Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Исследование методов проектирования конкурентоспособных встроенных компьютерных систем 11
1.1 Технология проектирования ВКС 11
1.1.1 Компонентная база ВКС 11
1.1.2 Инструментальные средства проектирования ВКС 19
1.2 Комплексный подход к проектированию структуры конкурентоспособной ВКС 33
1.3 Этапы проектирования встроенной компьютерной системы 37
Выводы по главе 1 39
Глава 2 Построения функциональной модели проектирования встроенной компьютерной системы 41
2.1 Комплексный подход к проектированию встроенной компьютерной системы 41
2.2 Построение функциональной модели встроенной компьютерной системы 45
2.3 Построение блочной функциональной модели системы 48
2.4 Декомпозиция функциональной модели ВКС 51
2.5 Оценка качества выполнения декомпозиции модели ВКС 53
2.6 Оценка параметров функциональной модели ВКС 55
2.6.1 Использование функции максимального правдоподобия для оценки параметров модели 58
2.6.2 Использование байесовских оценок параметров модели 62
2.6.3 Оценка параметров модели при неполной информации о целевых характеристиках системы 64
Выводы по главе 2 68
Глава 3 Выбор программных и аппаратных средств функциональных элементов ВКС 70
3.1 Оценка взаимодействия простых целей при проектировании ВКС 73
3.2 Оценка влияния факторов на достижимость простых целей при проектировании ВКС 75
3.3 Оценка индикатора достижимости простых целей по значениям факторов 76
3.4 Использование функции полезности для оценки альтернативных вариантов 79
Выводы по главе 3 85
Глава 4 Реализация системы обработки экспертных оценок при проектировании ВКС 86
4.1 Модуль главного окна программы 87
4.2 Ввод данных 89
4.2.1 Входная форма «Матрица критериев» 90
4.2.2 Входная форма «Факторы и критерии» 91
4.3 Вывод данных 92
4.3.1 Выходная форма «Матрица отобранных критериев» 93
4.3.2 Выходная форма «Отобранные факторы и критерии» 94
4.3.3 Выходная форма «Связи отобранных критериев» 95
4.3.4 Выходная форма «Связи отобранных факторов с критериями» 98
4.4 «Сервис» - прямая работа с таблицами базы данных 102
Выводы по главе 4 103
Заключение 104
Список литературы
- Инструментальные средства проектирования ВКС
- Построение функциональной модели встроенной компьютерной системы
- Оценка влияния факторов на достижимость простых целей при проектировании ВКС
- Входная форма «Факторы и критерии»
Введение к работе
Относительно новое понятие «встраиваемые системы» (embedded systems) сродни таким понятиям, как автономные управляющие системы, специализированные ЭВМ, бортовые компьютеры. Это объясняется тем, что встраиваемые компьютерные системы (ВКС) представляют собой совокупность программных и аппаратных средств, реализующих алгоритм управления, и, по сути своей, являются управляющими ЭВМ. При этом ВКС могут быть автономными, работающими практически без участия человека и других вычислительных средств, или являться подсистемами, управляемыми человеком или другими вычислительными системами.
ВКС обладают следующими ярко выраженными свойствами:
низкой стоимостью;
малыми весогабаритными параметрами (при этом они конструктивно неразделимы с устройствами, в которые встраиваются);
малым энергопотреблением.
Очевидно, что чем ярче выражены эти свойства, тем шире круг применения ВКС. При этом, они так же, как и управляющие ЭВМ, должны работать в условиях реального времени и обладать высокой надежностью.
Использование ВКС для управления различными устройствами и технологическими процессами было предопределено применением новой компонентной базы - микропроцессорных и микроконтроллерных БИС с архитектурой, похожей на структуру вычислительных машин. Эта элементная база появилась в начале 70-х годов прошлого века отнюдь не по желанию разработчиков управляющих систем. Причиной ее появления стала настоятельная потребность производителей микросхем найти рынки сбыта для своей продукции - микросхем с высоким уровнем интеграции. Проектирование таких микросхем требовало больших капиталовложений, и было экономически целесообразно только при их последующем массовом производстве.
