1.1 Основные компоненты для исследования цифровых схем

Система моделирования состоит из библиотеки компонентов, в которую входят логические элементы, триггеры, счетчики, регистры, дешифраторы, мультиплексор и мультивибратор, тестовые компоненты (генератор импульсов, регистратор импульсов), а также компоненты, позволяющие создавать связные логические структуры - линия и точка, сервисные программы, позволяющие проводить тестовые испытания и поддерживать диалог с пользователем. В связи с тем, что все логические компоненты должны обладать сходными свойствами, они должны наследоваться от одного класса.

Элементы обладают такими общими характеристиками, как входной и выходной алфавит, набор внутренних состояний. Также все микроэлектронные элементы должны обладать возможностью вычислять значения выходов по определенному закону в зависимости от входов и внутренних состояний. Для реализации возможностей введения неисправностей в элементы, последние должны вычислять при необходимости функцию выходов в зависимости от входов и внутренних состояний по особому алгоритму, моделирующему работу неисправного элемента.

Базовый класс должен включать в себя описания всех электрических и временных параметров элементов. Это необходимо для единообразия внутренней структуры любого элемента, порожденного от класса, входящего в иерархию.

Абстрактный базовый класс TGraphicControl1 (рисунок 1.2) обладает всеми перечисленными свойствами. В этом классе имеют реализацию только некоторые свойства (property), позволяющие устанавливать значения параметров элементов. Остальные свойства и методы присутствуют в описании только как полностью виртуальные функции (pure virtual functions), или «заглушки».

Для того, чтобы все элементы иерархии унаследовали способность отображать свое условное обозначение на форме, а также возможность взаимодействия с Инспектором Объектов (Object Inspector) C++ Builder, базовый абстрактный класс TGraphicControl1 нследуется от класса TGraphicControl. Этот класс является одним из ключевых базовых классов иерархии VCL (Visual Component Library). Графические компоненты, являющиеся наследниками класса TGraphicControl представляют собой видимые элементы управления, которые не могут принять фокус ввода, т.к. не являются оконными. Они не могут служить контейнерами для других элементов управления, т.е. не могут владеть другими компонентами. Графические компоненты обеспечивают отображение объектов без использования системных ресурсов, они требуют меньших «накладных расходов», нежели стандартные (находящиеся на вкладке Standard в C++ Builder) или адаптированные (наследники компонента TWinControl) компоненты. Таким образом, все элементы, являющиеся наследниками класса TGraphicControl1 получают возможность реагировать на сообщения Windows (такие как OnPaint, OnMouseMove) простым перекрытием соответствующих функций базового класса.

Отдельно от общей иерархии стоит компонент TExperimentManager (рисунок 1.2). Он является наследником одного из ключевых базовых классов иерархии VCL TWinControl. Использование в качестве родителя оконного компонента приведет к некоторому увеличению затрат ресурсов ЭВМ, так как компонентами данного типа используются системные ресурсы. Но такие меры оправданы, так как оконные (адаптированные) компоненты способны принимать фокус ввода и могут служить контейнерами, т.е. являться родителями других элементов управления. А это необходимо для взаимодействия с пользователем.

Компонент TExperimentManager выполняет функции блока управления экспериментом, а также интерфейсного блока, взаимодействующего с пользователем. Такой компонент может быть на форме только в единственном экземпляре. Этот элемент выполняет следующие функции:

чтение файла сценария посредством взаимодействия с объектом класса TTestFile (рисунок 1.2);

генерация комбинаций сбоев и отказов в зависимости от настроек, полученных из файла сценария;

введение неисправностей в элементы схемы;

подсчет тестового времени;

запуск в работу поочередно всех элементов схемы в каждом цикле работы;

протоколирование результатов работы модели схемы посредством взаимодействия с объектом вспомогательного класса TLogFile (рисунок 1.2).

Блок управления экспериментом содержит такие компоненты управления, как TEditBox, TLabel и TButton (рисунок 1.1). Эти компоненты управления позволяют изменять интервал дискретизации по времени, а также количество циклов тестирования.

