Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительная часть проблем, возникающих в связи с ростом сложности современных цифровых устройств, непосредственно вызвана использованием системы глобальной синхронизации. Это послужило толчком к поиску иных, отличных от синхронного, принципов временного согласования работы отдельных элементов схемы.
Наиболее удачное развитие подход, связанный с отказом от использования системы глобальной синхронизации, получил в рамках концепции самосинхронизации. Самосинхронным называются схемы, работоспособность которых не зависит от задержек элементов. Данная особенность определяет следующие важные преимущества самосинхронных схем перед синхронными и асинхронными схемами:
1). Самосинхронные схемы обладают свойством самопроверяемости относительно константных неисправностей, что позволяет простыми средствами организовать диагностирование, локализацию и саморемонт.
2). Самосинхронные схемы нечувствительны к параметрическим отказам, которые являются одной из наиболее распространенных причин возникновения неисправностей в цифровой аппаратуре.
3). Временные параметры функционирования самосинхронных схем определяются реальными вздержками элементов, вследствии зтого применение схем данного класса позволяет в большинстве случаев получить значительный выигрыш по быстродействию.
Отмеченные достоинства предопределяют расширение области использования самосинхронных схем, особенно при разработке СБИС-систем и схем на пластине.
Основным фактором, сдерживающим широкое распространение самосинхронных схем, является сложность их проектирования, чем и обусловлена необходимость совершенствования методов и средств проектирования самосинхронных схем.
В настоящее Бремя для спецификации поведения самосинхронных схем в основном используются событийные модели - сети Петри, сигнальные графы (СП, диаграмма изменений и т.д. На языках событийных моделей поведение схемы задается посредством указания причинно-следственных связей между событиями, происходящими в схеме. Интерпретация отдельного события, как правило, связана с изменением сигнала ка выходе некоторого элемента схемы.
- 2 -Другой класс моделей составляют модели в "глобальных состо-
пЬлл ДЛси pciivjjvja. ію^сли/^іа Ідіі;, Kji fay .ал j. ігшпст (Ді-jcii pctivimci ri і. Д.
В них для описания процесса функционирования схемы используются упорядоченные множества полных состояний. Такое подробное описание позволяет сравнительно просто решать задачи анализа и синтеза. Однако сложность описания в этом случае растет экспоненциально с ростом числа элементов в схеме, что не позволяет применять модели данного класса для спецификации поведения сложных схем. Именно поэтому модели в "глобальных состояниях" используются в основном в качестве вспомогательных.
Сформировались два основных подхода к синтезу самосинхронных схем по описаниям, заданным на языках событийных моделей.
Первый представлен методами формального синтеза и основан на восстановлении для заданной событийной спецификации модели в "глобальных состояниях". Главное достоинство методов формального синтеза - возможность получения эффективных схемных решений. В тоже время необходимость восстановления всего множества рабочих состояний схемы ограничивает использование подобных методов для синтеза по сложным событийным спецификациям.
Другой подход реализуется методами структурного синтеза, при использовании которых отдельным фрагментам исходного описания ставится в соответствие моделирующая подсхема. Это позволяет процесс синтеза рассматривать как процесс трансляции событийной спецификации в схему. Методы структурного синтеза применимы к описанию любой сложности; их основной недостаток состоит в том, что получаемые схемные решения обладают большой избыточностью.
Значительное развитие получили методы декомпозиционного синтеза, однако эффективное применение данных методов ограничено регулярными спецификациям.
Таким образом, в настоящее время не существует метода, позволяющего осуществлять эффективный синтез самосинхронных схем по сложным событийным спецификациям нерегулярной структуры.
Нуждаются в совершенствовании и средства автоматизированного проектирования самосинхронных схем.
Целью диссертационной работы является разработка метода синтеза самосинхроккых схем, эффективного для синтеза по сложным событийным спецификациям нерегулярной структуры, и разработка программных средств и методики логического проектирования само-
синхронных схем.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач;
-
разработка и исследование подхода, позволяющего сократить сложность вычислений при формальном синтезе самосинхронных схем по спецификациям, заданным на языке событийной модели;
-
создание и теоретическое обоснование метода синтеза са-мосикхрснкых схем, эффективного для синтеза по сложным событийным спецификациям нерегулярной структуры;
3) разработка методики логического проектирования самосинх
ронных схем, включающей использование средств ввода графических
описаний и средств автоматизированного ведения библиотек.
Основные методы исследования. Методы исследования, применяемые при решении поставленньк задач, базируются на общей теории автоматов и теории алгоритмов, используют результаты теории по-думодуляркых схем, формальные модели описания дискретных систем: модель Маллера, диаграмму переходов, сигнальные графы и др., и накопленный к настоящему времени опыт и результаты в области проектирования самосикхронкых схем.
Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что:
1) дано формальное определение и исследованы особенности
множества переменных, проекция СГ на которое является достаточ
ной для получения собственной функции элемента схемы;
2) доказано свойство корректности проекции корректного СГ,
являющееся необходимым и достаточным условием перехода от проек-
Цуіуі ОХ л. оn-rmocwichi пин noui пчпиуг AJ-i,
3) создан и теоретически обоснован метод синтеза самосинх
ронных схем по СГ более эффективный в ряде приложений по сравне
нию с существующими методами синтеза.
Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики заключается б следующем:
- применение предложенного метода синтеза позволяет сокра
тить время проектирования самосинхронных схем, поведение которых
задается сложными сигнальными графами нерегулярной структуры;
- использование разработанных средств ввода графических
описаний входных объектов и средств автоматизированного ведения
библиотек, сокращает трудоемкость разработки и уменьшает вероят
ность возникновения случайных ошибок в процессе проектирования;
- использование равраСотаккой методики проектирования само
синхронных схем позволяет повысить эффективность проектирования
схем высокой сложности в среде САПР F0RCAGE,
Реализация результатов работы. Предложенная методика логического проектирования самосинхронных схем и пакет прикладных программ внедрены в Институте проблем информатики РАН, что подтверждается соответствующим актом о внедрении, и использовались в учебном процессе в СПб ТЭТУ.
Применение результатов работы позволило спроектировать ряд самосинхронных схем, обладающих повышенным уровнем отказоустойчивости, по трем получены положительные решения о выдаче авторских свидетельств.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы- докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
- всесоюзной конференции "Локальные сети ЭВМ для автомати
зации научных исследований и управления производством", Севасто
поль, 17-18 сентября 1990 г;
международном семинаре "Территориальные информационные сети" (КОМПАК-91), Рига, Латвия, 15-17 октября 1991 г;
научно-техническом семинаре "Применение персональных ЭВМ в проектировании и технологии", ДЦНТП, Санкт-Петербург, 30-31 октября 1991 г;
- научно-технических конференциях профессорско-преподава
тельского состава СПб ТЭТУ, Санкт-Петербург, 1990-1992 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные и 3 рукописные работы. Все работы написаны в соавторстве. Личный вклад автора является определяющим в части именно тех результатов, которые вынесены на зашиту.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и списка литературы, включающего 101 наименование. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста. Работа содержит 41 рисунок, 5 таблиц.
