X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Повышение качества жизни населения и конкурентоспособности экономики Республики Казахстан посредством прогрессивного развития цифровой экосистемы рассмотренной в Государственной программе «Цифровой Казахстан» на 2017-2020 гг, где особая роль отведена применению цифровых технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Цифровые преобразования в отраслях экономики – развитие цифровой индустрии путем автоматизации транспортно-логистической системы страны, электронной торговли; внедрение цифровых технологий в сфере сельского хозяйства, промышленности; аналитических систем в сфере энергосбережения и энергоэффективности; улучшение систем учета, в настояшее время является актуальной задачей.

В связи с большими темпами развития микропроцессорной техники, становятся доступными все новые и новые возможности реализации многих проектов. Уже не вызывает сомнения то, что в подходах к проектированию микропроцессоров происходят большие изменения, связанные с организацией внутренней структуры. Один из таких относительно новых подходов к реализации отказоустойчивости систем, является программируемые большие интегральные схемы (ПБИС, англ. Programmable big device, PBD далее - ПБИС). ПБИС благодаря своей гибкой структуре, позволяет реализовывать сложные проекты на одном кристалле и проводить многоуровневую верификацию на всех этапах разработки [1], осуществлять оперативную реконфигурацию внутренней архитектуры в процессе их функционирования. Использование ПБИС-систем дает возможность по-новому подойти к решению вопросов резервирования и распараллеливания процессов управления, тем самым совершив переход на новую фазу развития многоверсийных систем (МВС) и технологий (МВТ), обеспечивающих отказоустойчивость информационно-управляющих систем (ИУС) [2].

В этом контексте ПБИС-технология выходит на передний план и становится одним из ключевых элементов концепции построения "системы на кристалле" (System on Chip-SOC) [3]. Новые поколения таких микросхем способны конкурировать со сверхбольшими интегральными схемами (СБИС) как по числу вентилей, производительности и надежности, так и по функциональности. Уже сегодня существуют ПБИС, не требующие внешних средств для хранения и загрузки базовой конфигурации и готовы к работе с момента подачи питания. Таким образом, внедрение концепции "системы на кристалле" является одним из приоритетных направлений развития современной электроники, что по сути, определяет технологию построения электронной аппаратуры будущих поколений.

В настоящее время цифровая электроника базируется на больших и сверхбольших интегральных схемах и применяется в разных отраслях. Актуальной проблемой является определение эффективности существующих ПБИС для инженерных исследований. В связи с этим появляется необходимость разработать экспериментальный стенд для определения эффективности ПБИС. Работа аппаратуры на базе ПБИС, как правило, осуществляется автоматизированным способом, т.е. с участием человека. Поэтому появляется необходимость контроля эффективности функционирования аппаратуры на базе ПБИС.

Проведены моделирование и разработка экспериментального стенда для определения эффективности программируемых больших интегральных схем, что способствует уменьшению трудозатрат, стоимости и повышению надежности при управлении технологией процесса сушки зерна.

Учитывая гибкость проектирования с использованием ПБИС-технологии, становится возможным и удобным не только построение условно-распределенного вычислительного комплекса, но и построение модуля обнаружения неисправности и управления переключением на базе одного кристалла. Это в свою очередь, позволит реализовать аппаратно-управляемое восстановление, которое не будет выходить за рамки кристалла [4].

Экспериментальный стенд предназначен для управления технологией процесса сушки зерна с основами определения эффективности современных электронных модулей на базе микросхем, программируемой логики средней и большой степени интеграции, в котором использованы популярные программируемые логические интегральные схемы фирмы ALTERA семейства CYCLONE. Он оснащен постоянной и оперативной памятью значительного объема, разнообразными интерфейсными каналами, устройствами консольного ввода-вывода, надежной системой электропитания, что позволяет применять его в качестве прототипа при эффективном упаравлении процессами сушки зерна разнообразными электронными модулями, функционирующие на базе ПБИС. Для проектирования, использованы следующие три метода: микроминиатюризация аппаратно-программных вычислительных средств, метод передачи технологических процессов из области аппаратных средств в сферу программного обеспечения, метод интеллектуализации логики процессов противостояния негативным влияниям.

