Внимание! Данный реферат относится к еще не завершенной работе. Примерная дата завершения: Июнь 2017 г. Обращайтесь к автору после указанной даты для получения окончательного варианта

Введение

В настоящее время наблюдается тенденция создания библиотек VHDL-программ, реализующих те или иные аппаратные решения. Данные библиотеки позволяют многократно использовать удачные решения или модифицировать их с учетом новых задач. Эти библиотеки доступны как в различных САПР, так и на web-порталах. Синтаксические и семантические особенности VHDL–программ напрямую зависят от источника, из которого данные программы попадают в библиотеку. Таким образом, возникает необходимость классифицировать существующие источники знаний (библиотеки программ), с целью последующего их использования для создания баз знаний экспертных систем (БЗ ЭС). Кроме того, важно учитывать уровень способности проектировщика помочь инструментальной оболочке в процессе создания БЗ, учитывая при этом градации его квалификации, что позволило бы эффективно адаптировать инструментальный комплекс на специфику условий извлечения методики.

В качестве целей данной работы рассматриваются следующие задачи:

выполнить анализ существующего уровня автоматизации генерации VHDL-программ в существующих САПР;

классифицировать существующие возможные источники знаний о методиках проектирования VHDL-программ, заданные как набор прецедентов (библиотеки, программы и т.п.), которые могут быть использованы для создания БЗ ЭС, способной генерировать VHDL–код по техническому заданию пользователя;

определить уровни квалификации «глупого» эксперта и его возможности в наполнении БЗ;

ввести оценки эффективности функционирования БЗ, соответствующей требуемой методике проектирования некоторого типа изделия.

Поэтому разработчики ИСППР нуждаются во всесторонней поддержке. Им нужны информация об имеющихся методах принятия решений, средствах и технологиях разработки СППР, а также набор реализованных методов, которые они могли бы встраивать в свои системы. В лаборатории искусственного интеллекта ИСИ СО РАН ведется разработка таких средств поддержки. Создается онтология задач и методов ППР, которая является концептуальной основой для систематизации информации о них и для интеграции методов в создаваемых ИСППР. На основе онтологии разрабатывается репозитарий, содержащий готовые к использованию МППР.

Метод рассуждений на основе прецедентов (CBR — Case Base Reasoning) активно используется при создании ИСППР в самых разных предметных областях. Его популярность объясняется интуитивно понятной сутью, схожестью с рассуждениями человека при решении новой задачи.

Представленная магистерская диссертация выполнялась в рамках создания вышеупомянутых средств всесторонней поддержки разработчиков ИСППР и посвящена разработке метода принятия решений на основе прецедентов для интеллектуальной ИСППР.

1. Актуальность темы

Большенство существующих САПР относятся к классу проблемно — ориентированных графических редакторов практически лишенных каких—либо методов автоматизации построения требуемых решений. В большенстве случаев он и предпологают ручное построение и сохранение готовых решений в некоторое библиотеке. Таким образом актульной является задача построения интеллектуальной настройки над данной библиотекой которая позволяла бы проектировщику выбирать требуемемые ему решения по его структурным особенностям.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью данной магистерской работы является разработка методов и средств поддержки разработчиков СППР, использующих рассуждения на основе прецедентов и были поставлены следующие задачи:

1. Выполнить анализ существующего уровня автоматизации генерации VHDL—программ в существующих САПР;[2]
2. Классифицировать существующие возможные источники знаний о методиках проектирования VHDL–программ, заданные как набор прецедентов (библиотеки, программы и т.п.), которые могут быть использованы для создания БЗ ЭС, способной генерировать VHDL—код по техническому заданию пользователя;
3. Определить уровни квалификации «глупого» эксперта и его возможности в наполнении БЗ;
4. Ввести оценки эффективности функционирования БЗ, соответствующей требуемой методике проектирования некоторого типа изделия.

Научная новизна Методы обобщения существующих решений в форме И—ИЛИ дерева с дополнительными признаками указывающими на принадлежность тот или иной группы связей на принадлежность к некоторому решению. Методы организации вывода, т.е. получение требуемого решения по его структурным особенностям на освнове данного И—ИЛИ дерева.

