Реферат

Реферат за темою випускної роботи

# Введення

З моменту введення цифрових пристроїв в експлуатацію основним завданням ставиться надійність і ефективність, покладені на ці системи. При проектуванні й реалізації сучасних систем використовуються інтегральні схеми різного ступеня складності й різні складання, що дозволяє виходити на більш якісний рівень, зменшуючи габарити, масу, енергоспоживання й збільшуючи продуктивність. Масовий перехід до використання інтегральних складань зберігає в собі безліч проблем пов'язаних з обслуговуванням, контролем і діагностуванням. У першу чергу це пов'язане з тим, що кількість цифрових систем стрімко збільшується, а ріст кваліфікованого персоналу відбувається значно повільніше. Будь-яка, навіть сама надійна, система може вийти з ладу, і тоді гостро виникає необхідність швидкого й ефективного пошуку й усунення несправності. На даний момент існує безліч систем діагностики від спеціалізованих до систем загального діагностування, і дана область продовжує активно розвиватися. Компанії Teradyne, World Test Systems, Agilent є основними гравцями в області діагностики. Завдання, які ставляться й вирішуються системами діагностики – перевірки системи в цілому (справна або несправна), а також визначення й пошук несправності. Але в кожної із систем діагностування є свої недоліки й переваги. На даний момент вирішальним фактором систем діагностування є не тільки ефективність, але й портативність, і гнучкість системи діагностування в цілому. Широкий розвиток і новий можливості, що відкриваються сучасними Fpga-Технологіями, дає можливість використання їх як систем діагностики, що дозволяє заміщати й витісняти системи, у яких комп'ютер є основним функціонуючим елементом. Можливість використання систем, що вбудовуються, для FPGA дає можливість якісного й спрощеного підходу до створення програмних продуктів. І необхідність розробки методики переносу й адаптації систем, розроблених для ПК, на сучасні FPGA є найбільш актуальною

# Ціль і завдання дослідження

Метою роботи є створення портативний і зручного в експлуатації пристрою зондової діагностики (ЗД) на базі FPGA. Для реалізації поставленої мети в роботі вирішуються наступні завдання:

1. Дослідження Fpga-Технологій проектування КС на системному рівні
2. Дослідження існуючої системи ЗД реалізованої на ПК.
3. Розробка методики адаптації C-Проектів, реалізованих в ОС Windows, під середовище uclinux.
4. Розробка експериментальної системи ЗД на FPGA.

# Наукова новизна

Наукова новизна полягає в розробці методики адаптації C-Проектів, реалізованих в ОС Windows, під середовище uclinux.

# Практична цінність

Завдяки розробленій методиці, з'являється можливість переносу проектів, реалізованих на ПК, на FPGA.

# Практичне значення отриманих результатів

При успішній реалізації поставлених завдань, на основі існуючий системи ЗД реалізованої на ПК в ОС Windows, буде розроблена експериментальна система ЗД на базі FPGA у середовищі ОС uclinux.

# Основний зміст роботи

У першому розділі роботи виконується дослідження Fpga-Технологій проектування КС на системному рівні

Сучасний розвиток Fpga-Технологій відкриває нові можливості й шляху їх застосування. Лідерами в області виробництва ПЛИС є фірма Xilinx і корпорація Altera [4]. Сучасними ПЛИС розробками у фірми Xilinx є Spartan і більш складна й високотехнологічна Virtex [6]. У свою чергу в корпорації Altera – Cyclone, Arria і Stratix. На ринку СНД, найбільш популярні, серед розроблювачів є продукти Xilinx Spartan-3E, Altera DE2 на базі Cyclone II і Altera Nios II Embedded Evaluation Kit на базі Cyclone III [7], тому що вони є відносно недорогими й більш доступні. Для системи ЗД найбільш оптимальної є плата Altera Nios II Embedded Evaluation Kit EP3C25, у зв'язку з наявністю сенсорного дисплея надалі дозволить створити більш наочну й ефективну в експлуатації систему

