страница 1
УДК 681.3
СИСТЕМА HLCCAD
ВЫСОКОУРОВНЕВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
В.А. Литвинов
Беларусь, Гомель
Рассматривается система HLCCAD (High level chip computer-aided design), ее возможности по созданию иерархических цифровых систем, редактированию, моделированию и анализу, предлагаются области возможного применения данной системы, проводится сравнение с некоторыми системами аналогичного назначения.
1. Введение
В настоящее время в связи со все расширяющейся сферой применения электроники ведется достаточно большое количество разработок различных цифровых устройств, в связи с чем становится актуальной проблема поддержания процесса проектирования новых устройств с минимальными затратами.
В настоящее время одна ИС может содержать сотни тысяч логических вентилей, поэтому специалисту, которому необходимо оценить характеристики сложной системы, построенной на базе подобных ИС, очень важно правильно выбрать уровень представления этой системы. В противном случае разобраться в работе системы будет очень трудно. Ключом к решению этой проблемы является работа на соответствующем уровне абстракции - уровне представления, который дает необходимую информацию, но избавляет разработчика от необязательных деталей.
Разработчики цифровых систем используют следующую иерархию абстрактных представлений: микросхемный, регистровый, вентильный, схемный, кремниевый. Система HLCCAD позволяет вести разработку устройства на вентильном, регистровом и микросхемном уровне. Система предназначена для поддержки процесса проектирования цифровых систем и позволяет получить на выходе модель спроектированного устройства на синтезируемом подмножестве VHDL, что поддерживается как входной формат практически всеми системами аналогичного назначения.
Система реализована на объектно-ориентированном языке программирования Object Pascal в среде Borland Delphi. Нормальная работа системы возможна на компьютере класса IBM PC 486 и выше с операционной системой Windows-95 (или Windows NT) и объемом оперативной памяти не менее 16 Мб (для Windows NT не менее 32 Мб).
2. Назначение и возможности системы
Система HLCCAD предназначена для поддержки процесса проектирования цифровых систем и позволяет:
-
создавать модели цифровых устройств различными способами: декомпозиция (разбиение на уже готовые модели устройств и связи между ними) или модель на высокоуровневом языке
-
создавать библиотеки устройств
-
моделировать созданные проекты устройств
-
анализировать результаты моделирования
-
генерировать модель на синтезируемом подмножестве VHDL для разработанных в системе устройств
-
использовать модели процессоров в проектируемых устройствах
В настоящее время ведутся работы над поддержкой моделирования VHDL, что позволит использовать модели на синтезируемом подмножестве VHDL, спроектированные в других системах.
3. Сравнение с другими системами
Рассмотрим недостатки существующих на данный момент систем аналогичного направления.
Система MAXPLUS2 предназначена для проектирования цифровых устройств на базе чипов ПЛИС ALTERA. Система предоставляет разработчику возможность создавать устройства в виде декомпозиции других устройств из библиотеки стандартных, либо из ранее созданных разработчиком в виде декомпозиции других устройств или модели на VHDL. Устройство можно моделировать, анализировать результаты на временной диаграмме, а затем получить готовую ПЛИС. К недостаткам системы можно отнести отсутствие возможности проектирования сверху вниз, моделирование сложных компонент, таких как микропроцессоры и микроконтроллеры.
Accolade PeakVHDL - это полная система для компиляции и выполнения описаний проекта VHDL. Система включает VHDL компилятор, линковщик, и симулятор. К недостаткам этой системы относятся: непривычный для разработчика способ проектирования, отсутствие возможности визуализации проекта в виде схемы.
К достоинствам системы HLCCAD, можно отнести покрытие всех недостатков предыдущих систем, а также следующие возможности:
-
взаимодействие моделей устройств с внешними приложениями и
аппаратными средствами компьютера
-
расширенный формат тестовых воздействий
-
более развитые средства анализа (история значений контактов, дамп и дизассемблирование содержимого элементов памяти)
-
высокая скорость моделирования и низкие требования к системе
Среди недостатков нужно отметить отсутствие VHDL моделей в качестве входных устройств.
4. Создание и редактирование устройств в HLCCAD
HLCCAD включает в себя мощный редактор схем иерархических цифровых устройств, который предоставляет разработчику следующие возможности:
-
Создание проектов, в которых будут создаваться устройства.
-
Добавление, удаление и т.п. схем в проектных файлах.
-
Редактор схем, который позволяет быстро и удобно размещать на схеме компоненты, создавать связи между ними, удалять, перемещать части схем. Редактор также позволяет производить многоуровневый откат и поддерживает режим резиновых линий (т.е. возможность перемещать части схемы без разрыва связей).
-
Редактор корпусов, в котором можно быстро создавать корпуса для разработанных схем, которые позже могут использоваться в других проектах, редактировать параметры контактов, устройств и т.п.
-
Редактор тестовых последовательностей.
-
Редактор позволяет также размещать части устройств в различных проектных файлах, что дает возможность работы команды разработчиков над одним сложным проектом.
5. Создание моделей
В системе предусмотрено несколько вариантов создания моделей:
-
Создание модели на высокоуровневом языке программирования, при этом можно использовать любую систему программирования, которая позволяет строить 32-разрядные DLL-файлы.
-
Построение устройства как декомпозиции других и связей между ними. При этом можно использовать уже готовые модели (например, из библиотеки устройств, поставляемой вместе с системой) или создать новые, для которых также будет задана декомпозиция или высокоуровневая модель.
6. Моделирование
В системе реализован событийный механизм моделирования. Моделирование разработанной схемы выполняется с учетом временных задержек и использованием тестовых воздействий.
Возможно пошаговое моделирование.
