Повышение качества жизни населения и конкурентоспособности экономики Республики Казахстан посредством прогрессивного развития цифровой экосистемы рассмотренной в Государственной программе «Цифровой Казахстан» на 2017–2020 гг., где особая роль отведена применению цифровых технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Цифровые преобразования в отраслях экономики – развитие цифровой индустрии путем автоматизации транспортно-логистической системы страны, электронной торговли; внедрение цифровых технологий в сфере сельского хозяйства, промышленности; аналитических систем в сфере энергосбережения и энергоэффективности; улучшение систем учета, в настояшее время является актуальной задачей.
В связи с большими темпами развития микропроцессорной техники, становятся доступными все новые и новые возможности реализации многих проектов. Уже не вызывает сомнения то, что в подходах к проектированию микропроцессоров происходят большие изменения, связанные с организацией внутренней структуры. Один из таких относительно новых подходов к реализации отказоустойчивости систем, является программируемые большие интегральные схемы (ПБИС, англ. Programmable big device, PBD далее – ПБИС). ПБИС благодаря своей гибкой структуре, позволяет реализовывать сложные проекты на одном кристалле и проводить многоуровневую верификацию на всех этапах разработки [1], осуществлять оперативную реконфигурацию внутренней архитектуры в процессе их функционирования. Использование ПБИС-систем дает возможность по-новому подойти к решению вопросов резервирования и распараллеливания процессов управления, тем самым совершив переход на новую фазу развития многоверсийных систем (МВС) и технологий (МВТ), обеспечивающих отказоустойчивость информационно-управляющих систем (ИУС) [2].
В этом контексте ПБИС-технология выходит на передний план и становится одним из ключевых элементов концепции построения «системы на кристалле» (System on Chip-SOC) [3]. Новые поколения таких микросхем способны конкурировать со сверхбольшими интегральными схемами (СБИС) как по числу вентилей, производительности и надежности, так и по функциональности. Уже сегодня существуют ПБИС, не требующие внешних средств для хранения и загрузки базовой конфигурации и готовы к работе с момента подачи питания. Таким образом, внедрение концепции «системы на кристалле» является одним из приоритетных направлений развития современной электроники, что по сути, определяет технологию построения электронной аппаратуры будущих поколений.
В настоящее время цифровая электроника базируется на больших и сверхбольших интегральных схемах и применяется в разных отраслях. Актуальной проблемой является определение эффективности существующих ПБИС для инженерных исследований. В связи с этим появляется необходимость разработать экспериментальный стенд для определения эффективности ПБИС. Работа аппаратуры на базе ПБИС, как правило, осуществляется автоматизированным способом, т.е. с участием человека. Поэтому появляется необходимость контроля эффективности функционирования аппаратуры на базе ПБИС.
Проведены моделирование и разработка экспериментального стенда для определения эффективности программируемых больших интегральных схем, что способствует уменьшению трудозатрат, стоимости и повышению надежности при управлении технологией процесса сушки зерна.
Учитывая гибкость проектирования с использованием ПБИС-технологии, становится возможным и удобным не только построение условно-распределенного вычислительного комплекса, но и построение модуля обнаружения неисправности и управления переключением на базе одного кристалла. Это в свою очередь, позволит реализовать аппаратно-управляемое восстановление, которое не будет выходить за рамки кристалла [4].
Экспериментальный стенд предназначен для управления технологией процесса сушки зерна с основами определения эффективности современных электронных модулей на базе микросхем, программируемой логики средней и большой степени интеграции, в котором использованы популярные программируемые логические интегральные схемы фирмы ALTERA семейства CYCLONE. Он оснащен постоянной и оперативной памятью значительного объема, разнообразными интерфейсными каналами, устройствами консольного ввода-вывода, надежной системой электропитания, что позволяет применять его в качестве прототипа при эффективном упаравлении процессами сушки зерна разнообразными электронными модулями, функционирующие на базе ПБИС. Для проектирования, использованы следующие три метода: микроминиатюризация аппаратно-программных вычислительных средств, метод передачи технологических процессов из области аппаратных средств в сферу программного обеспечения, метод интеллектуализации логики процессов противостояния негативным влияниям.
Сравнительный анализ показал преимущества экспериментального стенда для определения эффективности ПБИС, а над стендом для определения эффективности микропроцессорных модулей, именно расширение структуры обеспечения отказоустойчивости и обеспечения широкого охвата ошибок вычислительного процесса на базе кристалла, обеспечения последовательности восстановления типа «остановка – фиксация -перезапуск» и отключение не всего вычислителя, а его частей, являющихся причиной ошибок.
Полученные результаты, позволяют сделать следующие выводы:
1. Показана необходимость новых подходов к созданию экспериментального стенда, использование которого позволит сократить время на определение эффективности ПБИС с одновременным улучшением качества информации для принятия решений.
2. Разработана структурная модель, где показаны достаточные и необходимые ее элементы.
3. Анализ диагностики информации, позволило формализовать процедуры формирования исходных данных для различных типов электронно-цифровых модулей, сообщать по времени и месту подготовку данных и поиск неисправностей.
4. Показана целесообразность применения программно-аппаратного комплекса с неявно заданным множеством обнаруживаемых недостатков и использованием модели эффективного электронно-цифрового устройства, имеющего конечное значение состояний.
5. Обоснована целесообразность использования в качестве базового процессорного модуля стандартной ПЭВМ с подключением аппаратуры через USB.
6. Программное обеспечение позволяет как самому, так и с помощью средств вычислительной техники осуществить целенаправленный процесс выбора рациональных решений по локализации неисправностей и определения эффективности.
7. Разработана методика оценки эффективности диагностической информации, как меры затрат на локализацию неисправности.
8. Применение программно-алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей АЦП и построенных на их основе итерационных алгоритмов в микропроцессорных системах позволит получить более достоверную информацию.
9. Разработана методика программного обеспечения для создания и поддержания единой базы данных по изготавливаемым в серийном производстве ПБИС.
10. Получены экспериментальные данные о возможности появления сбоев при считывании информации, которые показывают записи соответствующих изменяющихся характеристик в процессе эксплуатации аппаратуры на базе ПБИС.
Для определения эффективности ПБИС-технологий, желательно использование лабораторного стенда. Большая гранулярность и высокая гибкость данной технологии, позволяют достигать максимально необходимой элементарности действий, что дает возможность проектировщику эффективно проводить структурирование и распределять ресурсы вычислительного процесса. Таким образом, появляется дополнительная возможность реализации аппаратно-управляемого восстановления, частичной блокировки, маскировки отказавших функциональных блоков на базе ПБИС и их дистанционного перепрограммирования при управлении процессом сушки зерна.
Библиографическая ссылка
Алтаев А.С. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММИРУЕМЫХ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ЗЕРНА // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-4. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18394 (дата обращения: 18.04.2024).