Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС
Предложена формализация решения задачи синтеза реализации структуры устройства на ПЛИС. Запропоновано формалізацію рішення задачі синтезу реалізації структури пристрою на ПЛІС. The formalization to solve task of synthesis of devises structure on PLD is offered....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6528 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС / В.М. Опанасенко, О.М. Лісовий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 58-63. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859801274826883072 |
|---|---|
| author | Опанасенко, В.М. Лісовий, О.М. |
| author_facet | Опанасенко, В.М. Лісовий, О.М. |
| citation_txt | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС / В.М. Опанасенко, О.М. Лісовий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 58-63. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Предложена формализация решения задачи синтеза реализации структуры устройства на ПЛИС.
Запропоновано формалізацію рішення задачі синтезу реалізації структури пристрою на ПЛІС.
The formalization to solve task of synthesis of devises structure on PLD is offered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:13:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
58
V. Opanasenko, A. Lisovy
THE DESIGNING PROCESS
FORMALIZATION
OF COMPUTING DEVICES
AND SYSTEMS ON PLD BASE
The formalization to solve task of
synthesis of devises structure on
PLD is offered.
Предложена формализация реше-
ния задачи синтеза реализации
структуры устройства на ПЛИС.
Запропоновано формалізацію рі-
шення задачі синтезу реалізації
структури пристрою на ПЛІС.
В.М. Опанасенко,
MО.М. Лісовий, 2009
УДК 004.31
В.М. ОПАНАСЕНКО, О.М. ЛІСОВИЙ
ФОРМАЛІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ
ПРОЕКТУВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ
ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ НА БАЗІ ПЛІС
На процес проектування обчислювальних
пристроїв впливають безпосередньо характе-
ристики вибраного кристала (наявні логічні
ресурси, пам'ять, наявні hard core та ін.), на-
бір інструментальних засобів для проекту-
вання, які можуть включати бібліотеки гото-
вих технічних рішень – soft core й інші
бібліотеки.
Архітектури сучасних кристалів FPGA сі-
мейства Virtex 6, Spartan 6 [1, 2] оптимізовані
для використання hard core і soft core, напри-
клад кристал XC6VLX365T сімейства Virtex 6
має наступні встроєні блоки: 576 вдоскона-
лених перемножувачів DSP48E1Slices, конт-
ролер шини PCI-Express та ін.
У відомих методах формалізованого про-
ектування обчислювальних пристроїв [3] сам
процес відображається послідовністю етапів,
на кожному з яких проект представлено су-
купністю математичних моделей, яка описує
їх різні частини. Розрізняють три головні ви-
ди моделей – функціональні, динамічні,
структурні. Функціональні моделі встанов-
люють функції, які виконує система що
проектується, динамічні встановлюють про-
цеси функціонування системи або процеси
обчислень, структурні – відображають сис-
тему у вигляді композиції взаємозв’язаних
компонентів.
Відповідно до [4] модель пристрою, що
проектується можна представити, як S =
, , , ,M A B P= < > де М – множина матема-
тичних методів, А – множина алгоритмів ре-
алізації методу, B = {b} – алфавіт конструк-
тивів, з яких будується структура, P –
ФОРМАЛІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ПРОЕКТУВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
59
процедура опису проекту.
Процес проектування (рис. 1) полягає в розв’язанні задачі синтезу структури
на базі конструктивів {b} алфавіту B для виконання алгоритму A за методом M.
РИС. 1. Процес проектування цифрових пристроїв на ПЛІС
Результатом процедури P є опис проекту вхідною мовою САПР. Зазначимо,
що критерієм ефективності методу (алгоритму) є загальні характеристики роз-
робленого пристрою: апаратні затрати, швидкодія, похибка обчислень, склад-
ність структури, надійність або спеціальні критерії.
Розглянемо два підходи до формалізації процесу проектування: перший
представлено прямонаправленим графом, другий − графом з підзадачею вибору
множини оптимально реалізованих функцій.
1-й тип формалізації – граф представлений на рис. 2. Нехай задана поста-
новка задачі D з предметної області, яка може бути розв’язана декількома ме-
тодами )1(, niMD i ÷=∀= . Для кожного з методів існує деяка множина алго-
ритмів реалізації )1(, iiji mjAM ÷=∀= . Кожний з алгоритмів реалізується
на базі множини )1(},{ sFB ÷=λ∀= λ заданих функцій (додавання, множення
й ін.). Кожна функція може бути реалізована декількома варіантами
)1(, λωλ ÷=ω∀= zRF , тому загальна кількість імовірних варіантів реаліза-
цій множин функцій – ijsijijijij zzzzKR ××××= ..321
/ , однак варіанти реалізацій
Опис об’єкта
інструментальними
засобами САПР ПЛІС
Schematic Editor,
State Editor, HDL
(VHDL, Verilog)))
В.М. ОПАНАСЕНКО, О.М. ЛІСОВИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
60
множин функцій //KR (кількість варіантів реалізацій множин функцій, які не
задовольняють постановці задачі оптимізації) не розглядаються, оскільки для
будь-якої реалізації структури пристрою, характеристики пристрою не будуть
задовольнять постановці задачі. Кількість варіантів, що задовольнять постановці
задачі, буде ijijij KRKRKR /// −= .
