей РКШ и преобразователей перемещения на их основе.

5. Определены критерии эффективности размещения СЭ на РКШ и разработан алгоритм верификации РКШ.

6. Разработан метод выбора проектных решений, обеспечивающий выбор РКШ из многообразия возможных вариантов на основе предложенных критериев.

7. Разработан универсальный метод передачи данных между узлами АСП РКШ, использующийся как средство интеграции АСП РКШ с другими ИУС, и обладающий следующими свойствами:

• независимостью от наборов данных и структур хранения, а также от программной реализации;

• не требовательностью к наличию постоянной связи;

• возможностью использования с другими РСУБД.

8. Разработан программный прототип ПО АСП РКШ на платформе Oracle. Теоретические результаты доведены до практической реализации в виде программного и информационного обеспечения САПР РКШ и нашли отражение в реальных разработках компаний:

• ЗАО «Н1111 "Система"» при работах над проектами по государственным договорам № 715/05/28/КН/006-03 от 31.03.2003 с дополнительным соглашением № 253/08/8/Д1/0005-06 от 01.02.2006; № 715/05/28/КН/0453-02 от 10.07.2002.

• Филиале ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ» в Санкт-Петербурге, в составе интегрированной автоматизированной системы управления предприятием САПР КТИ, охватывающей все уровни управления Ленинградским Металлическим Заводом (ЛМЗ), а также в СПбГУ ИТМО в учебном процессе кафедры «Проектирования компьютерных систем», что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

1. Агульник А.Р., Мусаелян С.С. Построение нелинейных двоичных последовательностей // Радиоэлектроника. 1983. № 4. С. 19 — 28.

2. Азов А.К., Ожиганов A.A., Тарасюк М.В. Рекурсивные кодовые шкалы // Информационные технологии, 1998. № 6. С. 39 — 43.

3. Аналого-цифровые преобразователи перемещений / A.B. Косинский, В.Р. Матвеевский, A.A. Холопов, — М.: Машиностроение, 1991. — 224 е., ил.

4. Архипенков С. Я. Аналитические системы на базе Oracle Express OLAP. Проектирование, создание, сопровождение. — М.: Диалог-МИФИ, 2000.

5. Архипенков С.Я., Голубев Д.В., Максименко О.Б., Хранилища данных. От концепции до внедрения / Под общ. ред. С.Я Архиипенкова, — М: Диалог -МИФИ, 2002. —528 с.

6. Бессарабова A.A., Клыков М.В. О свойстве сдвига и сложения M— последовательности//Радиотехника. 1984. № 6.

7. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 576 с.

8. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Асиновский Э.Н., Ахметжанов A.A., Габидулин М.А. и др.; Под общ. ред. Ахметжанова A.A. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 128 е.: ил.

9. П.Гитис Э.И., Пискунов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. — М.: Энергоиздат, 1981. — 360 с.

10. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П.Разработка Web-служб средствами Delphi. — СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 672 е.: ил.

11. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. — Киев: Диалектика,1998.

12. Дейт К. Дж., Введение в системы баз данных, — СПб: Вильяме, 2005. — 1328 с.

13. Домрачеев В.Г., МейкоБ.С. Классификация цифровых преобразователей // Измерительная техника. 1978. № 7. С. 22 26

14. Домрачеев В.Г., МейкоБ.С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 328 е., ил.

15. Дорожкин А.К., Климанов В.А., Метод определения периода обновления данных в OLAP системах // Сборник XII Всероссийской научно-методической конференции Телематика 2005 / Под ред. Сергеева А.О. — СПб: СПбГУ ИТМО (ТУ), 2005 г. т. 1. - с. 316 - 317.

16. Дорожкин А.К., Климанов В.А., Способы загрузки данных в системы многомерного анализа // Сборник XII Всероссийской научно-методической конференции Телематика 2005 / Под ред. Сергеева А.О. — СПб: СПбГУ ИТМО, 2005 г. т. 1. - С. 314 - 316.

17. Доценко В.И., Фараджиев Р.Г., Чхартишвили Г.С. Свойства последовательностей максимальной длинны с Р-уровнями // Автоматика и телемеханика. 1971.№ 8. С. 189— 194.

18. Дроздов Е.А., Пятибратов А.П. Автоматическое преобразование и кодирование информации. — М.: Советское радио, 1964. — 543 с.

19. Кайт Т., Oracle для профессионалов. Кн. 1: Архитектура и основные особенности, — СПб: ДиаСофт, 2004. — 662 с.

20. Кайт Т., Oracle для профессионалов. Кн.2. Расширение возможностей и защита, — СПб: ДиаСофт, 2004. — 848 с.

21. Кривенков В.В. Автоматический контроль и проверка преобразователей угловых и линейных величин. — JL: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1986. — 247 е., ил.

22. Луни К., Терьо M. Oracle 9i. Настольная книга администратора, — М: Лори, 2004. — 766 с.

23. Майоров С.А. и др. Фотоэлектрические преобразователи информации.

24. М.: Машиностроение, 1974. — 376 с.

25. МакДональд К., Кац X., Кристофер Б. и др., Oracle PL/SQL для профессионалов: практические решения, — СПб.: ООО «ДиасофтЮП», 2005.560 с.

26. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. Т.64. № 12. С. 80 — 95.

27. Мешковский К.А. Новый класс псевдослучайных последовательностей двоичных сигналов // Проблемы передачи информации, 1973. Т.9. №3. С.117—119.

28. Муттер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации.

