Диссертация (Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов), страница 9

Необходимо определиться – какими параметрами можнопренебречь, какие параметры будут заданы константными, а какие будут использованыдля расчета. Также надо понимать, что параметры системы могут зависеть не только отвнешних параметров, но и от взаимодействия между собой, так как изменение одногоможет повлечь изменение второго. Следующая проблема – это выбор параметров дляисследования, которые будут выбраны для анализа. Анализ может быть проведен нанескольких уровнях, начиная с прикладного и заканчивая физический.

Если требуетсяоценить производительность, например, для систем реального времени, то изначальноделается расчет для самых высокоприоритетных задач, где ключевой параметр будетзадержка их выполнения. Отображение высокоприоритетных задач и их оценка в началемоделирования позволит, во-первых, оценить их влияние на систему, а, во вторых,оценить насколько время выполнения остальных задач удовлетворяют поставленнымкритериям, уже после выполнения высокоприоритетных [61].

Соответственно, приобнаружении несоответствий задач поставленным изначально критериям, придетсяделать корректировку. Дополнительно, при взаимодействии этих задач между собой –необходимо это также учитывать, добавляя статический параметр, или определяя егодругим способом, например – экспериментально. Если же задачи распределены поразрабатываемой системе, и они осуществляют постоянное взаимодействие междусобой, например – посредством симплексных каналов, или шины, или они используютдуплексные соединение точка-точка, то расчет параметров такой системы сильноусложняется. Задержки такой системы зависят как от объема данных, так и от частотыобмена этими данными. Так как создаваемая система довольно может масштабная, тов таких случаях производится статическая оценка характеристик одной линии передачи(вместе с задержками передающих и приемных устройств), и путем домножения на35соответствующий коэффициент производится расчет параметров для всей системы вцелом [62].Статические методы оценки высчитывают нужные характеристики, используянекоторые предположительные значения, которые должны быть заданы перед началоммоделирования.

Построение статических моделей является трудной задачей из-засложности добавления вероятностных значений и событий. Статические методыпроблематично использовать при проектировании комплексных систем, однако, длясистем канального уровня, где размеры проектируемой системы малы по сравнению ссистемами на более высоких уровнях, их применение оправдано. Статические моделиработают намного быстрее остальных моделей и могут описывать общие случаифункционирования системы.Динамические модели, в отличии от статических, не используются для оценкиконкретных характеристик, а имитирует поведение всей системы в целом. Существуетнесколько подходов, которые реализуют архитектуру связи системы на разных уровняхдетализации или абстракции.

Как правило, чем больше деталей реальной системыимитирует модель, тем она более точна в оценке производительности, но медленнее вимитации и сложнее в реализации. Скорость динамического моделирования являетсяважным фактором, особенно если разрабатываемая система содержит многокомпонентов, и соответственно, большее количество элементов, которые должны бытьреализованы и смоделированы для оценки характеристик. Таким образом, прииспользовании динамических методов проектирования необходимо соблюдать балансмежду точностью результатов и скорости моделирования, используемой для получениярезультатов.На рисунке 9 представлены различные абстракции уровней динамическогомоделирования, которые реализуются при использовании динамических методовоценки.

Сложность динамической модели на рисунке увеличивается на каждом шаге припереходе сверху вниз. Соответственно, скорость моделирования также уменьшается помере уменьшения уровня абстракции, поскольку детализирование модели увеличиваетвремя, необходимое для имитации динамической системы.Модель абстрактныхтранзакцийМодель с сохранениемтранзакций шиныМодель с сохранениемвнутренних связейблоковМодель с привязкой кчастотеРисунок 9. Абстракции динамических методовВсе динамические модели используют языки высокого уровня, таких как C/C ++ илиSystemC [63], которые работают на порядок быстрее, чем моделирование абстракцийRTL на языках Verilog или VHDL [64].

Использования для моделирования языков36проектирования устройств уровня показало свою неэффективность. Использованиеязыков высокого уровня позволяет более быстрое моделирование разрабатываемойсистемы и имитирует архитектуры связи. Рассмотрим теперь классификациюсуществующих модельных абстракций более подробно (Рисунок 10).А)Б)В)Г)Ведущееустройствоvar1 = a + b;wait();REG = d<<var1;wait();HREQ.set(1);e = REG4 | 0xff;wait();var1 = a + b;REG = d<<var1;HREQ.set(1);e = REG4 | 0xff;wait(3);var1 = a + b;REG = d<<var1;HREQ.set(1);e = REG4 | 0xff;wait(3);var1 = a + b;REG = d<<var1;HREQ.set(1);e = REG4 | 0xff;АрбитражшиныВедомоеустройствоcase CTR_WR:CTR_WR = in;wait();CTR_WR |=0xf;wait();ST_RG = in|0x1;wait();Арбитражшиныcase CTR_WR:CTR_WR = in;CTR_WR |=0xf;ST_RG = in|0x1;wait(3);Арбитражшиныcase CTR_WR:CTR_WR = in;CTR_WR |=0xf;ST_RG = in|0x1;wait(3);Арбитражшиныcase CTR_WR:CTR_WR = in;CTR_WR |=0xf;ST_RG = in|0x1;Рисунок 10.