Новая элементная база носила универсальный характер, а ее специализация для нужд потребителей достигалась путем занесения в память (для микропроцессорных БИС во внешнюю память, для микроконтроллеров в память на кристалле), так называемой, целевой программы, реализующей требуемый алгоритм управления. Программная реализация позволила во многих случаях резко уменьшить стоимость, повысить надежность и
приблизить алгоритмы работы микропроцессорных устройств к теоретически необходимым.
Для разработчиков управляющей аппаратуры микропроцессорная элементная база оказалась весьма заманчивой, так как позволяла в ряде случаев, избавившись полностью или частично от "жесткой логики" (сугубо схемотехнических решений), сократить время разработки и объем аппаратуры, сделать ее более гибкой. Гибкость, т.е. допустимость легкого изменения алгоритмов функционирования во время эксплуатации аппаратуры, и возможность реализации более сложных алгоритмов управления явились, пожалуй, самыми главными отличиями микропроцессорного поколения управляющей аппаратуры. Эти отличия, в свою очередь, позволили во многих случаях по-новому посмотреть на сам управляемый процесс и на требования к микропроцессорной компонентной базе. При этом потребители микропроцессорной компонентной базы стали влиять на ее эволюцию, т.е. возникла "обратная связь", теперь уже побуждающая производителей микросхем прислушаться к ним.
Однако сразу стало ясно, во многих случаях перевести ВКС полностью на микропроцессорную элементную базу не представляется возможным из-за недопустимо большого времени, затрачиваемого на программную реализацию алгоритмов, носящую принципиально последовательный характер. Одним из путей преодоления этой ситуации было повышение производительности компонентной базы и разработка в составе микроконтроллеров специализированных схем, реализующих часто встречающиеся в технике фрагменты алгоритмов, требующих для своего выполнения повышенного быстродействия. В частности, в микроконтроллерах, таким образом, реализуются стандартные интерфейсы и протоколы связи с внешними устройствами.
Другим путем повышения быстродействия ВКС стало использование другой современной компонентной базы - профаммируемых логических интефальных схем (ПЛИС) и языков описания аппаратуры (типа VHDL), что позволило во многих случаях избавиться от нерегулярных элементов «жесткой» логики и сделать процесс разработки аппаратуры похожим на процесс написания профамм. Библиотеки профаммных описаний реализаций блоков аппаратуры на ПЛИС стали использоваться многократно в различных разработках ВКС в качестве типовых решений.
Получили распространение так называемые одноплатные ЭВМ и были стандартизованы интерфейсы для них (например, шина PC 104). ВКС на их базе имеют, как правило, избыточность программно-аппаратных компонентов относительно решаемых функциональных задач, ведущую к повышению их стоимости. Однако их применение сокращает сроки разработки конечного продукта.
Дальнейший прогресс микроэлектроники породил так называемые «системы на кристалле». Технология использования «систем на кристалле» позволяет, частично используя библиотечные описания, поместить в одной микросхеме микропроцессорное ядро требуемой конфигурации и все дополнительные специализированные аппаратные модули, необходимые для реализации алгоритма управления, т.е. реализовать ВКС в одной микросхеме. В отличие от проектирования заказных микросхем весь технологический процесс, как при проектировании, так и при производстве может проводиться силами разработчика ВКС.
Отдельно следует отметить, что на выбор компонентной базы ВКС существенно влияет наличие и стоимость соответствующих инструментальных средств проектирования.
Процедуру проектирования структуры разрабатываемой ВКС можно представить как задачу выбора рационального альтернативного варианта из допустимого множества возможных проектных решений.
Допустимым вариантом проектного решения системы будем называть вариант, обеспечивающий требуемые техническим заданием (ТЗ) функциональные возможности, т.е. обработку определенного объема информации в соответствии с алгоритмом управления за время, не превышающее заданной величины. Кроме того, должны удовлетворяться дополнительные функциональные требования ТЗ: конструктивно-технологическое исполнение ВКС, эксплуатационные требования и др.
При этом одни элементы структуры ориентированы на реализацию некоторых частей алгоритма программным путем, используя известные микроконтроллеры или их ядра на ПЛИС, другие - аппаратным на дополнительных специализированных схемах, которые в свою очередь могут выполняться на различной компонентной базе. Для разработчиков ВКС проблемы проектирования, оценки и выбора аппаратных и программных компонентов становятся все более актуальными из-за постоянного роста
номенклатуры компонентной базы и расширением областей применения ВКС.
