Chương 4 THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT CÁC HỆ THỐNG NHÚNG
4.1.3 Xõy dựng bo mạch khi phỏt triển hệ thống
Triển khai cỏc yờu cầu mụ tả ở phần 4.1.1 khi thiết kế bo mạch sẽ cụ thể như sau: 1) Đặt vấn đề: Mục đớch thiết kế HTN, mục tiờu cần đạt được, tớnh thương mại …; 2) Xỏc định HTN:
ỹ Xõy dựng một mụ hỡnh chớnh tắc (formal model) của hệ thống với cỏc yờu cầu sau đõy:
Đ Xỏc định chức năng: xõy dựng tập cỏc mối quan hệ tường minh hay khụng tường minh liờn quan tới đầu vào/đầu ra, và thụng tin trạng thỏi bờn trong của hệ thống.
Đ Xõy dựng tập cỏc thuộc tớnh mà thiết kế sẽ phải thỏa món. Kết hợp cỏc thuộc tớnh và tập cỏc quan hệ vào/ra, trạng thỏi hệ thống, xỏc định lại cỏc chức năng hệ thống. Cỏc thuộc tớnh bao gồm:
- Cỏc thuộc tớnh cú tớnh kế thừa cỏc hệ thống tớnh toỏn (mỏy tớnh số); - Cỏc thuộc tớnh cú thể kiểm chứng trờn một chức năng;
- Cỏc thuộc tớnh phải được kiểm chứng trờn cỏc đặc tả phải cú khi cỏc tiờu chớ ở đầu vào xuất hiện.
Đ Xõy dựng tập cỏc chỉ số hiệu năng để đỏnh giỏ thiết kế theo cỏc tiờu chớ: giỏ thành, năng lượng. độ tin cậy, tốc độ xử lý, kớch thước …
Đ Xõy dựng tập cỏc khỏc biệt coi đú như những thỏch thức của thiết kế, đề ra giải phỏp giải quyết. -Thiết kết giải thuật - Viết mó C/C++ Viết mó mụ phỏng phần cứng Biờn dịch thành *.obj Hợp nhất - Thiết kế giải thuật - Viết mó HDL - viết cỏc vector thử nghiệm -Cahjy mụ phỏng Biờn dịch thành CSDL linh kiện Co-Design, Co-Cerification pha: -Định nghĩ kiến trỳc/ chức năng -Phõn hoạch HW/SW Sản phẩm thử nghiệm (prototype)
240
Đ Thực hiện tinh lọc thiết kế để cú thiết kế từ ý tưởng đến mụ hỡnh:
Hỡnh 4.10. Xõy dựng mụ hỡnh hỡnh thức: Bước sàng lọc sử dụng cỏch tổng hợp phần cứng và phần mềm để chuyển húa xỏc định chức năng vào mụ hỡnh phần cứng của thiết kế.
ỹ Mụ tả hệ thống phản ứng như thế nào với cỏc đầu vào,
ỹ Cộng cụ mụ hỡnh húa sự vận động của hệ thống, vớ dụ phương phỏp lưới Petri (Petri nets)
hay biểu đồ trạng thỏi (StateCharts).
ỹ Yờu cầu của sản phẩm sẽ cú: đưa ra mụ tả sản phẩm;
3) Thiết kế phần cứng: lờn mụ hỡnh kiến trỳc của bo mạch chớnh, lựa chọn cỏc thành phần phần cứng; Lệnh khụng điều kiện Quản trị tệp (FSManagem ent)
Dũng dữ liệu Sự kiện riờng biệt
Phõn hoạch lớp chức năng Biờn dịch phần mềmTổng hợp Tổng hợp hành vi, phản ứng Tổng hợp luận lớ (logic)
Mụ hỡnh CPU Mụ hỡnh CPU Mụ hỡnh luận lớ (logic) Mụ hỡnh luận lớ (logic)
Đặc tả
Sàng lọc
241
Hỡnh 4.11 Bo mạch HTN
4) Mụ hỡnh tổ chức ghộp nối cỏc thiết bị ngoài, số lượng, chủng loại cỏc thiết bị ngoài; 5) Thiết kế phần mềm: phỏc họa cỏc phần mềm:
- Mụ hỡnh cỏc lớp phần mềm;
- Cú hay khụng cú cỏc phần mềm trung gian;
- Cú hay khụng cú hệ điều hành, loại hệ điều hành sẽ phỏt triển cho phần cứng đớch; - Phần mềm điều khiển I/O (TĐKTB);
- Phương thỳc liờn kết cỏc phần mềm theo nguyờn lớ lớp xếp chồng; - Cỏc phần mềm ứng dụng.