Процесс моделирования реализуется в фоновом режиме. При этом можно анализировать результаты уже смоделированного диапазона времени (открывать окна для анализа схем, просмотра истории значений на контактах и т.д.). При пошаговом моделировании можно устанавливать значения на входах схемы и продолжить моделирование с новыми значениями.
7. Тестовые воздействия
В системе предусмотрены различные способы подачи тестовых воздействий на схему проекта традиционными способами:
-
Тестовый файл – текстовый файл, содержащий команды установки и проверки значений на контактах, загрузки и проверки содержимого памяти устройств в указанный момент времени.
-
Изменение значений контактов на схеме и содержимого памяти при пошаговом моделировании.
Или через одно из его специальных устройств:
-
Обмен через файл – модель устройства реализуется на языке высокого уровня и в процессе моделирования обменивается информацией с внешней программой, как на ввод, так и на вывод (например, модель параллельного порта).
-
Ввод с клавиатуры - модель устройства реализуется на языке высокого уровня. Во время создания устройство создаёт собственное окно, с помощью которого обрабатывается ввод с клавиатуры, и значения нажатых клавиш выдаются на выход устройства.
8. Анализ результатов моделирования
Для анализа результатов моделирования предусмотрен ряд окон:
-
Дерево модели - в этом окне модель устройства отображается в виде дерева, содержащего устройства, контакты, входы/выходы. Из этого окна можно открывать для контактов или устройств все средства анализа.
-
История значений на контактах - в этом окне в виде списка отображаются значения, которые поступали на контакт и время их поступления. Можно объединять в таблицу истории нескольких контактов или добавить все контакты, связанные с выбранным. Из этого окна можно загрузить окно просмотра схемы, на которой находится выбранный контакт и т.д.
-
Временные диаграммы - отображает историю значений на
контактах в виде временных диаграмм. В остальном похожа
на окно истории значений на контактах.
-
Окно просмотра схем - отображает схему устройства и значения на контактах устройств, входящих в схему.
-
Дамп памяти - в этом окне отображается содержимое памяти устройств (RAM, ROM и т.п.). Позволяет просмотреть содержимое памяти в различных представлениях в любой момент времени из смоделированного диапазона.
-
Окно дизассемблера памяти позволяет представить содержимое элемента с памятью в виде дизассемблерного текста.
-
Окно переменных отображает внутренние переменные модели, таки как флаги и регистры процессора.
-
Навигатор по времени - из этого окна осуществляется управление текущим временем (все окна анализа отображают состояния элементов в момент времени, который можно менять из этого окна). Т.е. просто передвигая индикатор в этом окне можно смотреть состояния схем и контактов в любой момент времени из смоделированного диапазона.
Практически все окна обладают системой гибких настроек, позволяющих менять систему счисления для адресов, значений и многие другие параметры.
9. Генерация VHDL
Система позволяет автоматически сгенерировать модель в синтезируемом подмножестве VHDL для разработанной в HLCCAD схемы устройства. Для этого достаточно, что бы все высокоуровневые модели (модели, представленные исполняемой моделью на языке программирования, а не декомпозицией других) имели описание своей работы на VHDL. В частности, все модели из стандартной библиотеки такое описание имеют, т.е. если в схеме используются устройства только из этой библиотеки, то можно получить описание в синтезируемом подмножестве VHDL.
Генерация в синтезируемом подмножестве VHDL является важной частью системы, поскольку дает возможность использовать САПР более низкого уровня для непосредственного синтеза спроектированного в HLCCAD устройства.
10. Модели процессоров
В системе возможно создание и использование моделей процессоров. Это дает возможность моделировать в среде HLCCAD работу устройств, содержащих процессоры и их окружение (например, микроконтроллеры). Возможно также моделирование программно-аппаратных комплексов, т.е. когда модель аппаратной части в HLCCAD обменивается данными с программной частью, исполняемой на том же компьютере или любом другом, соединенным с ним через сеть.
11. Апробация
При помощи системы HLCCAD был смоделирован внутрисхемный эмулятор ANT-97, описанный в журнале “Радиорынок” (№1,1998г.). На этапе редактирования из стандартных элементов была создана библиотека микросхем, а также описаны модели микроконтроллера 8031 и параллельного порта ПК на языке высокого уровня (Delphi). Все необходимые компоненты были соответствующим образом соединены в редакторе схем.
Реальный эмулятор работает под управлением программы, запускаемой на ПК, а обмен данными ведется через параллельный порт. При моделировании эмулятора использовалась та же самая программа, но вместо параллельного порта поток ввода-вывода был направлен в специальный файл обмена. Модель использовала файл как источник входных воздействий и направляла туда ответные реакции. При этом управляющая программа могла запускаться на ПК как автономно, так и в стандартном отладчике (Borland C++). В последнем случае программу можно было выполнять по шагам и переключаться в окно HLCCAD для анализа реакции модели.
Моделирование показало адекватность работы реального устройства и его виртуального прототипа, а также позволило выработать направление дальнейшего проектирования подобных устройств.
Л и т е р а т у р а
-
Долинский М.С., Зисельман И.М., Белоцкий С.Л., "Инструментальная система высокоуровневого проектирования микропроцессоров и микропроцессорных систем", Санкт-Петербург, ЭЛЕКТРОНИКА, 1996, N 4, с. 51-59
-
Долинский М.С. "Методы и средства высокоуровневого проектирования встроенных аппаратно-программных систем", Рига, "Автоматика и вычислительная техника", 1997, N 5, с. 63-70
-
Долинский М.С., Галатин А.В., Литвинов В.А. "Система проектирования цифровых устройств HLCCAD". Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Новые компьютерные технологии в науке, технике, производстве и индустрии развлечений", Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, 1998, с.52-53.
страница 1
|