Диссертация (Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов), страница 10

Использование таких моделей довольно просто, однакопри этом страдает уровень детализации и исследование характеристик становится ещеболее неточным.Схему обмена данными между компонентами можно описать как некий простоймеханизм, где ведомое устройство выставляет на шину запрос на чтение или запись, ичерез некоторое время ведомое устройство выдает результат. Все задержки одинаковыи вычисляются индивидуально для каждого блока.

Процесс обмена сводится к функции,который содержит в общем случае тип функции (чтение или запись), адрес обращенияданные, и сигналы управления. По существу, эта функция собирает поведение всехсигналов, которые будут использоваться в реальной системе. Поле адреса указываетадрес получателя, где должны быть записаны данные, а поле управления определяетуправляющую информацию, например, размер пакета. Вместо передачи отдельныхданных между компонентами, в моделях с универсальными транзакциями используютсяфункции пакетной передачи данных. Такие модели работают до 1000 раз быстрее, чемимитация моделей RTL, формирование таких моделей примерно в 10 раз проще, чемнаписание RTL. Однако в такой модели приходится жертвовать точностьюмоделирования.

Как пример такой модели можно взять модель Парисха [73], котораяиспользовалась при соединении компонентов магистральной шиной.Последний тип моделей – это модели с абстрактными транзакциями (Рисунок 10,г).Модели уровня абстрактных транзакций являются моделями очень высокого уровня, гдемоделирование не зависит ни от внутренней структуры компонентов, ни от типасоединений, ни от протокола, который используется для обмена. В некоторых случаяхкомпоненты так же могут упрощаться, убирая таким образом весь интерфейс обмена.Задержки так же не используются при таком моделировании.

Интерфейс связи более неимеет практически никаких линий сигнализации или строба. С помощью данной модели39тестируется имитационное поведение протокола передачи или изначальноемоделирование правильности работы всей системы в целом, в зависимости от внешнихсигналов. Данная модель не может быть использована для исследования каких-либовременных или скоростных характеристик, так как само понятие времени неиспользуется. Для передачи данных используются абстрактные транзакции чтения изаписи, инициируемые ведущим устройством, в отличии от предыдущей модели никакихдополнительных данных не передается между компонентами.С помощью такой модели можно проследить примерный путь данных и отследитьреакцию системы на различные события без привязки ко времени.

Скорость разработкитакой системы примерно в 100 раз проще разработки RTL модели, а скорость работыболее чем в 4000-5000 раз быстрее RTL моделирования. Примеры таких моделей можнопривести модель Шиммера [74].Основной недостаток любых динамических методов оценки в том, что для каждойновой системы модель приходится писать практически с нуля, и разработчику RTLнеобходимо знать дополнительный язык высокого уровня для написания динамическоймодели.Как уже упоминалось ранее, статические методы оценки не в состоянии учестьдинамические эффекты, которые могут оказывать значительное влияние на оценкухарактеристик.

Но главное преимущество использования статических методов являетсято, что они позволяют произвести расчет нужных параметров очень быстро.Динамические методы, в отличии от статических, обеспечивают очень точные инадежные результаты, однако требуют время на динамическое моделирование,написание равнозначного проекта и, соответственно, дополнительного времени напроектирование. Третий класс методов оценки пытается объединить статические идинамические методы оценки на основе описанных выше подходов, чтобы ускоритьполучение результатов. В качестве примера можно привести принцип построениямодели Лахири [75] (Рисунок 11).СкоростьГибридныеДинамическиеЭффективностьРисунок 11.

Соотношение скорости и точности40Основной идеей данного подхода является увеличение эффективностидинамических методов с сохранением скорости моделирования статических методов.Однако в таком случае сложность модели сильно увеличивается.СпецификациясистемыРазделениезадачАппаратныеПрограммныеСовместноемоделированиеКоммуникационные издержкиОбщийАнализРисунок 12. Модель ЛахириГлавная мысль такого представления состоит в том, чтобы разделить процессмоделирования на 2 части.