РИС. 2. Формалізація процесу проектування (перший тип)
Рішення задачі синтезу реалізації структури пристрою полягає у виборі з
набору існуючих )1(},{ ψψγ ÷=γ∀ ijij kC однієї оптимальної структури, що за-
довольняє постановці задачі оптимізації. Розглянемо декілька варіантів поста-
новки задачі оптимізації для першого типу формалізації.
1.1. Комплексний критерій, враховує апаратні та часові затрати обладнання.
Цей варіант задачі оптимізації може бути сформульовано як задача мінімізації
цільової функції з комплексними параметрами
min⇒β+α ∑∑∑∑∑∑∑∑
ψ γ
ψγψγ
ψ γ
ψγψγ
i j
ijij
i j
ijij xtxq ,
)1()1()1()1( ψ÷=γ∀÷=ψ∀÷=∀÷=∀ ijiji kKRmjni ,
ФОРМАЛІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ПРОЕКТУВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
61
враховуючи обмеження
∑∑∑∑∑∑∑∑∑
γ
ψγ
ψ γ
ψγψγ
ψ γ
ψγψγ =≤≤ 1,, 00 ij
i j
ijij
i j
ijij xTxtQxq ,
де βα, – вагові коефіцієнти, які можуть бути визначені методом експертних
оцінок; ψγψγ ijij tq , – відповідно апаратні та часові оцінки γ -го варіанту структу-
ри пристрою побудованого на функціях з ψ -ї множини реалізацій функцій для
j-го алгоритму i-го методу поставленої задачі; 00, TQ – відповідно апаратні та
часові обмеження в постановці задачі D.
Для такої постановки задачі оптимізації //KR дорівнюватиме кількості тих
варіантів реалізацій множин функцій, що не задовольняють системі
0
0
,
max{ } ,
Q Q
T T
λ
λ
λ
<
<
∑
(1)
де Qλ
λ
∑ – сума апаратних характеристик реалізацій функцій ψ -ї множини;
max{ }Tλ – найбільший часовий параметр реалізації з усіх функцій ψ -ї множини.
1.2. Критерієм є сумарні апаратні затрати, необхідні для реалізації при-
строю. Такий варіант може бути сформульовано як задача мінімізації функції
min⇒=∑∑∑∑
ψ γ
ψγψγ
i j
ijij xqQ ,
враховуючи обмеження ∑∑∑∑∑
γ
ψγ
ψ γ
ψγψγ =≤ 1,0 ij
i j
ijij xTxt .
Для такої постановки задачі оптимізації //KR дорівнюватиме кількості тих
варіантів реалізацій множин функцій, що не задовольняють умові
0}max{ TT <λ (2)
1.3. Критерієм є сумарні часові затрати, необхідні для розв’язання поставле-
ної задачі. Такий варіант може бути сформульовано як задача мінімізації функції
min⇒=∑∑∑∑
ψ γ
ψγψγ
i j
ijij xtT ,
враховуючи обмеження ∑∑∑∑∑
γ
ψγ
ψ γ
ψγψγ =≤ 1,0 ij
i j
ijij xQxq .
Для такої постановки задачі оптимізації //KR дорівнюватиме кількості тих
варіантів реалізацій множин функцій, що не задовольняють умові
0.Q Qλ
λ
<∑ (3)
Відмінність 2-го типу формалізації (рис. 3) полягає в тому, що з множини
заданих функцій )1(},{ sFB ÷=λ∀= λ формується множина / /{ },B F λ=
( 1 )sλ∀ = ÷ – множина оптимально реалізованих функцій, тобто множина з пе-
ребору ijKR÷1 , яка для конкретної реалізації структури пристрою буде відпові-
В.М. ОПАНАСЕНКО, О.М. ЛІСОВИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
62
дати постановці задачі оптимізації. Відображення /BB ⇒ – рішення задачі ви-
бору множини оптимально реалізованих функцій (рис. 4), яке в свою чергу за-
лежить від постановки задачі оптимізації , алгоритму та реалізації структури
пристрою.
