chuyên đề công nghệ phần mềm PTIT chuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTIT chuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTITchuyên đề công nghệ phần mềm PTIT
BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI TẬP LỚN XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHÚNG Đề tài : Specification and Design of Embedded Hardware and Software systems Giảng viên: Sinh H.T.Cước viên thực hiện: Nguyễn Văn Khiêm B17DCCN345 Trần Quang Lực Lê Việt Anh B17DCCN405 B17DCCN021 Nguyễn Duy Quang B17DCCN512 HÀ NỘI – 24/5/ 2021 Nội dung A Khái quát chung B Đặc điểm kỹ thuật thiết kế phần cứng-phần mềm hệ nhúng .3 Nắm bắt thông số kỹ thuật Tìm hiểu Tinh chỉnh đặc điểm kỹ thuật Tổ hợp phần mềm Tổ hợp phần cứng Giả lập đồng giả lập A Khái quát chung: Hệ thống nhúng (tiếng anh embedded system) thuật ngữ để hệ thống có khả tự trị nhúng vào môi trường hay hệ thống mẹ Đó hệ thống tích hợp phần cứng phần mềm phục vụ toán chuyên dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp, tự động hố điều khiển, quan trắc truyền tin Hệ thống nhúng trở nên phổ biến năm gần Ví dụ bao gồm kiểm sốt hành trình tự động, hệ thống phun nhiên liệu, lái máy bay tự động, sản phẩm viễn thơng, xử lý truyền hình tương tác, thiết bị chuyển mạch mạng, lấy nét video, điều khiển robot nhiều thiết bị y tế InXử lý TV tương tác Audio_in Audio_out Hệ thống tương tựVideo_in Av_cmd Video_out Hệ thống tương tự Hệ thống kỹ thuật số Video Audio+ commands '"" AudioVideo Keypad receiver IC I Bo mạch I C máy hệ thống xử tính lý TV tương tác (ITVP) cho cổng sup đa phương tiện tương tác I B Đặc điểm kỹ thuật thiết kế phần cứng-phần mềm hệ nhúng: Nắm bắt thông số kỹ thuật Tìm hiểu Tinh chỉnh đặc điểm kỹ thuật Thiết kế phần mềm phần cứng Thiết kế vật lý Nắm bắt thông số kĩ thuật Bao gồm ba nhiệm vụ con: tạo mơ hình, tạo mơ tả mơ 1.1 Tạo mơ hình Để định chức hệ thống, trước tiên phả phân rã chức hủy ghi lại mối quan hệ mảnh Ví dụ: phân hủy chức ITVP thành chức lưu trữ video, lưu trữ âm thanh, tạo video tạo âm Có nhiều mơ hình để mơ tả chức hệ thống + Một biểu đồ luồng liệu + Hai máy trạng thái hữu hạn (FSM), + Ba truyền đạt quy trình (CSP) + Thứ tư, máy trạng thái chương trình (PSM), Khơng có mơ hình lý tưởng cho tất lớp hệ thống Mơ hình FSM phù hợp cho hệ thống khơng thực tính tốn phức tạp phải đáp ứng với chuỗi phức tạp kiện bên ngồi Mơ hình CSP phù hợp cho hệ thống thực chuyển đổi liệu phức tạp Mô hình PSM theo nhiều cách phụ thuộc vào mơ hình FSM CSP, phù hợp khơng cho hệ thống thống trị kiểm soát mà cho hệ thống thống trị liệu ứng dụng phần mềm mềm 1.2 Tạo mô tả Việc lựa chọn mơ hình yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả hiểu xác định chức hệ thống trình đặc tả Khi chọn mơ hình thích hợp, chức hệ thống phải nắm bắt đặc tả chức Một đặc điểm kỹ thuật nắm bắt nhiều ngơn ngữ khác Một đặc tả chức dễ dàng tạo có tương ứng 1-1 đặc điểm mơ hình cấu trúc ngơn ngữ Nếu ngôn ngữ cấu trúc không tồn cho đặc tính cụ thể, phải áp dụng số nỗ lực để sử dụng tập hợp cấu trúc mơ tả đặc điểm đó, dẫn đến mơ tả dễ đọc hơn, có nhiều lỗi chức Đặc điểm hệ thống nhúng Trạng thái Ngôn ngữ Hành vi Chuyển tiếp Cấp bậc N p VHDL Verilog Hardware( CSP Statecharts SDL Silage Esterel SpecCharts Hành vi Chương trình Đồng thời s Cấu trúc Ngoại lệ hoàn thành s s N s s s N N p s s s N s s s N N s s s N s s p s N N N/A N/A s N/A N/A N s s s s s s s s s s N s N/A s s s s Tìm hiểu Với đặc điểm kỹ thuật chức hệ thống, nhà thiết kế