28. Методи функціонального моделювання аналогових і цифрових пристроїв.

Центр тяжести автоматизированного проектирования в настоящее время перемещается из схемотехнического в функциональное и системное проектирование. Большинство РЭА собирается из готовых функциональных блоков. Так, в области производства компьютеров получило широкое распространение так называемое «отверточное» производство, когда компьютеры собираются из готовых частей, выпускаемых разными фирмами.

В таких случаях функциональное моделирование может оказаться чуть ли не единственным способом верификации (проверки правильности) проекта еще до сборки системы из отдельных частей.

Функциональное моделирование аналоговой и цифровой аппаратуры существенно различается.

Функциональное моделирование аналоговых устройств

Суть функционального моделирования (ФМ) аналоговых РЭУ состоит в разбиении (составлении) РЭУ на отдельные функциональные блоки (элементы 1...5 на рис. 4.1), каждый из которых выполняет то или иное функциональное преобразование сигнала (усиление, ограничение, интегрирование и т. д.), и расчете формы сигнала и его основных параметров в каждой точке полученной функциональной схемы.

Рис. 4.1. Представление устройства для функционального моделирования

Модели функциональных блоков получают либо в виде макромоделей либо информационных моделей.

Под формой сигнала понимается либо зависимость сигнала от времени x(t) при моделировании во временной области, либо эквивалентное представление сигнала в виде изображения по Лапласу х(р) или зависимости от комплексной частоты j при моделировании в частотной области.

Основным требованием при ФМ является высокая скорость моделирования, необходимая для того, чтобы за короткое время можно было исследовать большое число различных вариантов функциональных схем.

Поскольку этап проектирования функциональной схемы относится к начальным этапам общего процесса проектирования, то высокой точности от ФМ не требуется.

Первым основным допущением, характерным для ФМ, является развязка отдельных блоков функциональной схемы, т.е. независимость характеристик отдельных блоков от режима работы других блоков. Условие развязки блоков эквивалентно выполнению условий Rвх=, Rвых= для каждого из блоков. Вследствие этого преобразование сигнала зависит только от характеристик вход-выход каждого блока, а не от их взаимного влияния друг на друга.

Вторым основным допущением, характерным для ФМ, является допущение об однонаправленности элементов, т.е. сигнал на выходе любого элемента не влияет на сигнал на его входе. Это позволяет считать, что сигнал в функциональных схемах распространяется однонаправленно – от входа к выходу каждого элемента.

Заметим, что при составлении функциональных схем нельзя допускать объединения (замыкания) выходов различных элементов, например элементов 3 и 4 на рис. 4.1, поскольку это приводит к неопределенности выходного сигнала.

Характерным примером задач, решаемых методами ФМ, является исследование поведения системы автоматического регулирования, функциональные схемы которых состоят из типовых звеньев – дифференцирующих, интегрирующих, форсирующих, чистой задержки и т.д.

Функциональное моделирование цифровых устройств

Функциональное моделирование цифровых схем существенно отличается от аналоговых, хотя здесь и используются информационные модели, но методы моделирования другие.

По степени детализации (подробности, точности) различают функциональное моделирование на уровне системы команд, регистровых передач, логическом (вентильном).

Уровень команд характеризуется представлением устройства в виде программно – доступных функциональных узлов: оперативной и кэш – памяти, АЛУ, регистра команд, РОН и т. д. Модели этого уровня описывают процессы выполнения различных команд и фрагментов программ используются для проверки соответствия ФС заданным принципам функционирования ЭВМ и системе команд.

Уровень регистровых передач – на нем элементами составляемой модели устройства являются модели регистров и схем межрегистровых передач. Проверяется правильность реализации заданных алгоритмов функционирования, временных диаграмм без конкретизации схемной реализации.

Как правило, уровни команд и регистровых передач совмещаются.

Логический уровень характеризуется использованием полных моделей, составляемых из моделей отдельных логических элементов (триггеров, ячеек И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т.д.). эти модели могут отражать выполнение логических функций с учетом временных задержек. Задачи: верификация функциональных и принципиальных схем дискретных устройств, разработка и анализ контролирующих и диагностирующих тестов.