На базі FPGA можливе використання наступних операційних систем, що вбудовуються: uclіnux, ecos 3.0, RTEMS, Freertos, Erіka Enterprіse. uclіnux - найпоширеніша форма, що вбудовується lіnux [5]. uсlіnux (Mіcrocontroller Lіnux) уперше був портируван на серію процесорів Dragonball 68k в 1998. uсlіnux відрізняється від maіnstream lіnux тем, які не має підтримки MMU (nommu). ecos - відкрита операційна реальний часу. Вихідні тексти проекту поширюються під Gpl- Спільною ліцензією. Одна з відмітних рис ecos - висока портируємість і низьке споживання ОЗУ, а також можливість підтримки 16, 32 і 64-бітних архітектур. RTEMS ( Real-Tіme Executіve for Multіprocessor Systems) - це некомерційна операційна система реального часу, створена на замовлення міністерства оборони США для використання в системах керування ракетними комплексами. Freertos - багатозадачная операційна система реального часу (ОСРВ). Поширюється під модифікованою ліцензією GPL з виключенням, яке дозволяє розроблювачеві привласнити модифікований код операційної системи. Erіka Enterprіse (EE) - RTOS з відкритими кодами, які використовує APІ OSEK/VDX. ЇЇ з безкоштовно згідно з ліцензією GPL+Lіnkіng. Erіka Enterprіse підтримує мультиядерні проекти

З розглянутих операційних систем, що вбудовуються, для реалізації програмної частини була обрана ОС uclinux, у зв'язку з доступністю відкритого вихідного коду, а також готових драйверів і документації [3], що дозволяє ретельно вивчити можливість реалізації систем пошуку несправностей. Також підтримка uclinux багатьма іншими портативними пристроями дозволяє використовувати отриману методику переносу реалізованих під ОС Windows проектів не тільки для FPGA, але й для інших портативних пристроїв підтримуючих uclinux.

У другому розділі проводиться дослідження існуючої системи ЗД реалізованої на ПК.

Для адаптації під uclinux буде використана система ЗД AUTO PROBE створена на кафедрі ЕОМ. На пристрій алгоритмічної обробки системи ЗД покладені функції: [1]

• алгоритми пошуку несправності;
• підказки із вказівками установки зонда для пошуку;
• обробку інформації отриманої від об'єкта діагностики;
• ведення бази даних;
• генерацію псевдовипадкових і детермінованих тестів.

Функції контрольно-діагностичної апаратури:

• генерація детермінованих, псевдовипадкових і комбінованих тестів об'єкта діагностики (ОД);
• обробка тестових реакцій на зовнішніх виходах ОД;
• обробка тестових реакцій із внутрішніх контрольних крапок ОД;
• керування синхронізацією ОД;
• з'єднання з органами керування й індикації зонда;
• з'єднання ОД з ПЕОМ.

Структурна схема пристрою ЗД із інтегрованими функціями контрольно-діагностичної апаратури наведена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Структура системи пристрою ЗД без використання контрольно-діагностичної апаратури

Структура ПО пристрої ЗД наведена на рисунку 2.

Рисунок 2 – Структура ПО системи ЗД

Основні блоки системи ПО:

• ПЗОД - блок задання ОД;
• ПГТ - блок генерації тестів;
• ППН - блок пошуку несправностей

Введення вихідних даних об'єкта діагностики здійснює блок ПЗОД. Блок ПЗОД заснований на базі САПР Orcad і включає два основні модулі: [10]

1.) Capture - призначений для введення вихідного опису ОД у вигляді електричної принципової схеми;
2.) Pspіce - призначений для імітаційного моделювання ОД по нього принципової електричної схемі
Бази даних ТЭЗ, ИМС і ЕТР будуть сформовані після роботи ПЗОД.

Блок ПГТ використовується для генерації верификационных і діагностичних (контролюючих) тестів ТЭЗ, які будуть використані на етапі верифікації логічної моделі ОД і в процесі діагностування несправностей ОД

ПГТ складається із трьох основних модулів:

1) EDІ2GL - виконує побудова моделі ОД на вентильному рівні;
2) TGM - виконує генерацію лінійних і нелінійних псевдовипадкових послідовностей, а також детермінованих тестів;
3) FAULTSІ - виконує моделювання всіляких несправностей ОД на заданому тесті й визначає його повноту

Підсистема пошуку несправностей об'єкта діагностики (ППН) - призначена для пошуку несправностей ОД на базі тестового забезпечення, підготовлених підсистемами ПЗОД і ПГТ.