phải tạo thiết kế cấp hệ thống thành phần kết nối với nhau, thành phần thực Một phần đặc điểm kỹ thuật Khả chấp nhận thiết kế phụ thuộc vào mức độ thỏa mãn ràng buộc số liệu thiết kế hiệu suất, kích thước, cơng suất chi phí Đánh giá thời gian cơng sức thiết kế thời gian nỗ lưc đáng kể Bằng cách sử dụng thơng số kỹ thuật thức, tự động khám phá nhanh chóng số lượng lớn thiết kế tiềm Việc khám phá liên quan đến bốn toán phụ thuộc lẫn nhau: phân bổ, phân vùng, chuyển đổi ước lượng 2.1 Cấp phát Là vấn đề tìm kiếm tập hợp thành phần hệ thống để thực chức hệ thống Chúng bao gồm đa dạng vi xử lý, vi điều khiển, FPGA, xử lý song song xử lý hướng dẫn ứng dụng cụ thể phát triển Ngoài ra, hàng trăm thành phần thiết kế trước thực chức cụ thể có sẵn… Chúng ta mơ tả đặc điểm thành phần tập cấu trúc, khối mơ tả tham số hóa, số lượng đối tượng phần cứng Các xử lý mục đích chung phân loại tập lệnh Bất kỳ phần thông số kỹ thuật thực với vi xử lý phải chuyển đổi thành chuỗi hướng dẫn Nhiều mục đích đặc biệt com, chẳng hạn đa số dấu phẩy động, phép biến đổi Fourier điều khiển OMA 2.2 Phân vùng - Phân vùng cấu trúc, hệ thống triển khai lần với chốt cấu trúc chi tiết mới, chẳng hạn cổng, điểm nối ob sau phân vùng số thành phần tùy chỉnh Mặc dù dễ dàng tự động hóa, cách tiếp cận khơng khơng xem xét việc triển khai phần mềm - Phân vùng chức năng, chức hệ thống khác trước tiên phân vùng thành nhóm chức năng, nhóm gán cho thành phần hệ thống Mỗi nhóm sau triển khai dạng phần mềm (cho thành phần xử lý) dạng phần cứng (đối với thành phần ASIC) Khi phát triển kỹ thuật phân vùng chức năng, phải xem xét số vấn đề - Chúng ta phải xác định mức độ chi tiết đối tượng - Chúng ta phải chọn số thiết kế sử dụng để tạo phân vùng tốt - Chúng ta phải chọn số thiết kế sử dụng để tạo phân vùng tốt - Dùng đối tượng chức - Chúng ta cần thuật toán phân vùng 2.3 Chuyển đổi Thủ tục nội tuyến quy trình hợp ví dụ phổ biến phép biến đổi hư cấu cụ thể Một chuyển đổi tổ chức lại đặc tả cụ thể, thay đổi tổ chức hành động tiếp Các biến đổi khác bao gồm tham gia hệ thống phân cấp, quy trình chia tách, nhóm câu lệnh thành thủ tục hợp biến thành mảng 2.4 Ước tính Chúng ta mơ tả phương pháp ước tính số phổ biến kích thước phần cứng, kích thước phần mềm hiệu suất Như thấy, kích thước phần mềm /phần cứng kỹ thuật ước tính hiệu suất khơng hồn tồn xác ánh xạ mô tả hành vi vào phần cứng phần mềm không đơn giản (1-1) Sự phức tạp giới thiệu cách tối ưu hóa trừu tượng khác cấp độ Kích thước phần cứng tập hợp chức định ước tính cách tổng hợp gần điều khiển đường dẫn liệu để triển khai chức đó, để dự đốn giảm mã nâng cao hiệu suất tối ưu hóa Kích thước phần mềm nhóm chức định ước tính cách biên dịch chức thành tập lệnh xử lý định Nói chung, ước tính sơ cần thiết trình thiết kế hệ thống Tinh chỉnh đặc điểm kỹ thuật Kết hợp phong cách triển khai chi tiết mà chọn Để tạo mô tả cấp hệ thống, trước tiên phải thêm số chi tiết vào chức năng, bao gồm chi tiết liên quan đến ký ức, giao diện tùy chọn 3.1 Bộ nhớ Trong giai đoạn nghiên cứu thiết kế hệ thống, nhóm biến để lưu trữ nhớ cụ thể Mỗi q trình khơng cịn truy cập trực tiếp biến 3.2 Giao diện Chức phân vùng thành phần hệ thống thường đưa nhu cầu giao tiếp liệu thành phần Ví dụ, đặc tả bao gồm hàm đọc biến Nếu hàm biến gán cho thành phần khác nhau, giá trị biến phải chuyển qua bus Việc bổ sung chi tiết đặc tả mô tả giao tiếp thành phần gọi giao diện Giao diện liên quan đến số vấn đề: tạo kích thước bus, tạo