Рисунок 1.1 - Интерфейс компонента «Блок управления экспериментом»

Длительность такта задается в тысячных долях наносекунды. Такой запас позволит при необходимости варьировать точность измерений в широких пределах.

Приращение внутреннего времени во время тестирования будет производиться на величину интервала дискретизации. Таким образом, модель повторит работу реального устройства за время:

(1.1)

где N - число тактов;

t_{дискрет.} - длительность такта (величина интервала дискретизации).

Если производится автоматическая генерация входных комбинаций и комбинаций неисправностей, то число таких повторов может изменяться.

Также не является наследником основного базового класса иерархии элементов компонент TConnection. Этот элемент моделирует работу проводника, соединителя в электрической схеме. Он не должен обладать свойствами микроэлектронного элемента. Работа компонента заключается в моментальной передаче значения напряжения, поступившего на его вход. Рассмотрим описание такого компонента:

Вспомогательные сервисные классы (рисунок 1.2) служат для взаимодействия ПО с файловой системой (компоненты TLogFile и TSection), синтаксического разбора файлов конфигурации (компонент TatfParser), а также для упрощения работы со сложными структурами времени (TTestTimer). Эти классы не входят в общую иерархию элементов и не имеют родителей.

Для работы со структурами тестового времени служит класс TTestTimer. Необходимость в написании такого класса определяется тем, что структура времени достаточно сложна и операции над такими структурами производить крайне неудобно.

Класс управления работой программного счетчика времени с момента начала тестирования TTestTimer позволяет производить со структурами времени следующие операции:

суммирование двух переменных типа TTestTimer или TTestTimer и long;

вычитание двух переменных типа TTestTimer или TTestTimer и long;

увеличение времени на 1 пикосекунду;

уменьшение времени на 1 пикосекунду;

сравнение моментов времени;

суммирование с целым числом, которое представляет собой время в пикосекундах.

Перечисленные операции реализуются при помощи механизма доопределения стандартных операторов для пользовательских классов.

Для работы с файлом протокола используются классы TLogFile и TSection. Формат файла повторяет формат стандартного ini-файла Windows. Необходимость создания собственного класса для работы с файлами в таком формате обусловлена ограничением длины стандартного файла величиной в 64 килобайта, что недопустимо, так как при длительном тестировании файлы протоколов могут быть значительно большего размера. Кроме того, тестирование показало, что специальный класс TLogFile обеспечивает гораздо более быстрый доступ к файлу протокола, чем это позволяют стандартные функции для работы с ini-файлами. Такой эффект в первую очередь обусловлен применением гибкой буферизации записи на диск и промежуточным размещением секций в различных файлах на диске.

Синтаксический анализ файла сценария осуществляется объектами класса TatfParser. Взаимодействие с объектами других классов осуществляется посредством одной функции Process():

void __fastcall Process(TGraphicControl1*,char*);

Данная функция в качестве параметров получает указатель на обрабатываемый элемент и указатель на буфер, в котором находится содержимое файла сценария. Далее производится анализ содержимого файла, инициализация соответствующих глобальных переменных согласно конфигурации, записанной в файле сценария. Также производится интерпретация главного сценария (скрипта) с учетом вложенностей скриптов и команд. Уровень вложенности не ограничен.

Создание объектов классов специального назначения и все последующие обращения к этим объектам производятся центральным компонентом библиотеки - «Блок управления экспериментом» (класс TExperimentManager).

Описанная иерархия классов позволяет не только упростить создание новых элементов, но и способствует уменьшению вероятности ошибок программистов, расширяющих библиотеку элементов. Наличие одного базового класса для всех видов базовых элементов позволяет обращаться к любому элементу через указатель на его родителя (базовый класс). Таким образом, нет необходимости в знании идентификатора каждого элемента. Это позволит упростить процедуру тестирования работы схемы и осуществлять ее в автоматическом режиме.

Рисунок 1.2 - Иерархия классов системы моделирования микроэлектронных устройств.

1.2 Порядок работы с системой моделирования

Использование программного обеспечения для создания и проведения испытаний имитационных машинных моделей состоит из следующих этапов:

установка библиотеки компонентов;

создание модели схемы;

написание файла сценария и параметров тестирования;

анализ результатов работы модели.