Сравнительный анализ показал преимущества экспериментального стенда для определения эффективности ПБИС, а над стендом для определения эффективности микропроцессорных модулей, именно расширение структуры обеспечения отказоустойчивости и обеспечения широкого охвата ошибок вычислительного процесса на базе кристалла, обеспечения последовательности восстановления типа "остановка - фиксация -перезапуск" и отключение не всего вычислителя, а его частей, являющихся причиной ошибок.

Полученные результаты, позволяют сделать следующие выводы:

1. Показана необходимость новых подходов к созданию экспериментального стенда, использование которого позволит сократить время на определение эффективности ПБИС с одновременным улучшением качества информации для принятия решений.

2. Разработана структурная модель, где показаны достаточные и необходимые ее элементы.

3. Анализ диагностики информации, позволило формализовать процедуры формирования исходных данных для различных типов электронно-цифровых модулей, сообщать по времени и месту подготовку данных и поиск неисправностей.

4. Показана целесообразность применения программно-аппаратного комплекса с неявно заданным множеством обнаруживаемых недостатков и использованием модели эффективного электронно-цифрового устройства, имеющего конечное значение состояний.

5. Обоснована целесообразность использования в качестве базового процессорного модуля стандартной ПЭВМ с подключением аппаратуры через USB.

6. Программное обеспечение позволяет как самому, так и с помощью средств вычислительной техники осуществить целенаправленный процесс выбора рациональных решений по локализации неисправностей и определения эффективности.

7. Разработана методика оценки эффективности диагностической информации, как меры затрат на локализацию неисправности.

8. Применение программно-алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей АЦП и построенных на их основе итерационных алгоритмов в микропроцессорных системах позволит получить более достоверную информацию.

9. Разработана методика программного обеспечения для создания и поддержания единой базы данных по изготавливаемым в серийном производстве ПБИС.

10. Получены экспериментальные данные о возможности появления сбоев при считывании информации, которые показывают записи соответствующих изменяющихся характеристик в процессе эксплуатации аппаратуры на базе ПБИС.

Для определения эффективности ПБИС-технологий, желательно использование лабораторного стенда. Большая гранулярность и высокая гибкость данной технологии, позволяют достигать максимально необходимой элементарности действий, что дает возможность проектировщику эффективно проводить структурирование и распределять ресурсы вычислительного процесса. Таким образом, появляется дополнительная возможность реализации аппаратно-управляемого восстановления, частичной блокировки, маскировки отказавших функциональных блоков на базе ПБИС и их дистанционного перепрограммирования при управлении процессом сушки зерна.

Список литературы

1. Палагин А.В. Cистемы верификации на основе реконфигурируемых устройств / А.В. Палагин, В.Н. Опанасенко, В.Г. Cахарин // Математические машины и системы. - 2007. - № 2. - С. 100 - 113.

2. Харченко В.С. Парадигмы и принципы гарантоспособных вычислений: состояние и перспективы развития / В.С. Харченко // Радиоэлектронные икомпьютерные системы. - 2009. - № 2. - С. 91 - 100.

3. Попович А.В. ПЛИС Actel - платформа для «систем на кристалле» бортовой аппаратуры / А.В. Попович // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 2007. - № 4. - С. 34 - 37.

4. Randell В. Reliability Issues in Computing System Design / B. Randell, P.A. Lee, P.C. Treleaven // Computing Laboratory, University of Newcastle upon Tyne, Newcastle upon Tyne, NE17R U UK. - 1978. - P. 124 - 165.

Алтаев Альжан Сагымбекулы

магистрант Казахского агротехнического университет имени С. Сейфуллина

010000 Казахстан, г. Астана, пр. Победы, 62

[email protected]

Код для цитирования: Скопировать