4.1. СКВ - метод проектирования микропроцессорных систем.

Динамическое развитие микропроцессорных систем, микроЭВМ, управляющих вычислительных комплексов и систем управления различными объектами на их основе, постоянное расширение сферы их применения требуют обоснованной концепции создания микропроцессорных систем с заданными характеристиками для эффективного использования в широком диапазоне применений - от простейших контроллеров для встраивания в приборы до сложных многоуровневых автоматизированных систем управления.

Для разработки систем используются различные подходы, обладающие различными степенями сложности и трудоёмкости [1,14,15]. В последнее время

интерес разработчиков всё чаще обращается к так называемому СКВ-методу, разработанному в ИНЭУМ [12]. СКВ расшифровывается как структурно­компоновочный вектор.

СКВ-метод позволяет формализовать процесс проектирования микропроцессорных систем для управления различными объектами, в том числе объектами в рамках производственных систем. Последовательное применение этого метода на различных этапах создания систем обеспечивает принятие обоснованных решений при выборе вычислительного ядра, внутреннего интерфейса связи с периферией, конструкцией

Схема СКВ-метода приведена на рис. 4.1. Метод предполагает построение структурно-компоновочного вектора (СКВ), исходя из требований системы.

Структурно-компоновочный вектор - это набор признаков, определяющих проектируемую структуру вычислительной системы, в частности УВК (интерфейсы, элементная база, конструкция, тип операционной системы и т.д.). Разработчик задает множество СКВ, из которого могут быть выбраны СКВ, определяющие структуры, наиболее близкие к требуемым. и т.д. Поскольку множество СКВ может оказаться достаточно большим, разработчику представляется возможность вводить не сами СКВ, а формальные правила их генерации.

Требования системы - это совокупность различных требований, предъявляемых к характеристикам (быстродействию, надежности, стоимости и т.д.) системы управления, в составе которой будет использован проектируемый УВК. Любой УВК как правило имеет функционально-модульную структуру.

Поскольку чрезмерно жесткая заданная конфигурация УВК может оказаться неэффективной на последующих этапах жизненного цикла создаваемой системы, рассматриваются несколько вариантов требований системы. Эти требования представляются в виде размытых множеств, заданных на множествах значений основных характеристик системы посредством некоторых функций принадлежности к этим характеристикам. Использование аппарата теории размытых множеств дает возможность оперировать качественными понятиями, которым соответствуют количественные оценки. С помощью указанных функций принадлежности каждому СКВ ставится в соответствие оценка, показывающая, насколько данный СКВ отвечает требованиям конкретной системы. В результате этого образуется размытое множество СКВ.

При формировании ТрС для определенной области применений выбираются объекты, предъявляющие к системе наиболее жесткие требования. С этой целью вводится понятие степени размытости требований, которая максимизируется для каждого отдельного применения и минимизируется для совокупности применений в определенной области.

Построения пересечения множеств, образуемых векторами СКВ возможных характеристик проектируемого УВК и множеством ТрС пользователей, дает проектировщику основания для принятия компоновочных и функциональных решений.

Строятся пересечения размытых множеств СКВ, удовлетворяющие вначале каждому требованию в отдельности, а затем - всем системным требованиям.

Рассмотрим особенности формирования ТрС и особенности построения ранжированного множества СКВ.

Размытое множество ^s_iзаданное на характеристике ^z_iсистемы с функцией принадлежности, называется требованием g_iсо стороны системы

управления применительно к i-ой характеристике системы. Совокупность этих требований образует

Удовлетворение всему набору ТрС понимается как решение задачи отыскания такого размытого множества СКВ, которое представляет собой пересечение размытых множеств СКВ по отдельным характеристикам системы. Построения такого пересечения включает в себя следующие этапы (рис.4.2):

Рис. 4.2.

-задание множества СКВ

-задание требований системы G в виде размытых множеств на характеристиках системы ^Z_iс функциями принадлежности F_i^(Z_i^);

-отображение множества Х на множества значений характеристик системы а затем на интервал μ_i(Z_i)- >[0,1] размытых множеств на этих характеристиках;

-построение размытых множеств ^Pi, задаваемых на множестве СКВ Х, по отдельным характеристикам системы с функциями принадлежности ⁿ_i^(xj⁾, отражающими степень реализуемости характеристики;

-нахождение пересечения множеств ^Pi:

где Р - искомое размытое множество СКВ, удовлетворяющих требованиям G.

Заданы варианты конфигурации проектируемого УВК - СКВ ^xi^{- x}₅, системные требования - характеристики ^z₁и Z₂, размытые множества на этих характеристиках с функциями принадлежности μ₁ (Z₁) и μ₂ (Z₂) .

Функции принадлежности, СКВ и ТрС задаются га основе инженерной интуиции и практического опыта (экспертная оценка), на основе анализа статистической информации по объектам, близким к рассматриваемому по назначению (оценка по аналогии с прототипом), или расчетным путем.

Для каждого СКВ определяются значения характеристик системы управления Z₁и Z₂(точки Z₁₁и Z₂₁для X1). Полученные значения отображаются на диапазон размытых требований к этим характеристикам (μ₂₄и F₂₅для

характеристики Z₂и СКВ X₄и X₅). Для каждой из этих характеристик ^z₁и Z₂ строятся размытые множества СКВ, имеющие функции принадлежности n₁и n₂

Рис. 4.3.

как пересечение диапазона системных требований для каждой характеристики и множества X₁- X₅рассматриваемых вариантов СКВ.

Для построения пересечения Р различных множеств P_iвводится «мягкая» (мультипликативная) форма представления функции принадлежности множества - пересечения n_jчерез функции принадлежности составляющих множеств n_i:

где aj- коэффициент, учитывающий степень предпочтения, отдаваемого отдельным требованиям.

Эта форма учитывает степени предпочтения отдельных характеристик и является дифференцируемой. Последнее обстоятельство важно при определении устойчивости полученного решения. Множество Р считается устойчивым, если при вариации функций принадлежности n_iв заданных пределах порядок элементов ранжированного множества Р не меняется.

Полученное размытое множество СКВ Р дает основание для выбора СКВ, наиболее полно удовлетворяющего заданным требованиям к проектируемому модулю или УВК в контексте создаваемой системы.