Система моделирования разработана таким образом, чтобы пользователь, не вникая в начинку приложения, мог использовать его. Она позволяет создавать на основе существующих компонентов всевозможные схемы, моделировать работу данной схемы, задавая различные входные последовательности, имитировать сбои и отказы.

Компоненты находятся в отдельных закладках на панели C++Builder и поэтому пользователь может без особого труда построить схему. Работа схемы моделируется при помощи скрипта, находящегося в отдельном файле. Язык написания скрипта также очень прост и содержит всего несколько специализированных слов. Результаты обработки схемы также записываются в отдельный файл. Таким образом эти результаты можно либо просмотреть в цифровом варианте либо использовать построитель диаграмм, что позволяет наглядно проанализировать работу схемы на каждом временном интервале.

Блок управления экспериментом (TExperimentManager) осуществляет последовательный перебор всех элементов схемы и запуск функции Run() каждого элемента. В этой функции производится моделирование работы элемента, вычисление и выдача выходных воздействий с учетом параметров элемента, внутреннего состояния и входных воздействий.

Кратко рассмотрим этапы использования программного обеспечения:

При инсталляции библиотеки компонентов моделирования микроэлектронных систем СЖАТ происходит интеграция компонентов в среду разработки C++ Builder, что позволит при работе с этими компонентами использовать все возможности, предоставляемые средой разработки для работы с любыми компонентами: средства редактирования, визуального размещения, изменения свойств компонентов, отладки проектов, а также сохранения результатов работы.

Для правильной установки библиотеки необходимо произвести следующие операции (строго в той последовательности, в которой они изложены ниже):

удалить предыдущую версию библиотеки компонентов (если таковая была установлена) из C++ Builder IDE (Integrated Development Environment);

удалить скомпилированный ранее модуль Elements.bpl с жесткого диска;

удостовериться, что в настройках проекта (Project\Options\Linker) выключена опция линкера «Use dynamic RTL»;

открыть модуль Elements.bpk (меню File\Open);

использовать пункты меню «Project\Make...» или «Project\Build...» для компиляции модуля Elements.bpk;

поместить откомпилированный файл Elements.bpl в каталог, который доступен через переменную окружения %PATH% операционной системы;

после компиляции, необходимо установить модули времени проектирования (design-time packages) в окружении C++ Builder IDE. Это делается в диалоге «Packages», вызываемом при выборе пункта меню «Component\Install packages...», затем надо нажать кнопку «Add...», указать расположение файла Elements.bpl и нажать «OK» для интеграции модуля в IDE.

После установки библиотеки, компоненты, которые она содержит, можно будет использовать таким же образом, как и стандартные компоненты VCL. При необходимости расширения возможностей компонентов или добавления в библиотеку новых моделей микроэлектронных элементов, достаточно изменить исходный текст модуля, перекомпилировать проект (Elements.bpk) и выполнить пункт 6 описанного выше процесса инсталляции библиотеки.

Библиотека компонентов интегрируется в среду Borland C++ Builder. Поэтому для успешной работы в системе необходимо установить C++ Builder версии 4.0 или выше. Для создания новой схемы, необходимо в первую очередь создать новый проект (File\New Project) в C++ Builder, после чего размещать компоненты библиотеки на главной форме этого проекта. Размещение элементов на форме производится путем «перетаскивания» (drag&drop) их с панели компонентов C++ Builder. Компоненты, управляющие процессом тестирования, расположены во вкладке «Experiment Tools», соединители и другие вспомогательные компоненты - во вкладке «Base», комбинационные элементы - во вкладке «Elements», триггеры, регистры, счетчики и дешифраторы - во вкладке «Triggers».

Установка параметров конкретных элементов производится в Инспекторе Объектов (Object Inspector) C++ Builder путем изменения значений соответствующих свойств каждого элемента.

После расположения основных элементов, необходимо аналогичным образом расположить на форме линии (модели проводников), которые «привязываются» к конкретному выводу элемента путем выбора линии из списка, открывающегося в соответствующем свойстве элемента (например, In и Out для инвертора).

