В настоящее время происходит автоматизация процессов во всех сферах знаний окружающего мира. В некоторых областях применения эта автоматизация сводится к написанию программного обеспечения для персонального компьютера, но в большинстве случаев требует создания специализированных ЭВМ. Как видно из рисунка 1, специализированная ЭВМ состоит из двух основных частей: управляющий автомат (УА) и операционная часть (ОА). В функции УА входит формирование управляющих сигналов на основе некоторого алгоритма для ОА.
Алгоритм управления системы задаётся кодом управления, поступающим в УА из внешней среды. Алгоритм управления ОА называется микропрограммой и реализуется управляющим автоматом. Одной из основных проблем при создании специализированной ЭВМ является поиск компромисса между быстродействием, стоимостью и универсальностью УА. Также немаловажным является время проектирования и реализации схемы УА.
Для создания цифровых систем в настоящее время в качестве аппаратного базиса используется широкий спектр программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Этот базис находит применение в системах вычислительной техники и цифровой автоматики, позволяя значительно повысить такие характеристики устройств, как надежность, быстродействие, степень интеграции. Возможность программирования внутренней структуры ПЛИС позволяет строить реконфигурируемые системы. Как известно, УА с жесткой логикой выигрывают по быстродействию перед автоматами с программируемой логикой, но имеют жесткую структуру и не могут быть изменены. ПЛИС позволяют заменить все устройство сконфигурированное на микросхему. Т.о. появляется возможность создавать перепрограммируемые УА с жесткой логикой.
Одним из недостатков УА с жесткой логикой является трудоемкость проектирования. Снизить человеческие затраты при создании УА может система автоматизированного проектирования (САПР).
В недавних исследованиях было предложено 4 архитектуры автомата Мили на счетчике, удобные для реализации в базисе FPGA: PC1R1, PC1R2, PC1R3, PC1R4. Первым шагом при синтезе таких структур автомата является разбиение ГСА (пример ГСА представлен на рис. 2) на линейные последовательности состояний (ЛПС). Эти разбиения различны и их принято называть ЛПС1, ЛПС2, ЛПС3, ЛПС4 соответственно.
С теоретической точки зрения структура PC1R1 по быстродействию и аппаратурным затратам мало отличается от обычного автомата Мили на регистре и ее дальнейшие исследования нецелесообразны. В САПР будет заложен синтез трех остальных архитектур автомата Мили.
Целью работы является автоматизация синтеза УА Мили для последующей реализации на ПЛИС с архитектурой FPGA и исследование их характеристик.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели в процессе исследований необходимо:
1. Выполнить анализ существующих структур УА Мили и выделить наиболее подходящие для последующей реализации в базисе FPGA.
2. Разработать алгоритмы поэтапного синтеза УА Мили.
3. Разработать САПР автоматов Мили.
4. Исследовать с помощью разработанной САПР время проектирования автомата Мили, зависимости между оптимальной структурой автомата и характеристиками исходной граф-схемы алгоритма.
Методы исследований. В процессе исследований применялись и будут применяться в дальнейшем: формальный аппарат теории конечных автоматов, теории множеств, булевой алгебры и прикладной комбинаторики, теории вероятностей и теории графов.
определяется следующими положениями:
1. Алгоритм разбиения ГСА на ЛПС4 для реализации УА Мили на счетчике архитектуры PC1R4.
2. Алгоритм разбиения ГСА на ЛПС2 для реализации УА Мили на счетчике архитектур PC1R2 с использованием разбиения на ЛПС4.
3. Доказательство применимости алгоритма разбиения на ЛПС2 к транспонированной ГСА для последующей реализации архитектуры автомата PC1R3.
В процессе работы предполагается создание САПР автоматов Мили и некоторые исследования с ее помощью. Дальнейшее использование САПР возможно по нескольким направлениям: продолжение научных исследований, использование в учебном процессе, использование при проектировании реальных цифровых устройств, дальнейшая доработка и использование в системах решения адаптивных задач.