Первая часть моделирования состоит из динамическогомоделирования отдельных компонентов (включая аппаратные и программные) беззадержек на соединение и обмен информацией. После моделирования всехкомпонентов до некой точки обмена, инициализируется вторая стадия, а именно –стадиясоединений,которыемоделируютсястатическиииспользуютсясоответствующие задержки канала (блоки, обведенные пунктиром на рисунке 12). Послеэтого происходит возврат в начало моделирования и продолжение первой стадии. Такимобразом – используются динамические методы анализа компонентов и статическиеметоды анализа соединений.Построение гибридных моделей имеют те же проблемы, что и динамические –необходима их полная разработка с нуля, что сильно замедляет процесс разработкиустройства.

Данные модели больше применимы при уже разработанном устройстве.1.6 Математическое моделирование сетевых контроллеровМатематические моделей для анализа передачи информации могут базироватьсяна модели Шенона-Уивера [76], которая представляются как канал от передающегоустройства к принимающему.

Такие математические модели позволяют сделать расчет41в том числе и пропускной способности [77][78]. Модель, по сути говоря, определяетсистему передачи информации от источника к приемнику через заданный канал связи.Однако в этой модели определяется пропускная способность канала, которая зависиттолько от физических характеристик канала, которые не позволяют оценить такназываемую полезную пропускную способность данных, передаваемые сетевымконтроллером канального уровня, несмотря на то, что в некоторых публикацияхуказывается возможность измерения пропускной способности и характеристик длястандартов передачи данных [79], так как в этом случае речь идет именно о пропускнойспособности канала, а не данных.Модели для расчета задержек сетевого контроллера считаются только взависимости от задержек канала, используя только физические ограничения.

Например,на рисунке 13 показана модель Кнудсена-Мадсена [80]. Модель разделяется на 3различных части – модель передатчика, модель канала и модель приемника. Идея такоймодели состоит в том, что изначально известны отдельные параметры преобразованияинформации. Как видно из рисунка – модель рассматривает 3 различных вариантаобмена информации – между передатчиком и каналом, в канале, и между каналом иприемником. С помощью данной модели оценивается задержки на всех этих трех этапах,случайные или непредсказуемые задержки, такие как задержки на восстановлениепосле сбоя или арбитраж, не учитываются.Рисунок 13 (а) определяет статические параметры, которые определяют расчетзадержки передающего узла.

Передающий узел должен отправить некоторое число слов, поступающие с верхнего уровня для передачи через канал связи. Так как ширинаканала не соответствует ширине передаваемого слова в драйвере, то количество слов,которое будет передано в канал будет равно . Таким образом – передающемудрайверу потребуется некоторое время на преобразование ширины слов. Обозначимчастоту отправки как f t , тогда число тактов этого узла, которое потребуется нанастройку передающего устройства канала обозначим как ctc , а число тактов, котороенеобходимо для пересылки одного слова данных обозначим как ctp . В этом случаесуммарная задержка передающего устройства можно рассчитать по следующейформуле:t td  (c tc  c tp nt ) / f tОбозначим w gкак количество времени, которое необходимо затратить напреобразование одного слова данных передатчика в одно слово данных канала. Данноевремя полностью зависит от количества тактов, затраченное на это преобразование,которые мы обозначим как ctp .

Типы таких преобразований очень разные – от простогопреобразования и дальнейшей отправки, когда количество бит в слове передатчикаполностью совпадает с количеством слов в канале, до сложного варианта, когда вканале используется битовое кодирование и каждые слово передатчика будет передано42побитно. Любой из этих вариантов теоретически (и практически тоже) можетсуществовать, поэтому для каждого из вариантов необходимо построить модель. Легкопонять, что при битовом преобразовании время на отправку будет сильно увеличено, вто время как при прямой передаче (при совпадении ширины слов) на это практически небудет затрачено время, так как ширина канала достаточно большая.SW/HWnt словшириной wtКоличествотактовинициализациидрайвера ctcДрайвер 1nc словшириной wcПередающий драйверЧастота передачи f tВремя преобразованияслова wgКоличество тактов напередачу слова c tpnc словшириной wcКаналЧастота передачи f cКоличество тактов напередачу слова c ctКаналДрайвер 2nc словшириной wcДлина пакета sbКоличество тактов насинхронизацию пакета c sbКоличество тактов насинхронизацию c ssКаналnc словшириной wc[ wt , wc ]Приемный драйверЧастота передачи f rКоличество тактов напередачу слова c rpnt словшириной wrSW/HWКоличествотактовинициализациидрайвера c rcРисунок 13.