Разработка и исследование алгебраических моделей и генетических алгоритмов для автоматизированного проектирования функционально распределённых встраиваемых микропроцессорных систем

• Автор: Родионов, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 270 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АРХИТЕКТУРЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Анализ архитектур микропроцессорных систем. Уровни

и методы проектирования систем

1.1.1 Основные подходы к анализу архитектур.

1.1.2 Архитектуры функционально распределнных встраиваемых микропроцессорных систем

1.1.3 Уровни и методы проектирования систем.

1.2 Существующие подходы к решению задачи аппаратнопрограммного разбиения системы.

1.3 Постановка задачи оптимизации в условиях
неопределенности
1.4 Анализ задачи и методов е решения.
1.5 Анализ генетических алгоритмов.
1.5.1 Общая характеристика генетических алгоритмов
и проблемы, возникающие при их разработке
1.5.2 Схемы работы генетических алгоритмов. Параллельные генетические алгоритмы
1.5.3 Функция пригодности особей популяции
1.5.4 Кодирование параметров решения задачи
1.5.5 Решение проблемы ложных значений в генах
1.5.6 Метод выбора брачных пар
1.5.7 Оператор отбора.
1.5.8 Оператор кроссовера.
1.5.9 Оператор мутации
1.5. Общие модификации операторов.
Выводы по главе
Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ
2.1 Оптимизационная модель ФР ВМС.
2.1.1 Проблема оценки времени выполнения задачи
2.1.2 Модель выполнения задачи ФР ВМС
2.1.3 Расчт характеристик ФР ВМС
2.2 Алгебра нечтких интервалов и их сравнение
2.2.1 Функция формы нечткого интервала. Выбор и обоснование.
2.2.2 Алгебра нечтких интервалов
2.2.3 Сравнение нечтких интервалов
2.3 Разработка метода оптимизации.
2.3.1 Основные особенности и схема работы генетического алгоритма. Реализованные методы
и операторы
2.3.2 Общие параметры генетического алгоритма
2.3.3 Оператор отбора
2.3.4 Метод выбора брачных пар.
2.3.5 Оператор кроссовера.
2.3.6 Оператор мутации
2.3.7 Механизм избавления от непригодных решений .
2.3.8 Миграции
Выводы по главе.
Глава 3. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
3.1 Архитектура САПР БоЯСАй
3.2 Основные структуры данных, методы и алгоритмы
3.2.1 Основные потоки данных в САПР БоШЗАй
3.2.2 База данных САПР БоЛСАО.
3.2.3 Классы, типы и структуры данных, используемые
для реализации генетического алгоритма и оптимизационной модели
3.2.4 Файл настроек .II.
3.2.5 Реализация операторов и механизмов генетического алгоритма.
3.2.6 Классы и структуры данных, используемые для реализации операций над нечткими
интервалами.
3.3 Порядок работы. Пользовательский интерфейс.
3.3.1 Назначение САПР .
3.3.2 Состав САПР .
3.3.3 Интерфейс САПР .
3.3.3.1 Обзор рабочей среды САПР
3.3.3.2 Загрузка и сохранение данных.
3.3.3.3 Настройка параметров модели и
популяций.
3.3.3.4 Моделирование. Получение результатов
3.3.3.5 Состав отчтности о ходе эволюции популяций и е результатах
3.3.3.6 Получение справочных данных.
Дополнительные возможности
Выводы по главе
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ, МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ
И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ.
4.1 Параметры и условия моделирования
4.2 Задача формирования изображений
4.2.1 Описание ФР ВМС Модуль формирования изображений
4.2.2 Параметры ФР ВМС Модуль формирование
изображений.
4.2.2.1 Аппаратная конфигурация и
дополнительные ресурсы
А.2.2.2 Список функций.
4.2.2.3 Стоимостные параметры
4.2.2.4 Временные параметры
4.2.2.5 мкостные параметры
4.2.2.6 Наджностные параметры
4.2.2.7 Параметры массы.
4.2.2.8 Параметры габаритов площади.
4.3 Результаты моделирования
4.3.1 Исследование генетического алгоритма.
4.3.2 Оптимальные схемы работы генетического алгоритма
4.3.3 Результаты моделирования для ФР ВМС
Модуль формирования изображений.
4.3.4 Оценка эффективности САПР ЭоЛСАО.
Выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СРАВНЕНИЯ.
А.1 Решение уравнений первой и второй
степеней.
А.2 Решение уравнений четвртой степени
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
Г А генетический алгоритм,
МВГ метод ветвей и границ,
НГ нечткий граф,
НИ нечткий интервал,
НИР научноисследовательская работа,
НМ нечткое множество,
ОКР опытноконструкторская работа,
ПГА параллельный генетический алгоритм,
ПЛИС программируемая логическая интегральная схема,
ПОС проблемно ориентированная система,
ПП полный перебор,
САПР система автоматизации проектирования,
СБИС сверхбольшая интегральная схема,
СнК система на кристалле,
ФОП функционально ориентированный процессор,
ФП функция принадлежности для НИ или пригодности для ГА,
ФР ВМС функционально распределнная встраиваемая микропроцессорная
система,
ФР МС функционально распределнная микропроцессорная система,
ЦФ целевая функция,
I ii ii i ii заказная СБИС,
i программируемая логическая инте
гральная схема,
МРР iv i обработка с массовым параллелиз
i ii симметричная многопроцессорная об
работка.
ВВЕДЕНИЕ


