3.1.1.Giới thiệu:
Một xu hướng mới đang phỏt triển mạnh nhằm thiết kế cỏc thiết bị điện tử từ dõn dụng đến cụng nghiệp đú là cụng nghệ nhỳng.Với nhiều ưu điểm của nú, cỏc thiết bị điện tử sẽ cú những đặc tớnh kỹ thuật ưu việt, mạnh mẽ song giỏ thành lại được giảm một lượng đỏng kể.
Cơ sở của cụng nghệ nhỳng đú là thiết kế theo mụ hỡnh MBD (Model_Based Design).Theo phương phỏp này thỡ bản thiết kế cho một thiết bị điện tử sẽ mang tớnh tổng quỏt hoỏ cao, nú được xõy dựng trờn một hệ thống cỏc khối và sự tương tỏc giữa cỏc khối đú. Núi theo một gúc độ khỏc thỡ: từ một ý tưởng thiết kế nú sẽ được cụ thể hoỏ bằng cỏc mục tiờu kỹ thuật cho thiết bị, từ mục tiờu kỹ thuật đú sẽ được triển khai thành hệ thống cỏc khối chức năng mà chức năng của từng khối sẽ được chỉ rừ trong bảng giao nhiệm vụ và chỉ tiờu kỹ thuật cho khốị Sau đú người ta thiết lập mối liờn hệ giữa cỏc khối và tạo ra được sơđồ khối chi tiết cho thiết bị.
Việc thiết kế chi tiết cho cỏc khối chức năng (đõy là phần việc nặng nề nhất khi chỳng ta thiết kế theo kiểu truyền thống) và kiểm tra chỳng sẽ được cỏc phần mền đảm nhiệm và được mụ phỏng chi tiết. Việc mụ phỏng sẽ được đỏnh giỏ cho từng khối và sau đú sẽđỏnh giỏ cho cả hệ thống.
Khi thiết bị đó được kiểm tra trờn cỏc phần mềm mụ phỏng và cho kết quả là khả thi thỡ việc hiện thực hoỏ thiết kế sẽ cú nhiều su hướng khỏc nhau:
Theo quan điểm của MBD thỡ bản thiết kế đú sẽ được chuyển sang ngụn ngữ cấu trỳc của “hệ thống thực thi phần cứng” sau đú chuyển tệp tin này cho “hệ thống thực thi phần cứng” thực hiện (cụng đoạn này người ta gọi cụng đoạn nhỳng cho thiết bị).
Khi thiết bịđó được hoàn tất, thỡ thiết bị này sẽđược đưa lờn bàn kiểm tra để đỏnh giỏ lại cỏc thụng số kỹ thuật thực tế của thiết bị và được đối chứng với kết quả mụ phỏng đó được xỏc lập từ trước.
Tất cả chu kỳ sản xuất từ thiết kế đến hiện thực sản phẩm đều được nằm trong một hệ thống kớn dưới sự bảo trợ và giỳp đỡ của hệ thống phần mềm và người ta gọi cụng nghệ sản xuất đú là cụng nghệ nhỳng. Để tường minh hơn cho vấn đề này chỳng ta xem xột một cỏch tổng quỏt phương thức thiết kế cho một thiết bị dưới đõỵ
Phương thức thiết kế cho một thiết bị điện tử số:
Ở trờn chỳng ta cú đề cập đến phương phỏp thiết kế theo mụ hỡnh, nú được cấu trỳc như hỡnh 1 dưới đõy:
Phương phỏp thiết kế theo mụ hỡnh (MBD) được hiện thực bởi một hỡnh trũn gồm 4 thành phần cơ bản:
• Những thuyết minh chớnh cho thiết bị (Executable specifications from models).
• Thiết kế và mụ phỏng thiết kế (Design with simulation).
• Hiện thực húa bằng mó được tạo tự động (Implementation with automatic
code generation).
Hỡnh 3.1: Cấu trỳc của phương phỏp thiết kế theo mụ hỡnh Sau đõy chỳng ta diễn giải nội dung của 4 thành phần trờn. ạNhững thuyết minh chớnh cho thiết bị:
Xuất phỏt từ mục tiờu kỹ thuật của thiết bị hay núi cỏch khỏc đi là xuất phỏt từ nhu cầu kỹ thuật thực tế, người kỹ sư phải thể hiện mục tiờu kỹ thuật này bằng ngụn ngữ của một hệ phần mềm mụ phỏng hệ thống. Chỳng ta biết rằng cú rất nhiều phần mềm mụ phỏng hệ thống hiện đang được phổ biến trờn thị trường, song ở đõy tỏc giải đề cập đến hệ phần mềm Matlab. Tỏc giải đỏnh giỏ cao hệ phần mềm nàỵSimulink và Blocksets là hai mảng của Matlab cho phộp người thiết kế cú thể miờu tả thiết bị một cỏch tổng thể và hoàn chỉnh. Nú cho phộp mụ tả thiết bị bằng hệ thống cỏc khối chức năng và cho phộp người kỹ sư cú thể diễn giải khối chức năng một cỏch chi tiết từ cấu trỳc cho đến giảđịnh mụi trường và mụ phỏng chỳng. Nú cú một hệ thống thư viện hoàn chỉnh từ cỏc hàm toỏn học đơn lẻ, cỏc linh kiện đơn lẻ cho đến cỏc tiểu khối chức năng theo mục tiờu và cao hơn là sự đúng gúi mang tớnh hệ thống hoỏ cao và tớnh khỏi quỏt caọNgoài ra nú cũn cú một mụi trường đồ họa cực mạnh cho phộp hiển thị chớnh xỏc cỏc đỏp tuyến kỹ thuật của hệ thống núi chung và của từng đơn khối núi riờng.Núi túm lại ở mụi trường của hệ
phần mềm Matlab người kỹ sư cú đầy đủ cụng cụđể miờu tả hệ thống thiết bị theo ngụn ngữ của mụi trường.
