Программная система для распределенного событийного логического моделирования дискретных цифровых устройств

Введение

Проверка работоспособности проекта является важным этапом создания любого электронного устройства. Выполнение процесса моделирования является эффективным средством проверки работоспособности проекта. Постоянное возрастание размерности и сложности реальных проектов приводит к увеличению времени, необходимому для проведения моделирования. Одним из возможных решений проблемы ускорения моделирования больших и сверхбольших проектов является использование нескольких компьютеров, работающих параллельно.

Существует множество программных систем, которые позволяют проводить моделирование. Среди них ModelSim фирмы Model Technology Inc., Active-HDL фирмы Aldec, Foundatein Series фирмы Xilinx, Electronic Workbanch фирмы Interactive Image Technologies Ltd. Общим недостатком этих систем является то, что они не позволяют проводить распределенное моделирование.

Особенности системы

Программная система реализована в среде проектирования Delphi и работает под управлением операционных система семейства Windows. Для связи используется технология DirectPlay. Система содержит в себе 19 исполнимых файлов. Общий объем исходного кода системы составляет порядка 1.5MB в 132 модулях.

Система позволяет проводить последовательное моделирование. Для синхронизации процессов при распределенном моделировании реализован консервативный протокол с маркером и пустыми сообщениями, оптимистический и комбинированный протоколы.

Структура системы распределенного моделирования

Разрабатываемый проект включает в себя три подсистемы: подсистему ввода, подсистему распределенного моделирования и подсистему анализа результатов моделирования.

Структура системы распределенного моделирования
Рисунок 1 - Структура системы распределенного моделирования

Подсистема ввода

Подсистема ввода позволяет:

Редактор многоуровневого описания схем
Рисунок 2 - Редактор многоуровневого описания схем

Подсистема распределенного моделирования

Подсистема распределенного моделирования содержит в себе администратор процесса моделирования и моделирующий процессор (рисунок 3). Во время моделирования запускается один администратор процесса моделирования и множество копий моделирующих процессоров.

Моделирующий процессор и администратор процесса моделирования
Рисунок 3 - Моделирующий процессор и администратор процесса моделирования

Администратор процесса моделирования позволяет решать большое количество независимых задач по моделированию при ограниченном количестве моделирующих процессоров. Все задачи выстраиваются в очередь, и при наличии достаточного количества свободных моделирующих процессоров запускается очередная задача. После того, как очередная задача по моделированию запущена, вся синхронизация производится только моделирующими процессорами, без участия администратора процесса моделирования (рисунок 4).

Одна из перспективных задач проекта состоит в реализации веб-интерфейса для доступа к системе распределенного моделирования из Интернета. Администратор процесса моделирования управляет моделирующими процессорами, и может использоваться как интерфейс между веб-приложением и моделирующими процессорами.

Схема взаимодействия моделирующих процессоров (МодПр) с администратором процесса моделирования (АПМ)
Рисунок 4 - Схема взаимодействия моделирующих процессоров (МодПр) с администратором процесса моделирования (АПМ)

Подсистема анализа результатов моделирования

Для анализа результатов моделирования проект включает в себя три компонента:

Компонент для построения диаграмм причинно-следственных связей
Рисунок 5 - Компонент для построения диаграмм причинно-следственных связей

На ПСС-диаграммах показываются все моделирующие процессоры (на этом рисунке их три - Р1, Р2 и Р3). Для каждого моделирующего процессора показывается список всех переменных состояния этого процессора. Для каждой переменной состояния приводятся значения этих переменных во все моменты физического времени (цифры и буквы на осях). Синими линиями обозначены сообщения, которые передаются между процессорами по сети.

Информация, представленная на диаграммах причинно-следственных связей, в той или иной форме присутствует в любых распределенных приложениях. Поэтому ПСС-диаграммы могут быть использованы как средство отладки распределенных приложений вообще, а не только моделирующих процессоров.

Компонент для построения временных диаграмм сигналов
Рисунок 6 - Компонент для построения временных диаграмм сигналов

Форматы файлов

В системе используется 15 видов файлов:

Перспективные направления исследований


Ю.В. Ладыженский, доцент, к.т.н.,
Ю.В. Попов, аспирант,
Донецкий национальный технический университет,
кафедра Прикладной математики и информатики