Для программной части обычно используют С, С и их производные, для описания аппаратуры УЬГОЬ или Уеп. Разработка исполняемых моделей позволяет проектировщикам верифицировать выполняемые функции и интерфейсы на ранних стадиях проектирования, задолго до детализации проекта. Процесс разработки начинается с идентификации целей и задач, выполняемых системой рис. Определяются основные эксплуатационнотехнические характеристики требуемое быстродействие, допустимая потребляемая мощность, время, необходимое для разработки и т. На их основании создается системная спецификация, которая может выступать частью технического задания на разработку системы. Обычно этот этап проходит без применения средств САПР. Рис. На следующем этапе создается высокоуровневая поведенческая модель проектируемой системы обычно в виде блоксхемы. Впоследствии оно будет служить основой для разработки тестовых последовательностей при верификации проекта на нижних уровнях проектирования и при тестировании опытных образцов СБИС. Верификацию поведенческой модели выполняют путем компьютерного моделирования с использованием специальных программных средств. При обнаружении какихлибо отклонений от требований системной спецификации модель корректируется и моделирование повторяется. На следующем этапе разработчик должен определить, какие части поведенческой модели будут впоследствии реализованы аппаратно, а какие программно в виде встроенного в СБИС программного обеспечения. Здесь же необходимо разработать интерфейс между аппаратной и программной частями. В итоге формируется набор спецификаций на разработку программного обеспечения и на разработку каждого аппаратно реализуемого блока. В последнее время вс большее внимание уделяется совместному проектированию программной и аппаратной частей СБИС i, которое становится основным подходом к созданию систем на кристалле 9, 4. Совместное проектирование аппаратных и программных средств состоит из двух базовых стадий проектирования 1 выбор программного или аппаратного способа реализации функций задачи и 2 составление расписания е выполнения. Этап совместной программноаппаратной верификации пока не считается обязательным. В качестве аппаратной части здесь выступают исполняемые спецификации аппаратно реализуемых блоков, в качестве программной прототип ПО. В результате можно будет убедиться, что аппаратная часть, разработанная в соответствии с имеющимися спецификациями, будет корректно функционировать совместно со встраиваемым ПО в режиме реального времени. Анализ этапов системного уровня проектирования показывает, что одной из главных задач разработчика является нахождение оптимального баланса между программной и аппаратной реализацией функций системы. В качестве сопутствующей может выступать задача предварительного выбора аппаратных средств, на основе которых будет построена оптимизируемая система. В современных условиях практически любая сложная разработка сопровождается созданием моделей, которые позволяют, в частности, осуществлять выбор оптимальных проектных решений на самых ранних стадиях. Разделение спецификации системы на аппаратную и программную части известно как аппаратнопрограммное разбиение iii. Оно воздействует на многие аспекты качества получаемого решения, включая быстродействие системы, объм используемых аппаратных ресурсов, стоимость системы, потребляемую мощность. При проведении моделирования эти характеристики используются для вычисления некоторой функции, оценивающей качество полученного решения в целом. С е помощью в пространстве проектирования осуществляется поиск такого разбиения системы, которое минимизирует или максимизирует оценочную функцию при выполнении заданного набора ограничений. Аппаратнопрограммное разбиение должно быть выполнено на ранних этапах проектирования, поскольку функциональность, реализуемая аппаратно, должна быть определена до начала синтеза аппаратной части системы. В результате характеристики системы должны оцениваться уже на самых ранних стадиях проектирования, и точность качество разбиения напрямую зависит от точности оценки параметров системы.