Практическая значимость Программный инструментальный комплекс для построения интеллектуальных настроек синтеза требуемых решений, адаптируемые на базовый САПР и язык программирования Используемый в нем для представления решений

3. Обзор исследований и разработок

Следует отметить, что существуют различные интеллектуальные средства автоматизации формирования VHDL, Verilog, SystemC — модулей. Так, в САПР Active-HDL имеются такие инструменты, как Language Assistant (языковой помощник) и IP Core Generator (генератор интеллектуальных блоков—ядер). Языковой помощник содержит некоторое множество шаблонов типовых конструкций языков HDL, из которых можно создавать исходный код, не вникая в тонкости используемого языка.

Однако, Language Assistant позволяет генерировать только основную структуру шаблона и не дает возможность задавать входные и выходные порты, но есть возможность сделать шаблон диалоговым.

3.1 Обзор международных источников

1) Active-HDL — среда разработки, моделирования и верификации проектов для программируемых логических интегральных схем, разработанная фирмой Aldec. Первая версия программы вышла в 1997 году.

Программа позволяет вводить устройства с помощью языков описания аппаратуры, а также с помощью структурных схем. Изначально программа поддерживала только язык VHDL, но со временем добавилась поддержка языков Verilog и SystemC. С помощью программы можно графически проектировать конечные автоматы, а также конвертировать HDL описание в графические структурные схемы и обратно.

Программа снабжена мощным ядром моделирования. Поддерживается совместная работа с программами MatLab и Simulink[3]

2) IP cores (IP-ядра, от англ. Intellectual Property — интеллектуальный продукт. Также IP-блоки, сложные функциональные (СФ) блоки; также англ. virtual components, VC — виртуальные компоненты) — готовые блоки для проектирования микросхем (например, построения систем на кристалле).

Различают 3 основных класса блоков:

программные IP-блоки (англ. soft blocks) — блоки, специфицированные на языке описания аппаратуры.

схемотехнические блоки (англ. firm blocks) — блоки, специфицированные на схемотехническом уровне, без привязки к конкретной топологической реализации.

физические (топологические) блоки (англ. hards blocks) — блоки, специфицированные на физическом уровне реализации СБИС, например, GDSII для ASIC.

3.2 Обзор национальных источников

АТ-технология [4] — анализируются состояние и тенденции развития современных инструментальных средств для разработки динамических экспертных систем. Приводится описание архитектуры и функциональных возможностей уникального отечественного инструментария для поддержки построения интегрированных экспертных систем — комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ. Рассматриваются новые возможности комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ, связанные с построением динамических интегрированных экспертных систем.

3.3 Обзор локальных источников

В ДонНТУ проектированием программных средств для вычислительной техники занимается углубленно А.В. Григорьевв.

В его работе рассматриваются вопросы поиска новых решений в специализированной оболочке для построения интеллектуальных САПР. Описывается специфика процесса поиска новых решения, связанная с используемой моделью САПР и выбранным методом представления знаний. Проводятся аналогии с эволюционным моделирование, рассматриваются общие и отличные черты.

В совместной статье А.В. Григорьева и Д.А. Грищенко [5] выполнен анализ существующего уровня автоматизации генерации VHDL-программ, приведена классификация источников знаний (библиотек программ), определены уровни квалификации «глупого» эксперта, предложены оценки эффективности функционирования базы знаний, соответствующей требуемой методике проектирования некоторого типа изделия.

