Теоретические и методологические основы высокоуровневого проектирования встраиваемых вычислительных систем

• Автор: Платунов, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 477 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

1.1. Встраиваемые вычислительные системы.

1.1.1. Понятие встраиваемой вычислительной системы.

1.1.2. Проектирование программнореализованных встраиваемых систем .

1.1.3. Встроенное программное обеспечение

1.1.4. Классификация встраиваемых систем.

1.2. Состояние и перспективы высокоуровневого проектирования ВсС.

1.2.1. Проектирование заказных микропроцессорных систем

1.2.2. Методики проектирования встраиваемых систем.
1.2.3. Языки описания архитектуры встраиваемых систем
1.3. Предпосылки повышения уровня абстракции в методиках
проектирования встраиваемых систем.
1.3.1. Кризис методик проектирования встраиваемых систем.
1.3.2. Перспективы развития методик проектирования встраиваемых систем.
1.4. Выводы
1.5. Постановка задачи.
2. АРХИТЕКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
2.1. Система архитектурных абстракций ВсС.
2.1.1. Архитектурное проектирование и группы архитектурных абстракций
2.1.2. Вычислительные и невычислительные абстракции.
2.1.3. Элементы архитектурного проектирования.
2.1.4. Проектное пространство ВсС и фазы организации вычислительного процесса ii i
2.2. Проектирование архитектуры ВсС
2.2.1. Архитектурная платформа и критерии проектирования архитектуры
2.2.2. Шаблоны процессов проектирования ВсС
2.2.3. Реализация архитектурных моделей встраиваемых систем
2.2.4. Проектирование микроархитектуры ВсС.
2.2.5. Роль моделирования в архитектурном проектировании ВсС.
2.3. Аспектная модель процесса проектирования ВсС
2.3.1. Аспектный подход к проектированию ВсС.
2.3.2. Аспектное пространство процесса проектирования и целевой системы
2.3.3. Архитектура ВсС, архитектурные агрегаты. Классификация архитектурных моделей
2.3.4. Методы и средства аспектного анализа
2.3.5. Аспектная классификация ВсС.
2.4. Выводы
3. МОДЕЛИ ВЫЧИСЛЕНИЙ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.
3.1. Архитектурная абстракция модель вычислений в проектировании ВсС
3.1.1. Поведенческий аспект архитектурной модели.
3.1.2. Понятие модель вычислений в проектировании встраиваемых систем
3.1.3. Совместимость и синхронизация в моделях вычислений.
3.1.4. Базовые модели вычислений встраиваемых систем
3.2. Средства моделирования вычислительных процессов встраиваемых систем
3.2.1. Способы описания распределенных ВсС
3.2.2. Симуляция моделей вычислений.
3.2.3. Инструментальный комплекс моделирования вычислительных процессов II
3.3. Объектнособытийная модель вычислений распределенных ВсС
3.3.1. Общие положения объектнособытийной модели.
3.3.2. Элементы объектнособытийной модели
3.3.3. Расчет временных характеристик объектнособытийной модели
3.3.4. Расширение ОСМВ на основе денотативного описания.
3.4. Выводы.
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
4.1. Анализ технических решений уровня реализации ВсС.
4.1.1. Пример подсистемы визуализации аналитического прибора
4.1.2. Пример проектирования драйвера периферийного интерфейса
4.1.3. Проектирование специализированных вычислителей системы железнодорожной автоматики Тракт
4.2. Принцип актуализации вычислительного процесса в проектировании ВсС.
4.2.1. Модель актуализации вычислительного процесса.
4.2.2. Фазы актуализации вычислителыюго процесса ВсС
4.3. Прототип САПР на базе ОСМВ
4.3.1. Микроархитектура вычислителя
4.3.2. Модели и параметры ОРП
4.3.3. Автоматизированная система прикладного пользовательского программирования .
4.3.4. Средства прикладного пользовательского программирования вычислителей ИЫ и 1,2.
4.4. Инструментальный аспект проектирования ВсС
4.4.1. Инструментальный аспект архитектурной модели ВсС
4.4.2. Инструментальный комплекс вложенной отладки распределенных ВсС
4.4.3. Динамические инструментальные компоненты
4.4.4. Инструментальный комплекс МЗР.
4.5. Оценка опыта проектирования ВсС коллектива НПФ ЛМТ
4.6. Выводы
5. ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТАРАЗРАБОТЧИКА ВСТРАИВАЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
5.1. Состояние и тенденции в подготовке специалистов по проектированию ВсС
5.1.1. Модель знаний выпускника вуза специалиста по вычислительной технике
5.1.2. Проектирование от зон компетенции.
5.1.3. Программы подготовки специалистов в области вычислительной техники
5.2. Модернизация программы профильной подготовки разработчиков ВсС .
