При всей масштабности задач автоматизации архитектурного проектирования ВсС автору кажется вполне реальным создание экспериментальных САПР этого уровня силами ограниченного научного коллектива.

Опыт использования архитектурных абстракций в проектировании ВсС

Положения и элементы технологии сквозного проектирования ВсС отрабатываются в рамках научно-производственной деятельности фирмы "ЛМТ" (http://lmt.cs.ifmo.ru) при непосредственном участии автора на протяжении ряда лет. Рассмотрим кратко два проекта, о которых дополнительную информацию можно найти на интернет-сайте фирмы и в литературе.

Коммуникационный вычислитель М3М с высокой безопасностью функционирования. Исходные условия проектирования данного изделия формулировались следующим образом: создать одноплатный вычислитель с безопасным процессорным ядром, широким набором двоированных последовательных интерфейсов для сопряжения с модулями верхнего и нижнего уровней иерархии, возможностью ограниченного расширения системных ресурсов, возможностью функционирования стандартной ОСРВ. При этом параметры целевой задачи (например, интенсивности информационных потоков и сложность их обработки) определялись приблизительно.

Было принято решение разработать гетерогенную многопроцессорную ВП со значительными возможностями перераспределения вычислительной нагрузки между "программными" и "аппаратными" процессорами, оснащенную базовой инструментальной инфраструктурой.

Созданная аппаратная ВП, именуемая М3М, содержит три процессора для встроенных применений с архитектурой Х86, два массива оперативно программируемой логики фирмы Altera, выделенные CAN-контроллеры и TCP-стеки, ряд массивов оперативной и Flash-памяти, слоты интерфейсов расширения с программируемыми функциями, набор стандартных устройств поддержки реального времени, сервисный процессор питания и термоконтроля.

В основу инструментальной инфраструктуры ВП положен принцип вложенной отладки распределенных ВС, чем обеспечивается эффективный транзитный доступ ко всем программируемым элементам с инструментальной консоли (например, с ПК).

Предложенная аппаратная ВП позволила прикладным проектировщикам реализовать в ограниченные сроки ряд прототипных и целевых вариантов центрального вычислителя линейного пункта системы диспетчерской централизации железнодорожного движения [11]. Следует отметить серьезное разнообразие архитектур разработанных версий вычислителя. Например, объем исходных алгоритмов, реализуемых на аппаратных акселераторах, по отношению к общему объему алгоритмов в различных реализациях изменялся от 10 до 50%.

ВП М3М, дополненная ОС QNX, продолжает активно использоваться в экспериментах по ряду направлений, в частности, на ней отрабатываются адаптивные механизмы надежности и безопасности функционирования.

Многофункциональный контроллер для встроенных применений МЕС5091/ADEPT. Экспериментальный проект по созданию такого контроллера начат в 2001 г. Одной из основных задач проекта является практическая проверка эффективности положений и приемов технологии сквозного проектирования ВсС.

Разработана архитектурная модель контроллера, в значительной степени представленная средствами языка UML. Выбран состав периферийных интерфейсов и варианты ресурсов вычислительного ядра. Определены параметры информационных потоков в контроллере. Разработана модель инструментальной инфраструктуры.

81

Обеспечить создание архитектуры контроллера, независимой в полной мере от доступной элементной базы, к сожалению, в рамках проекта не удалось. Однако перечень вопросов, решенных на этапе архитектурного проектирования, был значительно расширен.

Контроллер создан в виде набора из двух модулей формата PC104 с шифрами МЕС5091 и ADEPT. В сумме они представляют собой масштабируемую в широких пределах системную ВП с набором резидентных и внешних (для работы на ПК) программных драйверов, оснащенную развитой инструментальной инфраструктурой.

В настоящее время на ВП MEC/ADEPT реализован контроллер сканирующего зондового микроскопа. Ведется разработка еще ряда целевых систем на базе ВП

MEC/ADEPT.

Заключение

Растущая потребность в ВсС в мире определяет направленность усилий специалистов на создание промышленной технологии их проектирования.

На повестке дня стоят задачи формализации ранних стадий проектирования ВсС, совершенствования и развития абстракций такого проектирования.

К сожалению, активность отечественных специалистов в данном направлении, судя по публикациям, отсутствует.

Автор надеется, что высказанные в работе мысли будут способствовать как решению конкретных технических проблем, так и интеграции российских специалистов в процесс создания передовых технологий не только в области офисного программного обеспечения.

Литература

1.Архитектурная модель цифровых вычислительных систем для встроенных применений. / Платунов А.Е. // Изв. вузов. Приборостроение. 2001. Т.44. №3.

С. 8–15.

2.Hardware-Software Codesign. // IEEE Design & Test of Computers, January – March 2000, pp. 92 – 99.

3.Embedded Software – An Agenda for Research. / E.A. Lee // Technical Memorandum UCB/ERL M99/63, University of California, Berkeley, CA 94720, December 15, 1999.

4.System Design: Traditional Concepts and New Paradigms. / A. Ferrari, A. SangiovanniVincentelli // Proceedings of the 1999 Int. Conf. On Comp. Des., Austin, Oct. 1999.

5.System Level Design: Orthogonalization of Concerns and Platform-Based Design. / K. Keutzer, S. Malik, R. Newton, J.Rabaey, A. Sangiovanni-Vincentelli // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Circuits and Systems, Vol. 19, No. 12, December, 2000.

6.Embedded Software. / E.A. Lee // Technical Memorandum UCB/ERL M01/26, University of California, Berkeley, CA 94720, November 1, 2001.

7.VSI Alliance. Model Taxonomy. Version 2.1 / URL: http://www.vsi.org.

8.URL: http://www.gigascale.org.

9.The Esterel synchronous programming language: Design, semantics, implementation. / G. Berry, G. Gonthier // Science of Programming, 1992, vol. 19, № 2, pp. 87 – 152.

10.Get a handle on design languages. / G. Moretti // URL: http://www.ednmag.com/ednmag/reg/2000/06052000/12cs.htm

11.Комплекс технических средств для систем железнодорожной автоматики / Гавриков В.О., Платунов А.Е., Никифоров Н.Л. // Автоматика, телемеханика и связь. 1998.

№11. С. 5–10.

82