Однако, для формирования набора допустимых структурных решений необходима соответствующая методика.
В первой главе работы подробно рассматривается итеративный процесс проектирования допустимых структур ВКС.
Тенденции повсеместного внедрения ВКС порождают определенные специфические требования к их разработчикам [19, 20, 28, 43]. На первый взгляд большинство встраиваемых систем являются довольно простыми устройствами, и поэтому их проектирование доступно небольшим коллективам разработчиков. Однако рыночные отношения и рост числа таких коллективов порождает множество альтернативных проектов и конкуренцию между ними. Поэтому при разработке и последующем маркетинге на первый план выходят критерии, влияющие на их конкурентоспособность.
Исходя из многовариантности структур ВКС, в первой главе работы предложен аддитивный критерий конкурентоспособности для выбора рациональной структуры в виде свертки важнейших компонентов, оценивающих степень реализации обязательных и дополнительных функций, время и стоимость проектирования системы и др. Рассматриваются факторы, влияющие на оценку соответствующих компонентов.
Во второй главе рассматриваются методы построения функциональной модели процесса проектирования ВКС и рационального разбиения проектируемой системы на функциональные блоки.
Формирование совокупности связанных функциональных элементов встроенной системы, распределение данных и распределения подфункций системы по функциональным элементам, связано с решением задачи декомпозиции системы на подсистемы. В качестве критерия декомпозиции системы выбирается минимизация связей между функциональными элементами при условии, что каждый функциональный элемент в состоянии выполнить все свои подфункции. Для этого описывается поведение потоков данных в системе в целом и между подфункциями функциональных элементов. Разработана методика проведения декомпозиции системы, уменьшающая потоковую связность функциональных элементов между собой.
В третьей главе рассмотрены методы решения задачи выбора аппаратных и программных компонентов встроенной вычислительной системы при наличии неполной информации о ее целевых характеристиках. После того, как получено удовлетворительное разбиение системы на подсистемы, наступает этап проектирования структуры каждого функционального элемента системы с использованием имеющейся в распоряжении компонентной базы.
Для решения проблемы разбиения структуры ВКС на подсистемы должны учитываться данные экспертных оценок специалистов.
В этой же главе предложен эффективный метод обработки экспертной информации, позволяющий построить многоэтапную процедуру принятия решения.
Из-за того, что количество простых целей и факторов влияния, даже при небольшом числе исходных целей, может быть очень большим, возникает задача их количественной оценки и ранжирования для последующего выбора наиболее значимых целей и наиболее эффективных факторов.
Для решения этой задачи используется матрица взаимодействия простых целей. Далее для решения задачи эффективного проектирования функционального элемента на основе экспертных данных в диссертации предложена трехэтапная процедура.
В четвертой главе описывается программная реализация системы обработки экспертных оценок при проектировании ВКС. Эта программа является частью системы поддержки принятия решения о конкурентоспособном варианте системы. Экспертные оценки основываются на опыте экспертов, результатах проведенных ими экспериментов и выполненных ранее проектах.
Для каждого простого критерия вычисляется интегральная экспертная оценка, и сравнивается с пороговыми значениями. Критерии, признанные незначимыми, исключаются из рассмотрения.
Аналогичным образом производится экспертная оценка влияния факторов на достижимость простых целей. Здесь производится вычисление интегральной оценки каждого фактора, которые сравниваются с пороговыми значениями и выявляются факторы, признанные экспертами значимыми.
Проблема сходимости оценок, часто возникающая при итеративном применении этих оценок, решается в работе за счет применения экспертной системы нейлоровского типа.
В качестве примера практического применения предложенной методики и использования разработанного программного обеспечения приведен пример проектирования структуры устройства для сбора информации с территориально распределенных объектов (работа выполнялась для ООО «Сервис Плюс»).
Цель работы заключается в разработке новой эффективной методики обработки и анализа данных, предназначенных для синтеза структуры встроенных компьютерных систем (ВКС) и для выбора наилучшего ее варианта.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
построение общей модели проектирования встраиваемой вычислительной системы;
оценка параметров модели по результатам экспертной оценки специалистов;
разработка методов уточнения параметров модели на основе экспериментов и испытаний;
разработка системы обработки экспертных оценок для поддержки принятия решения о наилучшем варианте системы, основанного на результатах проведенных экспериментов и выполненных ранее проектах.
Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретически с использованием аппарата системного анализа и системного проектирования, методов декомпозиции задач и алгоритмов, а также методов синтеза алгоритмов. Предложенная методика проектирования подтверждена характеристиками разработанных вычислительных комплексов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработана модель процесса проектирования конкурентоспособных структур ВКС;
Предложен метод декомпозиции функциональной структуры ВКС при проектировании, позволяющий производить ортогональное или квазиортогональное разбиение ее на функциональные элементы;
Предложены и исследованы критерии оценки реализуемости и качества декомпозиции структуры ВКС, оценивающие связность элементов полученного разбиения, применительно к технологии «систем на кристалле»;
Модифицирована методика обработки экспертных данных при выборе структуры и функциональных компонентов, реализующих элементы этой структуры. Разработана методика оценки достижимости совокупности значимых простых целей посредством имеющихся факторов;
Предложена модель оценки качественных параметров процесса проектирования ВКС, позволяющая формировать интегральный показатель ее конкурентоспособности, учитывающий влияние, вносимое каждым локальным показателем иерархической структуры в обобщенную оценку.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований и предложенных методов разработан алгоритм экспертной оценки параметров достижимости целей проектирования, и выбора наиболее эффективного решения из числа рассматриваемых альтернатив.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международных научно-практических конференциях:
"Фундаментальные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права" (г. Сочи, 2006);
"Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании" (г. Одесса, 2006);
Положения диссертации докладывались на научных семинарах кафедры "Персональные ЭВМ и сети" (МГУПИ).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах.
Инструментальные средства проектирования ВКС
Номенклатура средств проектирования ВКС расширяется с темпами, превосходящими темпы роста компонентной базы. Поэтому проблема выбора этих средств при проектировании конкурентоспособных структур ВКС не менее актуальна, чем проблема выбора компонентов. При этом разработчик оценивает следующие факторы: - функциональные возможности, предоставляемые ими и влияние их на производительность труда разработчика; - стоимость средств проектирования; - наличие опыта работы у коллектива разработчиков; - универсальность средств проектирования и возможность их использования в дальнейших проектах.
При оценке функциональных возможностей инструментальных средств, прежде всего надо учитывать, что они должны позволять: - эффективно работать с текстом целевых программ; - транслировать целевые программы в исполняемые коды; - проводить автономную отладку целевых программ; - проводить отладку схемотехники проектируемых ВКС с использованием отладочных тестов; - проводить комплексную отладку целевых программ и аппаратуры, разрабатываемой ВКС.
Различные средства проектирования по-разному реализуют эти возможности. Прежде всего, следует отметить, что перечисленные возможности могут реализовываться единым набором средств проектирования. Обычно такой набор средств проектирования носит название интегрированной среды разработки и включает в себя некоторый комплекс программ работающих на персональном компьютере и дополнительную аппаратуру для взаимодействия с отлаживаемым устройством. Комплекс таких программ обычно называют кросс-средствами, они включают в свой состав редакторы текстов программ, трансляторы, отладчики, программы управляющие функционированием дополнительной аппаратурой: внутрисхемными эмуляторами, загрузчиками программ в память ВКС (программаторами). Обычно набор этих средств ориентирован на какое-либо конкретное семейство микросхем и поэтому не носит универсальный характер. Более того, даже в рамках одного семейства микросхем, но для различных моделей необходимо приобретать дополнительную аппаратуру и программы. Например, внутрисхемные эмуляторы с соответствующими драйверами.
Однако такой набор средств может быть не только в виде интегрированной среды проектирования. Для написания программ можно использовать обычные редакторы текстов. Сторонние фирмы обычно поставляют кросс-компиляторы, которые зачастую позволяют получать более эффективные исполняемые коды целевых программ. Что касается автономных отладчиков, то многие квалифицированные программисты не занимаются автономной отладкой программ, а сразу переходят к комплексной отладке.
Программаторы интегрированных средств проектирования также не универсальны.