29. Л.: Энергоатомиздат. Лениннгр. отд-ние, 1990. — 288 е.: ил.

30. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 188 с.

31. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование. — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 310 с.

32. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб. Для втузов по спец. «Вычислительные маш., компл., сист. и сети».

33. М.: Высш. Шк., 1990. — 335 е.: ил.

34. Норенков И.П., Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб. пособие для втузов. — М.: Высш. школа, 1980. — 311 с., ил.

35. Норенков И.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. школа, 1983. — 272 е., ил.

36. Ньюкум Э.А., Пасупатхи С. Контроль ошибок в цифровых линиях связи// ТИИЭР. 1982. Т.70. № 8. С. 26—54.

37. Ожиганов A.A. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Рекурсивные кодовые шкалы (разработка основ теории, методов построения и использования для преобразователей перемещения)

38. Ожиганов A.A. Кодовые шкалы на основе рекуррентных последовательностей. Труды Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук". — М:. МГТУ. 1994. —С. В-162, В-163.

39. Ожиганов A.A. Метод построения кодовых шкалах на основе нелинейных двоичных последовательностей // Деп. в ВИНИТИ, 1995, № 1541-В95,4 с.

40. Ожиганов A.A. Параметрический анализ кодовых шкал преобразователей угла // Деп. в ВИНИТИ, 1995, № 2629 В95, 8 с.

41. Ожиганов A.A. Комплекс общих требований к кодовым шкалам преобразователей угла // Деп. в ВИНИТИ, 1995, № 2630 В95, 5 с.

42. Ожиганов A.A. Псевдослучайные кодовые шкалы // Приборостоение, 1987. Т. 30. №2. С. 40-43.

43. Ожиганов A.A. Использование М-последовательностей для кодирования угловых перемещений. Тезисы докладов Всесоюзнойконференции "Оптоэлектронные методы и средства обработки изображений". — Винница — Тбилиси, 1987. — С. 177.

44. Ожиганов A.A. Принципы построения и корректирующие возможности псевдослучайных кодовых шкал. Тезисы докладов Всесоюзного совещания-семинара "Фотоэлектрические цифровые преобразователи угловых и линейных перемещений". — Горис, 1988. — С. 50.

45. Ожиганов A.A. Принципы построения псевдослучайных кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений // Деп. в ВИНИТИ, 1995, № 1543—В95,8с.

46. Ожиганов A.A. Псевдослучайные кодовые шкалы для преобразователей линейных перемещений // Приборостроение, 1995. Т.38. № 11,12 с.

47. Ожиганов A.A., Бочков A.JI. Линейные псевдослучайные кодовые шкалы. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы». — Пенза, 1994. — С. 120.

48. Ожиганов A.A., Тарасюк М.В. Композиционные кодовые шкалы // Приборостроение, 1994. Т. 37. № 5-6. С. 26-29.

49. Ожиганов A.A. Рекурсивные кодовые шкалы (разработка основ теории, методов построения и использования для преобразователей перемещения): Дис. в виде науч. докл. д-ра техн. наук. — СПб., 1996. — 245 с.

50. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. —594 с.

51. Сарвате Д.В., Пресли М.Б. Взаимно-корреляционные свойства псевдослучайных и родственных последовательностей // ТИИЭР. 1980. Т.68. № 5. С. 59—90.

52. Скотт У. Oracle 91. Программирование на языке PL/SQL. — М.: Лори,2004.

53. Смирнов Н.И. Применение М-последовательностей в асинхронных системах // Электросвязь. 1979. № 10. С. 33 — 42.

54. Теория кодирования / Т.Касани, Н.Такура, Е.Ивадари, Я.Инагаки: Пер. с япон. — М.: Мир, 1978. — 576 с.

55. Теория кодирования / под ред. Э.Л.Блоха: Пер. с англ. — М.: Мир, 1964. —258 с.

56. Фейерштейн С., Прибыл Б., Доз Ч. Oracle PL/SQL. 3-е издание. Карманный справочник. — СПб.: Питер, 2004. — 254 е.: ил.

57. Чанг Б., Скардина М., Киритцов С. Oracle 9i XML. Разработки приложений электронной коммерции с использованием технологии XML. — М.: Лори, 2003.

58. Шарин Ю.С., Либерман Я.Л., Анахов В.Я. Комбинаторные шкалы в системах автоматики. — М.: энергия, 1973. — 113 с.

59. Шарин Ю.С. Комбинаторные кодовые шкалы // Измерительная техника. 1970. № 7. С. 13 14.

60. Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические вычислительные машины. — Л.: Машиностроение, 1974.— 344 с.

61. Ball I.R., Spittle A.H., Sin H.T. High speed m-sequence generdtion : a further note // Elektron Lett., vol. 11, pp, 107 — 108,1975.

62. Fridricsson S. Pseudo-randomness properties of binary shift register sequences // IEEE Trans. Inform. Theory. — 1975. — V.21. P. 115 — 120.

63. Harrey I.T. High speed m-sequnce generation // Elektron Lett. — 1974. — V.10. — P. 480 — 481.

64. Weathers J.D., Jraf E.R., Wallace J.R. The subsequence weight distribution of summed maximum length digital sequences // IEEE Trans. Commun. — 1974. — V.22. — P. 977 — 1004.

65. Weng L.I. Decomposition of M-sequences and its applications // IEEE Trans. Inform. Theory. — 1971. — V. 17. — P.457 — 463.

66. Willett M. The index of m-sequence // SIAMI. Appl. Math. — 1973. — V.25. — P. 24 — 27.