5.2.1. Внедрение методов и средств архитектурного проектирования встраиваемых систем в процесс подготовки специалистов и практическую деятельность производственных коллективов.
5.2.2. Проблемы и предложения в области модернизации программы профильной подготовки разработчиков ВсС
5.3. Практика подготовки специалистов разработчиков ВсС
5.3.1. Реализация инновационной образовательной программы
5.3.2. Аппаратнопрограммная платформа 8ИК для подготовки специалистов по проектированию встраиваемых систем.
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Разделить ВсС по назначению можно только очень условно. Информационные системы запросответ реального времени платежные системы, резервирование билетов и т. Мультимедийные системы. Функциональная классификация позволяет косвенным образом формировать характеристику каждой группы ВсС. Однако разброс свойств проектных шаблонов оказывается в этом случае очень широк, что снижает значимость такой классификации для разработчика. ВсС надежность, безопасность, информационная защищенность и т. На этапе разработки i i у ВсС появляется множество критериев для классификации на архитектурном уровне. По принципу комплексирования, ВсС можно разделить на четыре категории полностью готовые, блочные, заказные, полузаказные или смешанные. Полностью готовая система это система, выполняющая целевую функцию, либо требующая незначительной но трудоемкости доводки для выполнения своей целевой функции. Как правило, ВсС на основе готовых систем обладают максимальной избыточностью и соответственно стоимостью. Следующий по сложности вариант система из готовых блоков. Чтобы такая система выполняла свою целевую функцию, необходимо комплексирование или интеграция покупных программных и аппаратных блоков. Избыточность системы существенно ниже, чем в первом случае. Стоимость разработки также невысока. В третьем и четвертом вариантах присутствует заказная компонента, требующая зачастую проведения научноисследовательских работ, проведения подготовки производства, разработки новых технологий. Далее в работе указанные проектные критерии будут обсуждаться долее подробно. Сложившаяся практика проектирования вычислительных систем вообще и ВсС, в частности, как было отмечено выше, состоит в выборе одной из канонических вычислительных платформ ВП, на которой за счет программной надстройки решается прикладная задача. Задача делится на две части выбирается база платформа, база достраивается вверх за счет программирования в широком смысле до получения требуемой ВС. Для такого способа проектирования существуют технологические приемы и инструментальные средства. Примерами являются языки программирования, на которых описывается конечная задача, исполнительные устройства готовые вычислительные машины и трансляторы. Применяется и второй вариант выбирается ВП и наряду с достройкой вверх выполняется модификация вниз. Такой способ используется реже изза высокой трудоемкости. На сегодня отсутствует единая система описания этих трех составляющих, они описываются в различных предметных пространствах и языковых стилях. Вторая проблема большое число задач, особенно в области систем управления физическими объектами, которые плохо укладываются в схему реализации на основе канонических ВП с языковой программно реализуемой надстройкой. При таком подходе решения оказываются экономически неоптимальиыми, либо задача вообще не решается в рамках современных технических средств. Необходимо проектировать специализированные ВП, например, с высокой степенью параллелизма и специализацией операционных блоков. Попытка проектировать целевую ВсС на такой архитектурной основе по описанной выше массовой традиционной технологии катасгрофическим образом обостряет проблему нестыковки специфических требований языковой машины, трансляторов и ВП. Третья проблема связана с постоянно растущим объемом необходимого проектирования ВсС. Разобщенность описаний, отмеченная выше, препятствует повторному использованию разработанных компонентов аппаратных блоков, программ, реализаций алгоритмов и т. Магистральным направлением в повышении эффективности проектирования, как отмечают ведущие специалисты, является закрепление результатов разработок в виде абстрактных технических решений, инвариантных к способу реализации 6. Переходу в проектировании ВсС па такой уровень препятствует отсутствие соответствующей методологии, языковой базы и инструментальных средств. Как отмечается в проектирование ведется в рамках трех типовых сценариев рис. ВсС с. Р1аИогщ
ОрЬоп 1. Роо а аррорпаЮ аЬгасГоп
Р1аНолп
ОрЬоп 2. Рис. Выделение технологий создания встраиваемого ПО ВПО.