Внутрисхемное (ISP — In System Programming) программирование — это способ занесение целевой программы, программы конфигурирования и данных в память МК (RAM, E2PROM, Flash) или ПЛИС конструктивно находящихся в составе ВКС. Технология ISP направлена на то, чтобы освободить разработчика от необходимости программировать память вне целевой системы. Преимуществами применения ISP являются увеличение надежности системы (нет необходимости ставить на плату для микросхемы панель устройства), сокращается время цикла программирования и отладки), улучшение надежности конечного изделия [28].
Отладку можно определить как процесс проверки корректности функционирования вновь спроектированной системы с целью выявления и исправления ошибок и несоответствий исходному техническому заданию.
Тестирование — это проверка корректности функционирования системы с целью выявления ошибок. Тестирование является частью отладки. Тестирование программного обеспечения и аппаратуры обычно стремятся автоматизировать, так как при тестировании фиксируется реакция системы на внешние сигналы и сверяется соответствие результатов работы со спецификацией.
До недавнего времени задачи загрузки в целевую систему, тестирования и отладки исполняемого кода и данных решались следующими способами: - многократное перепрограммирование ПЗУ; - использование программных мониторов-отладчиков, находящихся в ПЗУ целевой системы; - использование симуляторов; - использование внутрисхемных эмуляторов.
Первый способ используется очень редко. Он неэффективен, так как требует большого количества времени на перепрограммирование ПЗУ.
Второй способ достаточно популярен среди разработчиков. Его достоинствами являются простота и низкие накладные расходы. К недостаткам можно отнести невозможность полноценного тестирования аппаратуры целевой системы и сложность отладки системы в реальном времени.
Третий способ позволяет отлаживать систему в реальном времени. К сожалению, при отладке используется идеальная модель окружения, всегда немного отличающаяся от реальной целевой системы. Из-за этого несоответствия симуляторы используют только на начальных стадиях отладки.
Применение внутрисхемных эмуляторов позволяет решить почти все проблемы, связанные с отладкой и тестированием программного обеспечения и аппаратуры. К сожалению, крупным недостатком внутрисхемных эмуляторов является их высокая пена,
Построение функциональной модели встроенной компьютерной системы
Модель, полученная в предыдущем разделе, описывает разрабатываемую систему с точки зрения элементарных функций, то есть, компьютерная система представлена здесь в виде совокупности тривиальных функциональных элементов, каждый из которых реализует элементарную (фактически квантовую) функцию, то есть, функцию, которую нельзя разделить.
Реальные аппаратные элементы, на которых предполагается реализация разрабатываемой системы, включают в себя определенный набор таких элементарных функций. Поэтому возникает необходимость разбиения всей встроенной системы на совокупность функциональных элементов, связанных между собой.
Формирование совокупности связанных функциональных элементов встроенной системы, соединенных сетями связи, распределение данных и наборов подфункций системы по функциональным элементам, связано с решением нетривиальной задачи - декомпозиции системы на подсистемы. В качестве критерия декомпозиции системы целесообразно выбрать минимизацию функциональной связи между функциональными элементами при условии, что каждый функциональный элемент в состоянии выполнить все свои подфункции.
Набор функций распределенной системы обработки данных определяется набором задач, которые должны выполняться как системой обработки данных в целом, так и оператором каждой рабочей станции. Количество и состав этих функций определяются на этапе составления технического задания на проектирования системы.
Исходное распределение функций системы по функциональным элементам обычно определяется эвристическими соображениями и имеет значение постольку, поскольку конкретные функции выполняет (или может/должен выполнять) один функциональный элемент. Для наглядного представления такого набора функций обычно используется граф [41], каждая вершина которого соответствует функции, а дуги - потокам данных между функциями. При этом каждой вершине поставлена в соответствие пятерка параметров: - определение функции вj, - содержательное наполнение функции vj (вид, способ и параметры обработки поступающих данных), - время ее выполнения tj, - входной поток данных функции с,, - характеристика Л,, относящая данную функцию к конкретному моменту времени. Функциональный граф дает очень наглядное представление о структуре функций обработки данных встроенной системы. Однако, ввиду большого общего количества функций, он получается обычно достаточно большим, даже, если его удастся нарисовать. Более удобным является представление функционального графа его присоединенной матрицей [41]: п п и V i2 " 2п \ \ .1 п2 " т где: у/ - элемент матрицы определяющий связьJ-той функции с /-той.