4. Основные концепты СППР

Краткий анализ существующих ПВЛ. Выполним краткий обзор типичных современных ПВЛ. Целью обзора будет анализ состояния и тенденций развития ПВЛ, анализ существующих ПВЛ с точки зрения возможности решения задач, востребованных в КМ САПР решения типичных задач проектирования. Типичная временная логика есть система продукций, построенных эвристическим, экспертным путем. Основа для построения временной логики — это экспертные знания, опыт инженера познаниям или эксперта в предметной области о возможных событиях и их причинно-следственных связях. Цель вывода, в этом случае, есть некоторое реальное актуальное событие. Результат вывода — это прогноз развития событий. Пространственная логика обычно предназначена для построения экспертных систем управления движением объектов в пространстве. Продукции, управляющие движением, идентифицируют ситуацию, возникающую в текущий момент времени с учетом пространственных, структурных, топологических свойств объекта или ряда его взаимосвязанных подобъектов. Идентификация ситуации позволяет базе знаний предложить действия по управлению ситуацией путем изменения структурных, топологических свойств системы взаимосвязанных объектов, т.е. дать рекомендации — куда, кому и как двигаться. В целом ПВЛ могут быть отнесены к классу псевдофизических логик. Рассмотрим классификацию существующих ПВЛ.

Псевдофизические логики (ПФЛ) [6] относятся к дедуктивным системам и предназначены для отражения в правилах вывода конкретных знаний о свойствах отношений в различных предметных областях. Приставку «псевдо» данные логики получили из-за использования в правилах вывода субъективных особенностей восприятия мира человеком — экспертом. Рассматривают ряд объектов, являющихся неизменной частью логики, и ряд изменяемых отношений между объектами. По типам отношений различают логики времени, логики пространства, логики действий, каузальные логики — учитывающие причины и следствия и.д. В процессе вывода ПФЛ используют топологические или метрические шкалы для задания отношений между фактами. Система ПФЛ подразумевает ряд связей между отдельными логиками.

ПФЛ ориентированы на решение трех типов задач:

Пополнение базы описаний ситуаций в системе, используя и корректируя имеющиеся знания об объекте управления, включая предыстории управления и законы управления объектом;

Проверка достоверности представлено описания ситуации, т.е. выявление противоречий в описании и проверка совместимости описания с информацией, накопленной ранее в системе;

Формирование необходимых управляющих решений или проверка возможности реализации желаемого управляющего воздействия.

Уровни квалификации глупого эксперта

Общая квалификация экспертов в предметной области, выступающих в роли инженеров по знаниям, была описана в работе [7]. В данном исследовании рассматривается режим «глупого» эксперта, который не может самостоятельно формировать БЗ и перекладывает эту проблему на инструментальную систему, т.е. пользователь не в состоянии сформировать набор правил, составляющих методику проектирования, и не в состоянии организовать диалог ввода параметров желаемого устройства. С большой долей уверенности можно отметить, что большинство пользователей САПР относится именно к этому классу экспертов в инженерии знаний.

Классифицируем экспертов, «глупых» с точки инженерии знаний, но уже с точки зрения знания языка VHDL, т.е. оценим квалификацию и уровень подготовки эксперта как проектировщика в данной предметной области. С этой точки зрения эксперт может иметь такие уровни квалификации:

хорошо знать язык VHDL (умный);

плохо знать язык VHDL (средний);

вообще не знать язык VHDL (глупый).

Данная классификация рассматривает уровни квалификации эксперта с точки зрения владения методами и инструментальными средствами языка VHDL, а так же — с точки зрения наличия и уровня реализации его собственных разработок, т.е. VHDL-программ.

Классификация источников библиотек программ

Рассмотрим существующие источники библиотек-программ. Это может быть:

пользовательские программы, написанные вручную, которые сам пользователь может характеризовать и складывать в структуру, отражающую его личную библиотеку;

полученные путем автоматической перекодировки в язык VHDL из наборов решений, подготовленных пользователем в САПР как модели структур (САПР типа OrCAD);

библиотечные программы, предоставляемые пользователю в тех же САПР (сам САПР VHDL) для создания своих решений;

сгенерированные пользователем существующими в САПР генераторами или мастерами в процессе создания своих решений.

Т.е. библиотеки программ можно классифицировать следующим образом: написанные вручную, перекодированные, подготовленные, сгенерированные.

Кроме того, множество библиотечных программ, которыми располагает пользователь и на основе которых строится база знаний ЭС, может иметь различную мощность по числу программ:

программа может быть одна;

их может быть много.

Библиотечные программы, независимо от их числа, могут иметь различную иерархию структуры модулей, отличаться числом типов используемых модулей, глубиной вложенности блоков.

