Методы оптимизации в процессе проектирования. Методы оптимизации

Средства "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов и систем цифровой обработки сигналов (ЦОС) занимают особое место среди инструментальных средств разработчиков телекоммуникационного и другого электронного оборудования на базе процессоров ЦОС. Данные средства не только автоматизируют процесс проектирования, избавляя разработчика от рутинного труда и сокращая сроки проектирования, но и позволяют специалистам прикладных областей науки и техники, которые не знакомы с процессорами ЦОС и не владеют секретами программирования, применять для решения своих задач достижения технологий цифровой обработки сигналов. Данные средства также прекрасно подходят для учебного процесса. Они позволяют быстро и с минимальными затратами создавать на базе ПК виртуальные лаборатории по различным курсам. При выполнении этих работ студент получает наглядное представление о процессах, протекающих в той или иной сложной системе и имеет возможность максимально концентрировать свои усилия на понимании этих процессов, не тратя время и силы на такие второстепенные в данном случае процессы, как сборка установки из реальных приборов, программирование и другие. В настоящее время существует несколько пакетов "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов и систем ЦОС, которые функционируют на различных аппаратных платформах (персональные компьютеры (ПК) и рабочие станции) и отличаются между собой функциональными возможностями, быстродействием и стоимостью. Настоящая статья посвящена САПР "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов и систем ЦОС Hypersignal фирмы Hyperception, США (www.hyperception.com) и его применению в учебной и научной работе в Нижегородском Государственном Техническом Университете (НГТУ). Средства "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов ЦОС Hypersignal RIDE и Hypersignal Block Diagram С момента своего основания в 1984 г. фирма Hyperception сосредоточила свои интересы и сконцентрировала все усилия на разработке высокоэффективных и относительно деш╦вых программных средств, функционирующих на ПК, для автоматизации рутинного инженерного труда в области проектирования алгоритмов и систем ЦОС и родственных отраслях науки и техники. В 1990 г. фирма Hyperception выпустила САПР Hypersignal Block Diagram для визуального проектирования и моделирования на ПК сложных динамических систем с использованием вычислительных возможностей только процессора ПК. Последняя 32-бит версия v4.0 этой САПР функционирует в среде Windows. Логическим развитием пакета Block Diagram является САПР Hypersignal RIDE, который поддерживает аппаратные средства ЦОС, установленные в ПК или связанные с ним по последовательному интерфейсу, и позволяет комбинировать в одном проекте как функции, выполняющиеся в среде процессора ПК, так и функции, выполняющиеся в среде процессора ЦОС. Структура САПР "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов и систем ЦОС Hypersignal изображена на рис. 1. Рисунок 1. Структура САПР "визуального" проектирования и моделирования алгоритмов и систем ЦОС Hypersignal Структура САПР  САПР Hypersignal используют передовую технологию "визуального" проектирования, при которой пользователь может быстро воплотить свои идеи в виде привычных блок-схем в интерактивном режиме на экране ПК, то есть аналогично тому, как это делалось ранее с помощью ручки на листе бумаги. Блоки - программные компоненты, выполняющие базовые функции алгоритмов ЦОС - вот те кирпичики, из которых разработчик строит свой алгоритм на экране ПК в виде блок-схемы - в привычной форме описания алгоритмов и систем. В состав Hypersignal входит несколько сотен тематически сгруппированных функций-блоков. Среди них: блоки генераторов сигналов, блоки арифметических функций, блоки матричных и векторных операций, блоки функций ЦОС, блоки файловых операций, блоки визуализации сигналов и так далее. В состав САПР Hypersignal также входят блоки управления: клавиатуры, переключатели, линейные и стрелочные индикаторы и так

далее. Наличие этих функциональных блоков позволяет создавать пользовательский интерфейс разрабатываемой системы совместно с разработкой алгоритма е╦ функционирования. В дополнение фирма Hyperception поставляет специализированные библиотеки функций для обработки речи (Advanced Speech Library), библиотеку коммуникационных функций (Advanced Transmission Library) и библиотеку функций для обработки изображений (Image Processing Library). В случае отсутствия необходимых функций, Вы сами можете создать их с помощью конструктора блоков (Block Wizard), входящего в состав САПР Hypersignal. Вс╦, что при этом необходимо сделать ≈ написать функцию блока на языке Си, используя стандартные средства, и в интерактивном режиме описать новый блок, задавая его конфигурацию и описывая его параметры. САПР Hypersignal поддерживает иерархическое проектирование, при котором блоки могут объединяться и входить в виде одного блока в блок-схему более высокого уровня иерархии, что позволяет не только структурировать сложный проект, но и разбивать его на части для реализации различными исполнителями. В среде Hypersignal алгоритм созда╦тся в виде блок-схемы на экране ПК в интерактивном режиме из стандартных блоков, при этом устанавливаемые Вами межблочные связи будут отражать потоки данных и пути прохождения сигналов. Настройка параметров алгоритма осуществляется пут╦м выбора соответствующих блоков и установкой нужных параметров с помощью системы меню, а модификация алгоритма осуществляется пут╦м изменения его блок-схемы и параметров блоков. При запуске введ╦нного алгоритма Hypersignal RIDE созда╦т исполнительный код, соответствующий алгоритму. Далее этот код автоматически загружается в среду процессора ЦОС аппаратных средств, где исполняется процессором ЦОС. При необходимости, особенно на этапе отладки алгоритма, отображение результатов обработки сигналов может осуществляться на экране ПК в режиме реального времени. Необходимо отметить ряд особенностей САПР Hypersignal, существенно отличающих его от аналогичных продуктов. Функции САПР Hypersignal, исполняемые в среде процессора ПК, представляют собой DLL-модули, которые выполняются в среде Windows с максимальной скоростью. Функции реального времени САПР Hypersignal RIDE, исполняемые в среде процессора ЦОС, представлены объектными модулями, которые совместимы со стандартными средствами разработки ПО для процессоров ЦОС. Пользователям САПР Block Diagram и RIDE дополнительно предлагается генератор ANSI Си-кода. Генератор Си-кода генерирует ANSI Cи-код, соответствующий "визуализованному" алгоритму, разработанному с помощью Hypersignal RIDE или Hypersignal Block Diagram. В дальнейшем этот код может быть встроен в различные программные продукты для ПК, перенес╦н на альтернативные UNIX-платформы или встроен с применением соответствующих средств кросс-компиляции в автономные системы реального времени, построенные на базе различных процессоров. Если Ваши приложения должны функционировать под управлением среды Windows на ПК или индустриальных компьютерах, то для коммерческого тиражирования Ваших проектов фирма Hyperception дополнительно предлагает генератор приложений HAppl. С помощью этого программного модуля можно вычленить разработанный алгоритм совместно с интерфейсом оператора и перенести их на ПК с аппаратными средствами ЦОС, которые вы поставляете своему заказчику. САПР проектирования и моделирования алгоритмов ЦОС Hypersignal RIDE поддерживает аппаратные средства ЦОС различных производителей, построенных на базе процессоров TMS320 фирмы Texas Instruments и на базе процессоров SHARC фирмы Analog Devices. Из продукции российских производителей Hypersignal RIDE поддерживает системы ЦОС TORNADO и автономные контроллеры TORNADO-E с модулями ввода/вывода сигналов фирмы "МикроЛАБ Системс" (www.mlabsys.com, тел.: 900-6208) на базе процессоров TMS320C3x/C6000. Фирма "МикроЛАБ Системс" является дистрибьютором фирмы Hyperception на российском рынке.