Выражение (2.6) назовем матрицей функциональной связности. Эта матрица отличается от матрицы А в выражении (2.5) тем, что она, помимо связи функциональных элементов за счет входных и выходных потоков данных, учитывает еще и связи на уровне реализации функций. Матрица (2.6) более полно описывает совокупность функций встроенной системы, если, конечно, ее удается построить.
При этом характеристическая принадлежность Я, определение функции в и ссылка на содержательное наполнение функции v элемента матрицы определяется номером столбца (вторым индексом). Матрица (2.6) по определению является квадратной. Число ее строк и столбцов определяется количеством функций во встроенной системе. Фактически каждый элемент матрицы (2.6) является функцией этих аргументов: И ІЛЛ) п(&гА 2) - „( А О" ч{е,у,л)= VifaAx vi) гг{вгАг 2) - 3„( ,AM,Vn) Ум (3 АР "і) vAei Ai Vi) - m{QnAn Vn)_
В дальнейшем эти аргументы не будут записываться, но всегда будут иметься в виду. В выражении (2.7) Л,,,...ДЙобозначают принадлежность данных элементов конкретным блочным функциям и временным интервалам. Блочными функциями могут быть реализация таймера аварийной остановки и аналого-цифрового преобразователя, реализация опроса датчиков и расчет управляющих воздействий и т. д. Эта характеристика важна, так как временная привязка выполнения функции определяет временную же привязку потоков данных, порождаемых этой функцией. Неравномерность потоков данных следует учитывать при проверке пропускной способности шин связи. Кроме того, временная привязка функций и потоков данных может потребовать перераспределения функций и данных функциональным элементам с целью получения более равномерной самих функциональных элементов и шин связи. При блочно-функциональном описании функционирования встроенной системы (2.7), функции, относящиеся к одному блоку функций, расположатся компактно. Если же кванты, составляющие функциональные блоки, описывались в произвольном порядке, или происходило добавление их, эти элементы могут быть расположены в произвольных местах матрицы. Дня того, чтобы получить из матрицы (2.7) общего вида матрицу, описывающую подфункции функционального наполнения функционального элемента у, достаточно заменить нулями все элементы матрицы (2.7), для которых аргумент Я t- Axj.
Строки и столбцы, диагональные элементы которых нулевые, следует исключить. Получившаяся матрица связей описывает внутриблочные взаимодействия подфункций: %(еЛ..")= (2.8) где: (Д,,, ) - матрица связей для блока функций XqXi w, - количество подфункций в функциональном блоке ХцХ.
При удалении строк и столбцов, не относящихся к рассматриваемому блоку функций, были удалены и связи данной функции с функциями других блоков, и наоборот. Эти ссылки следует учитывать при проектировании системы. Ниже описывается метод учета таких связей.
При описании матрицы взаимосвязей группы блоков: Ae\AqVAql,...Aq!\ (2.9) все элементы матрицы (2.7) для которых не выполняется условие (2.9), заменяются нулями. Строки и столбцы, диагональные элементы которых нулевые, исключаются. Получившаяся матрица связей описывает внутриблочные и межблочные взаимодействия для всех блоков функций, присутствующих в условии (2,9).
Оценка влияния факторов на достижимость простых целей при проектировании ВКС
Для отобранных целей формируются числовые оценки степени их достижимости в зависимости от значений отобранных факторов. Эти значения выражаются в баллах, например по 5-балльной шкале, а оценку называют индикатором достижимости целей - ИДЦ.
ИДЦ определяется по таблице 3.4, подобной таблице 3.3, но отличающейся от нее тем, что каждому фактору присвоен вес (приоритет) и отведено 5 строк, соответствующих баллам 5, ...,1.
Таблица 3.4 является трехмерной с координатами: цели, факторы, балльные значения факторов. На пересечении 1-ого столбца, j-oro горизонтального яруса таблицы и k-ой строки яруса проставляется экспертная оценка Z.,, є [-1,+1], аналогичная описанным выше.