Модели соединений проводников (точки) размещаются на форме точно также как и модели микроэлектронных элементов. Как и все микроэлектронные элементы, точки владеют свойствами, установкой значений которых можно подсоединить к точке соединения до четырех линий (один вход - свойство «In» и три выхода - свойства «Out1», «Out2», «Out3»).

На форме должен быть размещен только один блок управления экспериментом.

Когда элементы расположены, необходимо откомпилировать проект. Полученный исполняемый файл - готовая к запуску в работу модель схемы. После запуска можно изменить значения шага дискретизации и количества циклов тестирования на панели блока управления экспериментом. После ввода этих значений необходимо нажать кнопку «Запуск». Начнется тестирование схемы.

Во время тестирования схемы отображается окно текущего состояния процесса, показывающее, сколько процентов от общего объема тестов завершено. Пример окна состояния приведен на рисунке 3.7.

Рисунок 1.3 - Пример окна состояния процесса тестирования

Функция загрузки реальных параметров разработана на основе написанного базового класса TgrapthicControl1 и позволяет загружать реальные параметры того или иного компонента в зависимости от серии. В Инспекторе Объектов появляется еще одно свойство SERIAL, которое позволяет выбирать ту или иную серии (на данном этапе возможен выбор только К155 и КМОП). Побочно с этим в соответствии с выбранной микросхемой подгружаются параметры, которые непосредственно зависят от серии (напряжение питания микросхемы, время нарастания (спада) импульса, напряжение единицы (нуля)… ). Свойства общие для всех компонентов прописаны в базовом классе. Также существует возможность описывать свойства присущие только одному компоненту. В этом случае это свойство описывается непосредственно в программной реализации компонента(как это сделано для мультивибратора (длительность выходного импульса).

В TGrapthicControl1 свойство(позволяющее выбрать определенный тип микросхемы), посредством которого осуществляется доступ Инспектора Объектов, а также различных компонентов схемы к переменным, описанным в секции protected выглядит следующим образом:

__property TGraphicControl1SERIAL SERIAL = { read = FSERIAL,write = SetSERIAL,default = NULL };

Функция обработки этого свойства представлена в приложении С.

Приложение А

void __fastcall TGraphicControl1 :: Setep_Volt1(TGraphicControl1ep_Volt1 Aep_Volt1)

{

if (FSERIAL==k155)

{

Fep_Volt1=Aep_Volt1;

if (Fep_Volt1==low){SetParam(low);FepVolt1=2.4;}else{if(Fep_Volt1==high){SetParam(high);;FepVolt1=4.8;}}

}

else

{FepVolt1=2.4;SetParam(No);}

Invalidate();

}

void __fastcall TGraphicControl1 :: SetSERIAL(TGraphicControl1SERIAL ASERIAL)

{

FSERIAL=ASERIAL;

if (FSERIAL==k155)

{

FepPowerSupplyVoltage = 5; // Напряжение питания микросхемы

FepMaxInputVoltage = 10; // Максимально допустимое входное напряжение

FepThreshold0 = 0.2;

FepThreshold1 = 4.8; // Пороговое напряжение 0 и 1 на входе

FepVolt0 = 0.1; // Выходное напряжение 1 (не менее) и 0 (не более)

FtpTimeHold = 8; // Время задержки

FtpTimeTrans01 = 3;

FtpTimeTrans10 = 3; /* (Time of transition)*/

}

else

if (FSERIAL==kmop)

{

FepPowerSupplyVoltage = 5;

FepMaxInputVoltage = 18;

FepThreshold0 = 0.4;

FepThreshold1 = 3.2;

FepVolt1 = 5;

FepVolt0 = 0.1;

FtpTimeHold = 10;

FtpTimeTrans01 = 3;

FtpTimeTrans10 = 3;

}

else

{

FepPowerSupplyVoltage = 5;

FepMaxInputVoltage = 15;

FepThreshold0 = 0.4;

FepThreshold1 = 2.4;

FepVolt1 = 5;

FepVolt0 = 0;

FtpTimeHold = 10;

FtpTimeTrans01 = 5;

FtpTimeTrans10 = 6;

}

Invalidate();

}

Размещено на Allbest.ru