Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции
ПРОБЛЕМА ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
Уланова Т.Е., Никитин В.А., Писецкий В.В.
Саровский государственный физико-технический институт
Перед разработчиком измерительных систем постоянно встает проблема выборов вариантов реализации, как отдельных узлов, так и системы в целом. Для построения оптимальной системы приходится делать выбор между программной или аппаратной реализацией устройств и блоков, выбор элементной базы или выбор типа процессорного блока. Отдельной задачей является оптимальное (с точки зрения того или иного набора критериев) разделение микропроцессорного устройства на программную и аппаратную компоненты. Ошибки в выборе критериев приводят к построению либо недостаточно эффективного, либо излишне дорогого устройства.
При синтезе тиражируемой системы главный аргумент, влияющий на набор критериев – уменьшение стоимости единичного изделия за счет удорожания разработки, в то время, как при синтезе уникального оборудования данное требование является скорее негативным. Объясняется это кажущееся противоречие тем, что разработка тиражируемой аппаратуры – однократный акт, и его стоимость распределяется на всю партию. Уникальная же аппаратура, как следует из названия, изготавливается в единичном или незначительном количестве экземпляров. Таким образом, совокупность всех выборов, выполняемых разработчиком системы (как конкретных решений, так и наборов критериев) сливается в единую проблему оптимального выбора.
В работе предпринята попытка продемонстрировать методику решения такой проблемы на примере создания уникальной измерительно–управляющей системы.
Исходя из требований к разрабатываемой системе и схемы ее подключения к уже имеющемуся оборудованию, разрабатывается функциональная схема системы. Затем анализируются следующие варианты реализации подобной системы:
• система на дискретных элементах;
Для реализации такой системы, потребуется, по оценке, 72 корпуса микросхем низкой и средней степени интеграции. Ток потребления такого устройства от источника питания +5 В будет составлять около 2 А – для питания микросхем и 2 А – для питания индикаторов.
• система на базе ОЭВМ;
Для реализации такой системы, потребуется, по оценке, 32 корпуса микросхем низкой и средней степени интеграции и 1 микросхема – собственно ОЭВМ – высокой степени интеграции.
Если руководствоваться оценкой, приведенной выше, то ток потребления уменьшается почти на 2 А – за счет замены светодиодных индикаторов на ЖКИ – дисплей.
Кроме того, потребуются кросс-средства и система отладки, необходимые для написания программной компоненты и ее интеграции с аппаратной компонентой.
• система на базе SoC;
Для реализации такой системы, потребуется, по оценке, 16 корпусов микросхем низкой и средней степени интеграции и 1 микросхема – собственно ОЭВМ – высокой степени интеграции. Большинство функциональных компонентов системы оказалось перемещено внутрь микросхемы SoC. Снаружи остались только узлы, непосредственно принимающие входные или формирующие выходные сигналы. Перенос их внутрь микросхемы нецелесообразен из соображений надежности работы.
Как и в предыдущем случае, потребуются кросс-средства и система отладки, необходимые для написания программной компоненты и ее интеграции с аппаратной компонентой.
• система на основе ПЛИС.
Система на базе ПЛИС является логическим объединением первого и последнего из рассмотренных подходов. В этом случае внутри микросхемы ПЛИС формируется заданная архитектура устройства.
В предельном случае, внутрь ПЛИС можно было бы занести все элементы функциональной схемы. Однако более целесообразным представляется вариант, когда кроме этой схемы внутри ПЛИС формируются еще ряд автоматов, обеспечивающих обслуживание клавиатуры и вывод информации на ЖКИ – дисплей.
Такая система, при всех ее положительных свойствах, может, тем не менее, оказаться сложной в реализации. Во-первых, для размещения требуемых компонентов может потребоваться достаточно сложная (а, как следствие, более дорогая) микросхема. Кроме того, изготовление печатной платы с такой микросхемой может оказаться сложным из-за отсутствия доступной технологической базы.
Таким образом, оптимальным выбором для системы, изготавливаемой в единственном экземпляре, является система на базе SoC. На основании подобного выбора была разработана и изготовлена система.