ППН складається й трьох основних модулів:

1) МП ГПН - модуль побудови ГПН.
2) Менеджер пошуку несправностей (МПН) - управляє процесом зондування й здійснює діалог спользователем.
3) Модуль керування контрольно-діагностичної апаратури (МУ КДА) - виконує завантаження в ПК тестових впливів, ухвалює тестові реакції від ПК і УЗ, виконує обмін даними між СПСТ і ПК, порівнює прийняті тестові реакції з еталонними. Також повідомляє користувача про несправності ОД

У третьому розділі розглянуті основні моменти, які слід урахувати при розробці методики адаптації C-Проектів, реалізованих в ОС Windows, під середовище uclinux.

Для розробки методики адаптації необхідно розглянути основні можливості ОС uclinux, а також відмінності від ОС Linux.

Середовище проектування в ОС uclinux складається з хост-комп'ютера й цільової системи. [2] Хост-Система використовується для компіляції й вилученого налагодження, а цільова для додатків і тестування. Дане співвідношення наведене на рис. 3

Рисунок 3 – Середовище проектування
(Анімація. Кількість кадрів - 8, циклів повторення - 5, розмір - 8 447 байт)

Основна відмінність від повноцінного Linux пов'язане з відсутністю в uclinux вбудованої апаратній підтримки керування пам'яттю у вигляді MMU, у результаті чого OС і додатки відображаються в ту саму пам'ять [8].

Для підтримки uclinux у пристроях необхідні деякі компроміси:

• немає реального захисту пам'яті (помилковий процес може повністю порушити роботу системи) [9]
• не підтримується системний виклик fork
• тільки простої виділення пам'яті

# Висновки

У даній роботі розглянуті можливості й актуальність використання Fpga- Технологій як систем діагностування. Були сформульовані основні завдання й шляху їх досягнення. Зроблений огляд існуючих операційних систем, які можливо використовувати в системі портативної ЗД. До систем установлені вимоги: підтримка систем, які вбудовуються, і можливість роботи на Fpga-Пристрої. Із усіх варіантів, які задовольняють вимогам, обрана ОС uclinux. Платформою для реалізації системи ЗД було обрано пристрій Altera Nios II Embedded Evaluation Kit EP3C25. Досліджена існуюча система ЗД AUTO PROBE, на основі якої планується реалізації системи діагностування на базі FPGA.

# Список літератури

1. Основы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. П.П. Пархоменко. - М.: Энергия,1986. - 464 с.
2. Руководство користувача Altera Nios® II Embedded Evaluation Kit EP3C25 - http://www.altera.com/literature/ug/niosii_eval_user_guide.pdf
3. Руководство з налаштування ядра uClinux и прошивке на плату - http://www.slscorp.com/LG/bsp/ug_uclinux_neek_bsp_1.5.pdf
4. Поляков А.К. Языки VHDL и VERILOG в проектировании цифровой аппаратуры. – М.: СОЛОН-Пресс, 2003. – 320с.
5. Raghavan P., Embided Linux System Design and Development. – NewYork, 2006 – 429 с.
6. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы XILINX®. – М. Горячая линия – Телеком, 2006. – 520 с., ил.
7. Д.А. Комолов, Р.А. Мяльк, А.А. Зобенко, А.С. Филиппов,  Cистемы автоматизированного проектирования фирмы Altera - MAX+PLUS II и QUARTUS II. – М.: ИП Радио СОФТ, 2002 – 352 с.: ил.
8. ОС Linux Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/Linux
9. Офіційний сайт розроблювачів uСlinux - http://www.uclinux.org/
10. Горяшко А.П. Синтез диагностируемых схем вычислительных устройств. - М.: Наука, 1987. - 288 с.