Читать онлайн «Высокоуровневое проектирование встраиваемых систем. Часть 2»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ А. Е. Платунов, Н. П. Постников ВЫСОКОУРОВНЕВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ (Часть 2) Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 Платунов А. Е, Постников Н. П. Высокоуровневое проектирование встраиваемых систем. – СПб. : НИУ ИТМО, 2013. – 172 с. Учебное пособие посвящено вопросам проектирования встраиваемых систем. В 2 части пособия рассматриваются: организация вычислительного процесса во встраиваемых системах (ВсС), основные модели вычислений (MoC), которые используются в архитектурном проектировании ВсС, модель актуализации вычислительного процесса ВсС, примеры решения задач этапа высокоуровневого проектирования ВсС. Для подготовки бакалавров и магистров по направлению 23. 01. 00 «Информатика и вычислительная техника»; по группе магистерских программ «Встроенные вычислительные системы» по программам подготовки «Проектирование встроенных вычислительных систем», «Системотехника интегральных вычислителей. Системы на кристалле» и «Сетевые встроенные системы». Рекомендовано к печати Ученым советом факультета КТиУ, 9 апреля 2013 г. , протокол № 4 В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»  Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2013  А. Е. Платунов, Н. П. Постников, 2013. Оглавление ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 5 1 МОДЕЛИ ВЫЧИСЛЕНИЙ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ... ... ... ... 8 1. 1 АРХИТЕКТУРНАЯ АБСТРАКЦИЯ «МОДЕЛЬ ВЫЧИСЛЕНИЙ» В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВСС ... ... . 8 1. 1. 1 Поведенческий аспект архитектурной модели ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 8 1. 1. 2 Понятие «модель вычислений» в проектировании встраиваемых систем ... 10 1. 1. 3 Совместимость и синхронизация в моделях вычислений ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 12 1. 1. 4 Базовые модели вычислений встраиваемых систем ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15 1. 2 СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 20 1. 2. 1 Способы описания распределенных ВсС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 20 1. 2. 2 Симуляция моделей вычислений ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24 1. 2. 3 Инструментальный комплекс моделирования вычислительных процессов Ptolemy II ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27 1. 3 ОБЪЕКТНО-СОБЫТИЙНАЯ МОДЕЛЬ ВЫЧИСЛЕНИЙ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВСС ... ... ... ... ... ... ... 36 1. 3. 1 Общие положения объектно-событийной модели ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36 1. 3. 2 Элементы объектно-событийной модели ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 39 1. 3. 3 Расчет временных характеристик объектно-событийной модели ... ... ... ... ... . 54 1. 3. 4 Расширение ОСМВ на основе денотативного описания ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 69 ВЫВОДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 78 2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 80 2. 1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ УРОВНЯ РЕАЛИЗАЦИИ ВСС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 80 2. 1. 1 Пример подсистемы визуализации аналитического прибора... ... ... ... ... ... ... ... 80 2. 1. 2 Пример проектирования драйвера периферийного устройства ... ... ... ... ... ... . . 84 2. 1. 3 Проектирование специализированных вычислителей системы железнодорожной автоматики «Тракт» ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 91 2. 1. 4 Особенности организации КТС «Тракт» систем железнодорожной автоматики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 94 2. 2 ПРИНЦИП АКТУАЛИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВСС 104 2. 2. 1 Модель актуализации вычислительного процесса ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 104 2. 2. 2 Фазы актуализации вычислительного процесса ВсС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 108 2. 3 ПРОТОТИП САПР НА БАЗЕ ОСМВ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 111 2. 3. 1 Микроархитектура вычислителя NL3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 112 2. 3. 2 Модели и параметры DPU ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 117 2. 3. 3 Функциональный блок FCUP (Filter Configurable Microprocessor) ... ... ... ... . 121 3  2. 3. 4 Автоматизированная система прикладного пользовательского программирования NL3... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 127 2. 3. 5 Средства прикладного пользовательского программирования вычислителей NL1 и NL2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 134 2. 4 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ АСПЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВСС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 140 2. 4. 1 Инструментальный аспект архитектурной модели ВсС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 140 2. 4. 2 Инструментальный комплекс вложенной отладки распределенных ВсС . . 147 2. 4. 3 Совмещение целевой и инструментальной КМС в распределенных ВсС . 150 2. 4. 4 Динамические инструментальные компоненты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 154 2. 4. 5 Инструментальный комплекс M3P... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 158 ВЫВОДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 165 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 166 ЛИТЕРАТУРА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 167 КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 172 4  Введение Стремительный рост потребности во встраиваемых вычислительных системах (ВсС) различного назначения заставляет разработчиков активно совершенствовать методы и средства проектирования.