b. Thiết kế và mụ phỏng thiết kế:
Khi thiết kế một thiết bị, mỗi kỹ sư sẽ đảm nhiệm thiết kế một khối chức năng và chịu trỏch nhiệm mụ phỏng cho khối chức năng đú, từ giả lập tớn hiệu đầu vào đến việc xỏc lập cỏc đặc tớnh kỹ thuật của đầu ra theo đỳng với yờu cầu kỹ thuật của hệ thống giao chọ Người kỹ sư hệ thống tiếp nhận cỏc khối chức năng đú và liờn kết chỳng để đạt được mục tiờu kỹ thuật của thiết bị. Kỹ sư hệ thống cho hệ thống hoạt động ở chếđộ thời gian thực và đỏnh giỏ sai số của hệ thống với chỉ tiờu kỹ thuật mà hệ thống yờu cầụ Kỹ sư hệ thống phải cõn bằng cỏc sai sốđú thụng qua cỏc kỹ sư khối và làm cụng việc xỏc nhận lại lại thụng số kỹ thuật cho cỏc khối, kết quả cuối cựng là xỏc lập được cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của hệ thống theo đỳng với chỉ tiờu kỹ thuật mục tiờu ban đầu đề rạ
+ Thiết kế lại giải thuật:
Trong một số trường hợp, khụng phải lỳc nào người kỹ sư hệ thống cũng xỏc lập được hệ thống theo đỳng với chỉ tiờu kỹ thuật được đề rạ Lỳc này người ta phải xỏc lập lại giải thuật cho hệ thống dựa trờn những khối chức năng sẵn cú.
(xem hỡnh 3.2).
Điều này là trỏch nhiệm của cỏc kỹ sư giàu kinh nghiệm. Như vậy kết cấu cứng của hệ thống cũng bị thay đổị Simulink cho phộp người ta làm cụng việc đú, cú thể trong thiết kế sẽ xuất hiện thờm cỏc khối chức năng bổ trợ, song kết quả cuối cựng vẫn là đỏp ứng được chỉ tiờu kỹ thuật mục đớch ban đầu đề rạ
+ Hiện thực hoỏ điểm cốđịnh:
Kết quả cuối cựng là thiết bị phải được giải thuật trờn một FPGẠ Trong Simulink cho phộp người ta chuyển đổi từ thiết kế theo khối chức năng thành thiết kế điểm tĩnh. Mọi thao tỏc của chỳng ta tỏc động lờn thiết kế điểm tĩnh là thuận lợịSau đú chỳng ta lại cú thể trả lại thiết kế khối chức năng của Simulink (Như hỡnh 3.3 mụ tả)
Hỡnh 3.3 Mụ phỏng thiết kế trờn Simulink. c. Hiện thực hoỏ và mó để hiện thực hoỏ:
Đến đõy chỳng ta cú thể chuyển thiết kế của chỳng ta sang ngụn ngữ VHDL để hiện thực hoỏ trờn FPGẠChỳng ta cú hai phương phỏp để chuyển đổi:
* Khi cú sự hỗ trợ đầy đủ của Simulink thỡ chỳng ta xỏc lập chặt chẽ lại cỏc chế độđầu vào, đầu ra sau đú cho chạy chức năng Generator như hỡnh 4 thể hiện. Trong Xilinx bạn cú thể dựng chức năng Xilinx blockset (Bạn nờn cập nhật chức năng mới của Xilinx) cựng mụi trường với Simulink để chạy chếđộ phỏt mó VHDL hoặc mó Verilog tựđộng.
Hỡnh 3.4 Phỏt mó VHDL hoặc Verilog.
* Chỳng ta cú thể chuyển đổi cỏc nhúm chức năng của Simulink thành cỏc tệp VHDL sau đú sẽđược tổng hợp bởi Xilinx. Việc làm này thường khú khăn hơn đối với kỹ sư thiết kế.
3.1.2.Kết luận:
Thiết kế theo mụ hỡnh là một phương phỏp thiết kế mới, nú giỳp người thiết kế giảm thiểu được khối lượng cụng việc, tiết kệm thời gian và nõng cao hiệu quả kinh tế. Bạn hoàn toàn cú thể tin tưởng vào mụi trường thiết kế và mụ phỏng của Simulink. Một khi thiết kế của bạn đó được Simulink xỏc nhận tớnh hợp lệ và cho phộp chuyển đổi thành ngụn ngữ hiện thực hoỏ (Verilog hoặc VHDL) thỡ thiết kếđú là hoàn toàn khả thi và khụng cú gỡ bất lợi xảy rạ
Thiết kế theo mụ hỡnh cũn mở ra một su hướng mới trong thiết kế những hệ thống mang tớnh phức tạp cao như trong cấu trỳc, trong thụng tin liờn lạc và khả năng đỏp ứng nhanh với thời gian thực. Để bạn cú thể hiểu rừ hơn về vấn đề này, bạn cú thể truy cập trang : www.mathworks.com/applications/dsp_comm/.
3.2. Sự hỗ trợ của Matlab với thiết kế bộ lọc số (FDATool):