Некоторые аспекты применения УМК “Моделирование цифровых систем на языке VHDL”

Некоторые аспекты
применения УМК “Моделирование цифровых систем на языке VHDL” в учебном курсе
“Основы автоматизации проектирования”


П.А. Таберкин

В
соответствии с учебным планом многоуровневой подготовки специалистов курс
“Основы автоматизации проектирования” изучается студентами специальности 2203 “Системы
автоматизированного проектирования” в седьмом семестре и включает 36 часов
лекционных занятий, 18 часов практических занятий и 18 часов индивидуальных занятий.

В
первой части курса рассматриваются основные этапы проектирования РЭА и ЭВА:
системотехнический, схемотехнический и конструкторский; основные задачи каждого
этапа, их особенности и взаимосвязи; обобщенная структурная схема САПР, виды
обеспечения САПР и требования к их компонентам [1-3].

Во
второй части курса рассматриваются наиболее широко применяемые подходы и методы
решения ключевых задач каждого этапа проектирования, а также назначение, состав
и особенности таких систем автоматизированного проектирования как PSpice, OrCAD, AutoCAD и
P-CAD[1,3-5].

Основной
целью курса  является изучение общих
сведений об объектах, моделях и задачах автоматизированного проектирования;
основных понятий САПР; назначения, состава, принципов и особенностей
функционирования различных систем автоматизированного проектирования. Т. о., в
этом курсе предпринята попытка дать цельную картину процесса
автоматизированного проектирования РЭА и ЭВА, основных проблем и подходов к их
решению. Отдельные этапы и задачи проектирования, методы их решения более
подробно изучаются студентами специальности 2203 “Системы автоматизированного
проектирования” в других учебных курсах, таких как “Автоматизация конструирования
ЭВА”, “Оптимизация в САПР” и т.д.

Основной
проблемой при преподавании курса “Основы автоматизации проектирования” является
организация и наполнение практических и индивидуальных занятий таким образом,
чтобы они с максимальной эффективностью способствовали освоению студентами
данного курса.

С
этой целью для практических и индивидуальных занятий студентам предлагалась
следующая задача – разработать техническое задание и эскизный проект для построения
в Таганроге различных систем связи.

Варианты
заданий:

цифровая
система интегрированной связи на базе АТС Алкатель1000С12;

сотовая
цифровая система связи на базе системы Алкатель 900 с использованием в качестве
центра коммутации подвижной связи АТС Алкатель1000С12;

система
расширенного факс-сервиса FAXNET, использующая принцип “Store-and-Forward”
(цифровое запоминание и отправка факсимильных сообщений) на основе выделенной
телефонной сети “Искра-2”;

интегральная
цифровая система связи на базе System X фирмы GEC PLESSEY TELECOMMUNICATIONS
LIMITED;

цифровая
сотовая система GMH2000 фирмы HUGHES NETWORK SYSTEM, Inc.;

интегральная
сеть деловой спутниковой связи фирмы HUGHES NETWORK SYSTEM,Inc.;

территориальная
радиально-зоновая система сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования
“ВОЛЕМОТ”;

система
радиотелефонной связи для сельской местности “ЛЕС-С”;

система
персонального радиовызова “ЛУЧ-1С”;

цифровая
система связи на базе электронной УАТС типа DX 200 фирмы Nokia
Telecommunications Oy;

цифровая
система радиотелефонной связи ACTIONET фирмы Nokia Telecommunications Oy.

В
качестве раздаточных материалов использовались материалы фирм-разработчиков,
содержащие описание и технические характеристики соответствующих систем.

Результаты
работы показали, что студенты способны достаточно грамотно разработать
техническое задание на проектирование соответствующей системы и выполнить
привязку предложенных проектов к местным условиям.

Накопленный
опыт позволяет сделать следующие выводы:

– необходимо расширить часть
курса, посвященную системотехническому этапу проектирования ЭВА, уделяя особое
внимание рассмотрению основ прикладной теории конечных автоматов и базирующихся
на ней методов синтеза микропрограммных автоматов;

– при проведении практических
занятий возможно использование УМК “Моделирование цифровых систем на языке
VHDL”, в частности – интегрированной системы подготовки и контроля
VHDL-описаний.

Язык
VHDL содержит средства, позволяющие отобразить три аспекта, характеризующие
цифровую аппаратуру[6]:

–функциональный (функция
аппаратуры может детализироваться от уровня системы команд и алгоритмов
устройств до булевых функций);

– временной (задержки,
производительность, время отклика – от задержек фронтов сигналов до тактов и
задержек электромеханических устройств);

– структурный (схемы, типы и
связи компонент – от уровня устройств типа процессор-память до уровня вентилей
и переключающих элементов).

Программная
система VHDL-ANALYZER позволяет осуществить проверку фрагментов VHDL-описаний
систем и дает возможность из корректных VHDL-описаний фрагментов создать
проектную библиотеку или библиотеки проектов. Такие фрагменты описаний, которые
могут независимо анализироваться VHDL системой и при отсутствии ошибок
помещаться в библиотеку проекта, в терминах языка VHDL называются проектными
модулями (design unit). Такими модулями могут быть:

– объявление интерфейса объекта
проекта (entity);

– объявление архитектуры
(architecture);

– объявление конфигурации
(configuration);

– объявление интерфейса пакета
(package);

– объявление тела пакета
(package body).

Таким
образом, УМК “Моделирование цифровых систем на языке VHDL” может быть
использован в учебном курсе “Основы автоматизации проектирования” для решения
следующих задач:

– исследование и отладка
VHDL-описаний отдельных фрагментов различных систем связи, в первую очередь
подсистем управления, коммутации, учета и управления трафиком ячеек цифровых
сотовых систем радиосвязи в виде конечных автоматов;

– создание и сопровождение
проектных библиотек, содержащих разработанные и отлаженные студентами проектные
модули, описывающие те или иные аспекты реальных цифровых систем;

– создание на основе
иерархических систем VHDL-описаний проектных модулей, отображающих структурные
и поведенческие аспекты соответствующих фрагментов, VHDL-описаний реальных
систем в целом;

– исследование промежуточных
результатов на различных уровнях и этапах разработки технического задания и
эскизного проекта;

– моделирование на VHDL
различных микросхем и микропроцессорных систем.

Это
позволит значительно увеличить степень детализации и повысить достоверность
проектных решений при разработке студентами технических заданий и эскизных
проектов для построения различных систем в конкретных условиях, глубже освоить
инструментарий языка VHDL студентами при отладке VHDL-описаний и моделировании
микросхем и простых микропроцессорных систем, смоделировать участие студентов в
реальном процессе проектирования сложной системы крупным проектным коллективом.

Список литературы

Ильин
В. Н. и др. Автоматизация схемотехнического проектирования.- М.: Радио и связь,
1987.

Морозов
К. К., Одиноков В. Г., Курейчик В. М. Автоматизированное проектирование
конструкций радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.

Системы
автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник/Е.
В. Авдеев и др.; Под ред. И. П. Норенкова.- М.: Радио и связь, 1986.

Карберри
П. Р. Персональные компьютеры в автоматизированном проектировании.-
Машиностроение, 1989.

Разевиг
В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на
ПЭВМ.- Вып. 1-4.- М.: Радио и связь, 1992.

Поляков
А. К. Моделирование цифровых систем на языке VHDL. Учебное пособие/М.: Моск.
энерг. ин-т, 1995.