Типы динамических моделейМодели с привязкой к частоте, (10, а) - это чрезвычайно точные модели, которыегарантируют полную функциональность, структуру, связи и частоту разрабатываемойсистемы [59], например – модель Логхи [65]. Связь между компонентами моделируетсяточными циклами, привязанными к частоте, все аппаратные сигналы, которымисоединяются компоненты между собой представляются полной моделью со всемисигналами, и все задержки полностью совпадают с разрабатываемой моделью.Поведенческая модель внутри ведущего и ведомого компонентов состоит из различныхкоманд и вычислений, жестко привязанных к частоте. Такие модели довольно близки поструктуре к моделям уровня RTL [66], используемых для синтеза. Из-за чрезмерного37уровня детализации, который происходит при этом уровне абстракции, скоростьмоделирования довольно медленна, но все равно быстрее исходной разрабатываемойRTL модели в 10-100 раз (поскольку циклы модели смоделированы с использованиемязыков высокого уровня).

Время, необходимое для создания этих моделей, почтисравнимо со временем, необходимым для написания подробного кода RTL [67].Модели с сохранением связей блоков, используются для точного моделированиямежблочных связей, включая все сигналы шины, которые используются для соединениякомпонентов между собой. Тем не менее, точность циклов внутри блоков несоблюдается, используется только общая задержка компонента. Все вычисления внутрикомпонента могут быть сгруппированы вместе, разбитые на куски, таким образомзадержку модели можно делать реже (Рисунок 10, б). События внутри компонента всееще довольно точны (практически совпадают с RTL), что позволяет чрезвычайно точнуюотладку и анализ событий, происходящих внутри таких моделей.

Отсутствие привязки ктактовому сигналу уменьшает время моделирования, позволяет уменьшитьдетализацию компонента, что, соответственно, позволяет сократить времямоделирования, но и увеличить скорость получения результата. Такие Модели, в общемслучае, занимают пятую часть времени, необходимого при проектировании RTL блока.Такие модели работают примерно от 100 до 500 раз быстрее, по сравнению соскоростью моделирования RTL.

Однако теперь модель не привязана к циклам тактовогосигнала, что делает ее менее точной.Пример такой модели использовали Ширнер и Доммер [68], чтобыпроанализировать работу нескольких компонентов на шине AMBA. Их модельпредполагает полнофункциональные связи с каждым компонентом шины, в то время какреализация компонентов довольно абстрактна и может быть выполнена как простоеприсвоение или программа. Данная модель выполнена на языке SystemC.Эксперименты показали, что данная модель работает быстрее примерно в 20 раз, чемреализация на RTL. Еще одна подобная модель исследования производительностиархитектуры связи компонентов была представлена Каллом [69].

Однако его модельдовольно сложна и обеспечивает всего двукратное ускорение по сравнению с модельюс привязкой к частоте. Подводя итог, можно сказать что модели с сохранениемвнутренних связей блоков работают быстрее предыдущих типов моделей иобеспечивают хороший уровень детализации, сохраняя общую привязку к тактовомусигналу на уровне связей между компонентами.

Динамические модели такого уровняабстракции по сравнению с моделями с привязкой к частоте функционируют намногобыстрее и их проще сделать изначально. Недостатком такой модели является то, чтосостояние каждого компонента в процессе моделирования не может быть точноопределено на каждом такте тактового сигнала, что делает моделирование менееточным.Следующий тип динамической модели убирает лишние сигналы междукомпонентами всей системы, оставляя только базовые транзакции на основе шин c38сигналами чтения и записи и практически отвязывает транзакции шины от тактовогосигнала, оставляя абстрактные задержки на транзакции. На рисунке 10 (в) показанпример такой модели.

Основная идея создания модели с транзакциями шины позволяетубрать моделирование всех сигналов при передаче данных между компонентами ипозволяет упростить передачу данных между компонентами фактически до интерфейсабуфера. Передача данных между компонентами делится на 2 типа - чтения или записиданных, которые инициализируются ведущим устройством. Шины формируются изсигналов между компонентами, однако моделируются общей транзакцией. Такие каналысвязи представляют собой простую функцию интерфейса чтения/записи междукомпонентами, которые запускаются, когда необходимо записать или прочитать данныекомпонентов.

В моделях с упрощенными транзакциями, все сигналы, соединяющиекомпоненты моделируются функцией с соответствующей задержкой. Если физическаяпередача данных идет по аппаратной шине такой как AMBA [70], CoreConnect [71], иSTBus [72], имеющие сотни сигналов и различных состояний, такое моделированиепозволяет упростить передачу данных для проверки характеристик передачи данныхмежду компонентами системы.