РИС. 3. Формалізація процесу проектування (другий тип)
РИС. 4. Задача вибору множини оптимально реалізованих функцій
ФОРМАЛІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ПРОЕКТУВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА СИСТЕМ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
63
Рішення задачі синтезу реалізації структури пристрою буде полягати у ви-
борі з набору існуючих )1(},{ ijij kC ÷=γ∀γ оптимальної структури, з відміт-
кою, що структура γijC буде будуватися на множині оптимально реалізованих
функцій /F , а задача вибору множини оптимально реалізованих функцій розг-
лядається окремо.
Розглянемо декілька варіантів постановки задачі оптимізації для другого
типу формалізації:
2.1. Комплексний критерій:
min⇒β+α ∑∑∑∑∑∑
γ
γγ
γ
γγ
i j
ijij
i j
ijij xtxq , )1()1()1( iji kmjni ÷=γ∀÷=∀÷=∀ ,
враховуючи обмеження 0 0, , 1.ij ij ij ij ij
i j i j
q x Q t x T xγ γ γ γ γ
γ γ γ
≤ ≤ =∑∑∑ ∑∑∑ ∑
2.2. Критерієм є сумарні апаратні затрати:
min⇒= ∑∑∑
γ
γγ
i j
ijij xqQ ,враховуючи обмеження 0 , 1.ij ij ij
i j
t x T xγ γ γ
γ γ
≤ =∑∑∑ ∑
2.3. Критерієм є сумарні часові затрати:
min⇒=∑∑∑
γ
γγ
i j
ijij xtT , враховуючи обмеження 0 , 1.ij ij ij
i j
q x Q xγ γ γ
γ γ
≤ =∑∑∑ ∑
Задача вибору множини оптимально реалізованих функцій полягатиме у пе-
реборі з ijKR комбінацій множин функцій та виборі множини оптимально реалі-
зованих функцій таким чином, щоб пристрій відповідав задачі оптимізації. Для
першого й другого типів формалізації процесу проектування значення ijKR //
обчислюватиметься за формулами: (1) – для задач оптимізації 1.1 та 2.1; (2) –
для задачі оптимізації 2.1 та 2.2; (3) – для задачі оптимізації 3.1 та 3.2.
Висновки. Запропоновані два підходи формалізації процесу проектування
призначені для опису процесу розробки цифрового пристрою на ПЛІС та вибору
одного варіанту структурної реалізації шляхом перебору відповідно до однієї
із постановок задачі оптимізації.
У першому підході розглядаються всі варіанти структурних реалізацій, тоб-
то для кожної з ijC структури ijKR варіантів. У другому підході зменшується
кількість вихідних структурних реалізацій для рішення загальної задачі синтезу
структури за рахунок рішення задачі вибору множини оптимально реалізованих
функцій.
1. Virtex-6 FPGA GTX Transceiver User Guide / Available at http://www.xilinx.com.
2. All Spartan-6 FPGA Documentation / Available at http://www.xilinx.com.
3. Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Математическая теория проектирования вычислите-
льных систем. – М.: Наука, 1988. – 296 с.
4. Палагин А.В., Опанасенко В.Н. Реконфигурируемые вычислительные системы. – Киев:
Просвіта, 2006. – 293 с.
Отримано 03.08.2009
http://www.xilinx.com/�
http://www.xilinx.com/�
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6528 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:13:19Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Опанасенко, В.М. Лісовий, О.М. 2010-03-05T15:14:00Z 2010-03-05T15:14:00Z 2009 Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС / В.М. Опанасенко, О.М. Лісовий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 58-63. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6528 004.31 Предложена формализация решения задачи синтеза реализации структуры устройства на ПЛИС. Запропоновано формалізацію рішення задачі синтезу реалізації структури пристрою на ПЛІС. The formalization to solve task of synthesis of devises structure on PLD is offered. uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС The designing process formalization of computing devices and systems on PLD base Article published earlier |
| spellingShingle | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС Опанасенко, В.М. Лісовий, О.М. |
| title | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС |
| title_alt | The designing process formalization of computing devices and systems on PLD base |
| title_full | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС |
| title_fullStr | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС |
| title_full_unstemmed | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС |
| title_short | Формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі ПЛІС |
| title_sort | формалізація процесу проектування обчислювальних пристроїв та систем на базі пліс |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6528 |
| work_keys_str_mv | AT opanasenkovm formalízacíâprocesuproektuvannâobčislûvalʹnihpristroívtasistemnabazíplís AT lísoviiom formalízacíâprocesuproektuvannâobčislûvalʹnihpristroívtasistemnabazíplís AT opanasenkovm thedesigningprocessformalizationofcomputingdevicesandsystemsonpldbase AT lísoviiom thedesigningprocessformalizationofcomputingdevicesandsystemsonpldbase |