Предположим, мы хотим определить ИДЦ при значениях факторов 2=3, Ф7=5, Фіо=4, Фц=3, Ф]2=5 (в таблице 4 эти значения выделены жирным шрифтом, а соответствующие им экспертные оценки - италиком). Проведем преобразование, называемое редукцией таблицы 3.4: в каждом горизонтальном ярусе оставляем помеченную строку, а остальные строки удаляем. В результате получаем редуцированную двухмерную таблицу. ИДЦ определяем как "свертку" редуцированной таблицы по формуле:
Для отобранных целей формируются числовые оценки степени их достижимости в зависимости от значений отобранных факторов. ИДЦ определяем как "свертку" редуцированной таблицы по формуле: =i,...g \H,...h J а, - вес /-ого фактора, г. - весу -ой цели, Zit є [-1,+1] - экспертная оценка. В таблице 4 значения сумм для помеченных строк проставлены справа от таблицы: ЩЩ= 0,75 3 + 3,05 3,5 + 5,4 4,5 + 4,5 5 + 5,55 5 = 87,475 (3.4)
Дальнейшее решение задачи проектирования основано на применении ситуационного анализа, который позволяет сформировать набор решений, трактуемых как факторы влияния на достижимость целей.
Выбор решений, определяющих процесс проектирования встроенной компьютерной системы, осуществляется путем построения и анализа специального графа - дерева, называемого диаграммой ситуаций. Вершины графа, изображаемые прямоугольниками, соответствуют ситуациям -характеристикам состояния процесса проектирования. Корень дерева обозначает исходную (начальную) ситуацию. К прямоугольникам подходят "выправить" стрелки, обозначающие цели, достижение которых может негативные стороны ситуации (ситуационные цели). Дуги, исходящие из ситуационной вершины, соответствуют альтернативным решениям по достижению этих целей.
Наносятся на диаграмму (в виде вершин, инцидентным концам дуг) и описываются ситуации, отражающие результаты решений.
Обсуждаются ситуации - результаты и из их числа удаляются заведомо неприемлемые (зачеркивается их обозначение Sj). Для оставленных ситуаций процедура повторяется. Каждый путь в построенном дереве соответствует определенному набору решений. Для решения поставленной задачи выбирается оптимальный набор с точки зрения макроцелей Cj, определяющих цели проектирования ВКС.
Каждой макроцели Q присваивается приоритет (вес или балл) (Xj, характеризующий ее важность среди остальных макроцелей. Степень достижения макроцели Q при наборе решений Bj оценивается экспертом величиной Xij є [-1,+ 1], где плюс опять означает приближение к цели, а минус - удаление от нее. Если все оценки положительны, то знак опускается. Численное значение оценки X,j, определяющее степень влияния Bj, на С,, находится в пределах 0 Ху 1 и выбирается на основе принятых соглашений (таблицу 3.2). Для каждой строки (набора решений) ВІ вычисляется индикатор достижимости макроцелей
Очевидно, что процесс синтеза вариантов допустимых структур встроенных компьютерных систем плохо формализуем. Проектирование структуры ВКС начинается с составления подробного технического задания. На этом этапе разработчики вместе с заказчиками подробно рассматривают требования, порожденные набором функций и объемом данных различного рода, необходимые для обеспечения функционирования системы.
На этом этапе формируются также требования, не связанные непосредственно с функциями компьютерной системы, но связанные с условиями эксплуатации или выступающие в роли ограничений: - предельная стоимость всей системы, - время и сроки ее проектирования, - конструктивные особенности аппаратных средств, - общее количество и состав внешних устройств, - требования к обеспечению безопасности данных.
Участвуя в согласовании технического задания, разработчики сопоставляют его требования с функциональными возможностями вариантов реализации системы. Хорошо представляя функциональные возможности различных вариантов системы, а также предполагаемых аппаратных средств, на которых она будет реализована, разработчики в свою очередь могут внести изменения в техническое задание и согласовать их с заказчиком.
После утверждения технического задания разработчики переходят к синтезу допустимых вариантов структур будущей системы. Существенную роль здесь играет выбор количества параметров, характеризующих варианты структуры, и собственно число альтернативных вариантов. Целью этого этапа, является разработка 5 - 10 вариантов реализации системы, для предъявления лицу, принимающему решение. Желательно, чтобы каждый вариант характеризовался не более чем 10 критериями. Обычно критерии являются комплексными. На их базе в соответствии со структурой предпочтения и решающем правилом (функцией полезности) лицо, принимающее решение должно построить обобщенный критерий и выбрать наилучший вариант структуры разрабатываемой компьютерной системы.