Данные условия в своей совокупности могут определять, достаточна ли мощность предлагаемой библиотеки программ для создания полноценной БЗ или - не достаточна.

Данные условия могут рассматриваться как специфические требования в условиях, в которых создается база знаний, и по существу является аспектом проблемной адаптации инструментальной оболочки для создания интеллектуальной САПР.

Оценки эффективности функционирования базы знаний

Определим меры оценки эффективности возможного уровня автоматизации функционирования уже готового САПР для различных уровней квалификации, а также количества и сложности программ, предоставляемых для обучения. Предлагаются следующие оценки:

Уровень полноты — число автоматически функционирующих модулей знаний, формирующих устройства того либо иного типа по отношению к общему числу типов, используемых в заданной проектной задаче; возможные оценки: низкий процент, средний, высокий процент;

Уровень автоматизации функционирования единичного модуля знаний, который характеризуется числом и типами параметров, привлекаемых для синтеза данного типа изделий в рамках модуля знаний; возможные оценки: слабый (параметров мало и не все они имеют смысл), средний (большинство параметров имеют реальный смысл и число параметров среднее), хороший (число параметров максимально возможное, все они имеют смысл).

Рассмотрим, для примера, некоторые возможные оценки качества БЗ, исходя из условий создания БЗ и возможных методов автоматизации построения базы знаний как системы модулей знаний, связанных с различными типами блоков.

Библиотека VHDL-программ может иметь вид:

Одна программа, написанная вручную; можно выявить структуру программы как иерархию вложенных структурных блоков, т.е. онтологию программы (в подрежиме «умного» глупого эксперта);

Много программ, написанных вручную; это путь создания полноценной БЗ; т.е. — на выходе можно получить:

систему полноценных модулей знаний (в подрежиме «умного» глупого эксперта); достигается полнота целевого пространства систем и пространства обликов систем (ЦПС/ПОС), полнота модели, проектной процедуры; обеспечивается наличие системы вложенных модулей;

система упрощенных модулей знаний (в подрежиме «глупого» глупого эксперта);

Полный набор возможных условий создания базы знаний и ее оценки качества в рамках предложенной классификации приведен в таблице 1.

Таблица 1 — Влияние условий создания на качество БЗ

Выводы

В работе выполнен анализ существующего уровня автоматизации генерации VHDL-программ в существующих САПР, проведена классификация существующих возможных источников знаний, определены уровни квалификации «глупого» эксперта и его возможности в наполнении БЗ, определены оценки эффективности функционирования базы знаний, соответствующей требуемой методике проектирования некоторого типа изделия.

Таким образом, возникает необходимость создания инструментальной оболочки для наполнения БЗ ЭС путем извлечения методик проектирования из набора прецедентов в разных условиях квалификации эксперта и имеющихся источников знаний (библиотек программ). Построение такого рода оболочки позволили бы существенно повысить эффективность процесса проектирования VHDL-программ обычными пользователями, т.е. — проектировщиками.

Список источников

1. Методы построения модульной базы знаний, методик проектирования средств вычислительной техники по набору прецедентов [Электронный ресурс] : Материал из Википедии — свободной энциклопедии : Версия 53436483, сохранённая в 22:29 UTC 13 марта 2016 / Авторы Википедии // Википедия, свободная энциклопедия. — Электрон. дан. — Сан‑Франциско: Фонд Викимедиа, 2013.
2. Нейман Дж.проектирования средств вычислительной техники по набору прецедентов // Шеннон К.Э. , Маккарти Дж. Автоматы Сборник статей. — Пер. с англ. — М.: Издательство иностранной литературы, 1956. — 403 с.
3. Active—HDL
4. Витяев Е.Е., Перловский Л.И., Ковалерчук Б.Я., Сперанский С.О. Автоматизирование построение принятия решений //  2011, том 5, № 1.
5. Анализ средств автоматизации построения VHDL—программ.
6. Псевдофизические логики. Студопедия.
7. Анализ средств реализации VHDL—программ. Авторы: Григорьев А.В. и Грищенко Д.А.