giao thức khớp giao thức 3.3 Phân xử Khi trình thực thi đồng thời truy cập vào tài nguyên, chẳng hạn bus nhớ, chúng tơi cần đảm bảo có tiến trình truy cập tài ngun thời điểm định Trọng tài giải yêu cầu truy cập đồng thời cách cấp quyền cho quy trình thời điểm Có hai loại chương trình để xác định quyền ưu tiên trình phân xử Lược đồ ưu tiên định mức độ ưu tiên cho quy trình tĩnh; ưu tiên quy trình khơng thay đổi Lược đồ ưu tiên động xác định mức độ ưu tiên quy trình thời điểm chạy, dựa kiểu truy cập quy trình 3.4 Quá trình sinh Chúng ta cần tái lập biểu tượng đặc tả chức thành mô tả cấp hệ thống Khi làm vậy, phải đảm bảo mô tả đọc được, sửa đổi, mơ-đun hóa, nhà thiết kế khác triển khai phần khác Chúng ta phải đảm bảo mô tả phù hợp để xử lý thêm công cụ tổng hợp biên dịch Cuối cùng, phải đảm bảo mơ tả mơ được, để chúng tơi tiếp tục xác minh chức hệ thống Tổ hợp phần mềm Mô tả cấp hệ thống thường sở hữu tính phức tạp khơng có lập trình truyền thống ngơn ngữ, chẳng hạn ngơn ngữ C Một trình biên dịch điển hình thường khơng thể biên dịch tính Phần mềm tổng hợp nhiệm vụ chuyển đổi mô tả phức tạp thành chương trình phần mềm truyền thống biên dịch trình biên dịch truyền thống Tổ hợp phần cứng Sau tạo mô tả cấp hệ thống tinh chỉnh, phải tạo tổng hợp phần cứng để phần mô tả thực thành phần tùy chỉnh Tổng hợp phần cứng kết hợp tổng hợp cấp cao, tổng hợp tuần tự, tổng hợp logic ánh xạ công nghệ Mô đồng mô Ngày nay, mô kỹ thuật xác minh phổ biến Mơ hữu ích khơng để xác minh đặc điểm kỹ thuật chức ban đầu mà cịn để xác minh mơ tả ký hiệu chi tiết tạo suốt trình thiết kế Đặc biệt, phải đảm bảo chức thiết kế phù hợp với đặc điểm kỹ thuật ban đầu, phát tắc nghẽn hiệu suất phát sinh từ việc ánh xạ đặc điểm kỹ thuật trừu tượng tới thành phần thực với tài nguyên hạn chế đảm bảo thiết kế thỏa mãn ràng buộc thời gian chi tiết để giao tiếp đồng hóa Mơ phần cứng-phần mềm có hai mục tiêu cạnh tranh: tốc độ độ xác Tốc độ tốc độ thời gian mô tiếp tục Mục tiêu thứ ba, thường cạnh tranh với tốc độ, gỡ lỗi tương tác— khả bước thực thi hệ thống, kiểm tra giá trị trung gian quay lại để gỡ lỗi hệ thống Đối với phần cứng phần mềm, tốc độ thay đổi tùy thuộc vào kỹ thuật xác minh chọn Đối với phần mềm, cách tiếp cận chậm "có thể gỡ lỗi" sử dụng mơ mơ hình Thiết kế khơng thức Đối với phần mềm nhúng / hệ thống phần cứng, cần phải có phương pháp mới, dựa hệ thống phân cấp mơ hình mức độ trừu tượng khác nhau, cần thiết Sử dụng phương pháp luận này, chúng tơi bắt đầu với đặc tả chức thức lấy mơ hình cấp thấp cách khám phá vấn đề triển khai tinh chỉnh mơ hình cấp cao với lựa chọn triển khai thực trình thăm dị Phương pháp xác định-khám phá-tinh chỉnh giúp nhà quản lý nhà thiết kế đối phó với yêu cầu phát triển sản phẩm ngày Nó dẫn đến tăng suất đáng kể thông qua việc phát sớm lỗi chức thông qua việc khám phá nhanh phương án thiết kế ... giả lập A Khái quát chung: Hệ thống nhúng (tiếng anh embedded system) thuật ngữ để hệ thống có khả tự trị nhúng vào mơi trường hay hệ thống mẹ Đó hệ thống tích hợp phần cứng phần mềm phục... Audio_in Audio_out Hệ thống tương tựVideo_in Av_cmd Video_out Hệ thống tương tự Hệ thống kỹ thuật số Video Audio+ commands '"" AudioVideo Keypad receiver IC I Bo mạch I C máy hệ thống xử tính lý... khơng cho hệ thống thống trị kiểm sốt mà cịn cho hệ thống thống trị liệu ứng dụng phần mềm mềm 1.2 Tạo mô tả Việc lựa chọn mơ hình yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả hiểu xác định chức hệ thống