Критерии формируются на основе единичных параметров, описывающих альтернативные структуры. Единичные параметры можно разделить на три множества: - множество алгоритмических параметров, определяемых особенностями алгоритма, описывающих функциональные особенности программного обеспечения отдельных функциональных элементов и системы в целом, - множество системных параметров, определяемых особенностями аппаратного и программного обеспечения системы,
Входная форма «Факторы и критерии»
Из рисунка видно, что форма представляет собой квадратную матрицу, в которой строки и столбцы соответствуют простым критериям, сформулированным для проектируемой компьютерной системы. Диагональные элементы матрицы автоматически -заполняются значениями +1,0, которые не могут быть изменены при вводе. Верхняя строка формы содержит веса простых критериев, присвоенные экспертами ранее,
Ввод данных осуществляется с клавиатуры, причем, при вводе положительных чисел знак «+» можно вводить или не вводить, знак « » вводить обязательно.
Диапазон вводимых значений от -1.0 до Н.0, Ирм вводе дробных чисел ведущий нуль можно не вводить.
Правые два столбца формы содержат интегральную оценку каждой дели, вычисляемую по формуле (ЗЛ) и символы, значимости (важности) для каждой цели. Значимые пели отмечаются одним восклицательным знаком. Особо значимые пели отмечаются двумя восклицательными знаками.
По умолчанию в столбце «отобранные критерии» записывается один восклицательный знак, если значение интегральной оценки превышает 0.3 от суммы всех весов критериев, или два восклицательных знака, если значение интегральной оценки превышает 0.5 от суммы всех весов критериев.
Указанные пороговые значения могут быть скорректированы и записаны в инидиадшациониый файл программы.
Из рисунка ВИДНО, что форма представляет собой прямоугольную матрицу,, в которой столбцы соответствуют простым «гритериш, а строки -факторам, ВЛИЯЮЩИМ на их достижимость. Верхняя строка формы содержит веса простых критериев, присвоенные экспертами ранее.
Ввод данных осуществляется с клавиатуры, причем, при вводе положительных чисел знак cb можно вводить или не вводить, знак «-» вводить обязательно,
Диапазон вводимых значений от -! .0 до -И .0. При вводе дробных чисел ведущий нуль можно не вводить.
Правые два столбца формы содержат интегральную опенку каждой цели, вычисляемую по формуле (3.2) и символы значимости (важности) для каждой ц&т.
Значимые дели отмечаются одним восклицательным знаком. Особо значимые цели отмечаются двумя восклицательными знаками.
По умолчанию в столбце «отобранные критерии» записывается один восклицательный знак, если значение интегральной оценки превышает 0.3 от суммы всех, весов критериев, или два восклицательных знака, если значение интегральной оценки превышает 0.5 от суммы всех весов критериев.
Указанные пороговые значения могут быть скорректированы и записаны в ннициализацнонный файл программы.
Вывод данных на экран (или на принтер) выполняется в виде одной из выходных форм: - выходная форма 1 - «Матрица отобранных критериев», - выходная форма 2 - «Отобранные факторы и критерии», - выходная форма 3 - «Связи отобранных критериев» и - выходная форма 4 - «Связи отобранных факторов с критериями».
Из рисунка видно» что, как и первая входная форма, выходная форма представляет собой квадратную матрицу, в которой строки н столбцы соответствуют простым критериям, сформулированным для проектируемой компьютерной системы. Диагональные элементы матрицы содержат значення =1,0. Верхняя строка формы содержит веса простых критериев, присвоенные экспертами рит&.
Правые два столбца, формы содержат интегральную оценку каждой дели, вычисляемую по формуле (3.1) и символы значимости (важности) для каждой цели.
Значимые цеди отмечаются одним, восклицательным знаком. Особо значимые цели отмечаются двумя, восклицательными знаками. Пороговые значення» определяющие отбор факторов в «важные» или «особо важные», хранятся в иницяализацжжном файле программы.
По умолчанию один восклицательный знак ставится, если значение интегральной оценки превышает 0.3 от суммы всех весов критериев, два -если значение интегральной оценки превышает 0.5 от суммы всех весов критериев. Указанные пороговые значения .могут быть скорректированы и записаны в ннициализационный файл программы.