6) Tương tỏc giữa phần mềm và phần cứng, tinh lọc phần cứng, phần mềm 7) Viết phần mềm trờn hệ phỏt triển;
8) Viết ứng dụng trờn hệ phỏt triển;
9) Thử nhiệm chương cỏc phần mềm và hiệu chỉnh phần mềm trờn hệ phỏt triển; 10)Hợp nhất phần cứng và phần mềm vào sản phẩm chế thử (prototype): Nạp phần mềm vào hệ thống đớch: SIO CPU, ROM, (FLASH), RAM, PORTS, BUS KEY Digital inputs Analog inputs DISP Digital outputs Analog outputs CLK, RTClock HĐH, PMTG,Ứng dụng nhỳng -Giỏ trị đặt -cụng tắc, -Trạng thỏi, -tớn hiệu ... -nhiệt độ -Áp suất, -mức, vị trớ, - ... -đốn hiệu (LED), -Motor bước, -cụng tắc on/off - ... -motor liờn tục -van điện -mỏy đo - …. Rx Tx Timers, watchdogs
242
- Nạp cỏc TĐKTB, thử nghiệm kết hợp TĐKTB với cỏc cổng ghộp nối trờn bo mạch, hiệu chỉnh mó;
- Nạp phần mềm hệ thống (hệ điều hành, hay monitor, …) và thử nhiệm cỏc chức năng của hệ điều hành cú và khụng cú TĐKTB, hiệu chỉnh mó;
- Nạp phần mềm trung gian nếu cú, thử nhiệm kết hợp với hệ điều hành, hiệu chỉnh mó.
- Nạp thử một ứng dụng, thủ nghiệm, chỉnh sửa mó.
11)Hợp nhất hệ thống, tăng cường thử nhiệm cỏc chức năng với cỏc điều kiện phức tạp giả định, thời gian thực, đỏp ứng … Đỏnh giỏ sức chịu đựng của mụi trường vận hành trong thực tế …
12)Làm hồ sơ, tài liệu.
Túm tắt qui trỡnh thiết kế HTN
Đ Cỏc qui tắc thiết kế
1) Nền tảng kiến thức để thiết kế HTN : Khoa học về mỏy tớnh và kĩ thuật điện tử; 2) Thiết kế vi mạch với ngụn ngữ phần cứng Verilog hay VHDL (FPGA, ASIC); 3) Khả năng cụng nghệ và những giới hạn cụng nghệ phần cứng.
4) Lĩnh vực ứng dụng HTN rất rộng, thiết kế phải hướng vào đối tượng ứng dụng cụ thể; Với cỏc xu hướng:
- Gia tăng kớch thước mó chương trỡnh: 16 – 64 KB lờn đến 64kB đến 512 KB,
- Tỏi sử dụng cỏc thành phần cứng (CPUs, micro-controller, DSPs) và mềm (device drivers),
- Cú sự hợp nhất cao trong 1 hệ thống (DSP, mạng, RF, CPU 32 bit, IO processors kiểu Intelligent Input/Output-I2O).
5) Sử dụng phần mềm cú sẵn, phần mềm tỏi sử dụng, mó nguồn mở. 6) Cụng nghệ lập trỡnh (ngụn ngữ lập trỡnh, hệ phỏt triển phần mềm);
7) Thiết kế vi mạch (dạng VLSI, ASIC), thiết kế hệ thống điện tử (số, analog); 8) Hệ thống xử lý kiểu thời gian thực (thời gian thực cứng, thời gian thực mềm).
Đ Cỏc bước thiết kế
1) Xõy dựng đặc tả HTN, mụ hỡnh húa HTN sẽ được thiết kế, thực nghiệm với cỏc giải thuật liờn quan;
2) Tập hợp và mụ tả phần cứng cơ bản : ghộp nối cơ sở, truyền thụng, cụng nghệ tớnh toỏn ứng dụng vi điện tử, cụng nghệ bộ nhớ, cỏc thiết bị ghộp nối vào hệ thống.
3) Hệ thống phần mềm sẽ cú: điều khiển thiết bị, phần mềm trung gian, hệ điều hành, phần mềm ứng dụng …
243
4) Phõn hoạch, chọn lọc cỏc phần của thiết kế: phần cứng, phần mềm. Ở mỗi phần, phõn ró thiết kế thành cỏc phần nhỏ hơn, xõy dựng cỏc mối tương tỏc giữa cỏc phần đú;
5) Sử dụng cỏc cụng cụ mụ phỏng thiết kế chạy mụ phỏng phần cứng, phần mềm và kết hợp cả hai trờn mụ hỡnh ảo;
6) Cỏc phần mềm và phần cứng tới hạn (ràng buộc thời gian) cần thử nghiệm và điều chỉnh theo kiểu “sụn húa”: phần mềm kết hợp giữa phần cứng và phần mềm, trong đú xử lý khi vài module chia sẽ khai thỏc chung một phần cứng. Phỏt triển giải thuật lập lịch tối ưu.
7) Thử nghiệm trờn bo mạch phần cứng (prototype) với CPU đó chọn.
8) Gở rối và tinh chỉnh phần cứng, phần mềm;
9) Hoàn thiện sản phẩm.
4.2 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM HTN
Phần tiếp theo sẽ đề cập đến việc thực hiện xõy dựng một HTN. Giả định rằng ta cú một dự ỏn phỏt triển một ứng dụng nhỳng nào đú, và hóy bắt đầu với cụng việc thiết kế HTN đú.