Сетевые
сервисы проектирования неоднородных вычислительных систем
Б.И. Борде,
проф., к.т.н., bborde@sfu-kras.ru,
СФУ, г.
Красноярск
Рассматривается развитие
задач моделирования и проектирования неоднородных вычислительных систем.
Evolution of problems of the modeling and the engineering of
heterogeneous computer systems is considered.
На начальном этапе создавались модели устройств
обработки цифровых и аналоговых сигналов. С развитием вычислительных систем
усложнялись модели и увеличивалось разнообразие
компонент. Моделирование и проектирование локальных сетей ЭВМ привело к
появлению новых уровней абстракции, однако компоненты системы могли описываться
в формализованном задании на моделирование и проектирование.
Неоднородные вычислительные
системы являются сочетанием средств обработки и передачи информации с
различными формами представления и носителями. При использовании мобильных
компонент, статического описания в формализованных заданиях недостаточно.
Необходимо описание динамически изменяющейся структуры с учетом размещения
мобильных компонент. Структура системы образуется из компонент с устойчивым
обменом информации [1,2,3,5,6].
Основой предлагаемого пoдxoдa является однократный ввод описаний объектов в виде формализованных заданий
для различных уровней анализа и конструкторско-технологического проектирования.
Привычные инженеру графические документы в видe схем и
сборочных чертежей должны получаться автоматически в результате интерпретации
формализованных заданий и решений. При этом повышается производительность труда
инженера. Сетевые сервисы обеспечивают работу на любом расстоянии и не зависят
от рабочего времени.
Многоуровневая САПР
COD (Conceptual Object Design) служит для синтеза и анализа множества вариантов
структур и автоматического преобразования формализованного задания в
графические отображения для принятия решения, проектные решения для
промышленных САПР. COD состоит из множества подсистем [4,6].
COD = < HSC, COMM, SAT, AAT>,
где HSC
(Human Control) – подсистема управления
проектированием, служит для снижения нагрузки на человека при переходе на
второй уровень сложности задач проектирования;
COMM – коммуникационная
подсистема проектирования, обеспечивает возможность проектирования объектов в
сети Интернет;
SAT (Synthesis Automation Tools) – инструментальные средства автоматизированного
синтеза объектов;
AAT (Analysis Automation Tools) – инструментальные средства автоматического
анализа поведения, оценки ресурсов и сравнения объектов.
рис.
1 Вариант системы
WEB серверы (WS) содержат методические материалы и ссылки на
серверы приложений (Application Server – APS). Например, WEB сервер
WS1 обеспечивает обучение в системе MOODLE (ms.sfu-kras.ru),
а WS2 – просто методические материалы. Серверы приложений служат для выполнения
формализованных заданий на проектирование (ФЗ-FZ).
Результатом выполнения ФЗ являются сетевые сервисы, содержащие временные
диаграммы поведения объекта, множество файлов проекта или макрокоманд для
специализированной или комплексной САПР. Серверы приложений могут соединяться с
аппаратурой (HW) с помощью устройств и процедур ADCUSB.
Устройства ADCUSB содержат цифро-аналоговые и аналого-цифровые
преобразователи. Серверы реализованы на виртуальных машинах DATA центра
СФУ и используют ресурсы при обращении к ним.
Мобильные персональные средства представлены
переносными компьютерами (МПК - MPC), карманными (КПК - PPC), планшетными (ППК
- TPC) и коммуникаторами с беспроводным соединением с сетью передачи данных (TEL).
Достоинством мобильных средств является удобство использования на рабочем
месте, а недостатком – необходимость адаптивных средств отображения информации.
Программное обеспечение рабочего места определяется
категорией пользователей. Для просмотра проекта имеются бесплатные программы.
Выполнение файлов макрокоманд возможно только в полноценном пакете САПР. Для
обучения студенту и преподавателю предоставляются бесплатные версии САПР,
иногда с ограничением количества компонент. Полноценные версии для обучения
предоставляет фирма AUTODESK. AUTODESK REVIT обеспечивает
создание комплексной, мультидисциплинарной модели
здания.
Для группового обучения требуется учебная лицензия. В остальных случаях
требуется коммерческая лицензия. Поэтому, может оказаться оптимальной структура
с выделенным рабочим местом с полноценной САПР для выполнения файлов
макрокоманд и пересылкой только готовых проектов.
Проектное решение, удовлетворяющее заданию,
получается в результате итерационного процесса, включающего процедуры синтеза,
анализа и управления. Результатом синтеза является описание объекта, a результатом анализа – оценка характеристик и предсказание
поведения объекта при определенных внешних воздействиях.
Для принятия решения и синтеза объектов в
программно-методическом комплексе COD СФУ, из формализованного
описания объектов (ФЗ) формируются временные диаграммы с автоматическим
сравнением предполагаемых и фактических сигналов, таблицы параметров и
критериев оптимальности, принципиальные схемы и образы объектов для всех
вариантов. На конструктивах компонент могут отображаться цифровые сигналы
и температура. Для перехода к техническому проектированию ФЗ преобразуется в
формат конкретной системы проектирования.
Пользователь САПР COD выбирает требуемый результат
проектирования или анализа c помощью подсистем PRJSEL, а не последовательность
проектных процедур и операций для достижения цели. Таким образом, снижается нагрузка на пользователя и
повышается уровень интеллекта комплекса. Формализуемая часть подсистемы
управления проектированием представлена в форме оболочки САПР COD, которая
может быть реализована различными средствами. Представлены реализации оболочки
для различных операционных систем на базе многофункционального редактора LPEX,
входящего в инструментальные средства IBM Visual Age, инструментальных средств Eclipse,
входящих в комплекс Web Sphere,
и сетевых программ просмотра ( Mozilla
FireFox).
Подсистема управления проектированием HSC состоит
из множества подсистем
HSC = < SETSEL, PRJSEL,
RESSEL, RPRJ>,
где SETSEL – подсистема выбора
формализованного задания, языков описания проекта, выбора САПР и типа описания
для импорта, выбора САПР и типа интерфейса для экспорта, языка сообщений и
сервера в сети;
PRJSEL
– подсистема выбора результатов проектирования;
RESSEL – подсистема выбора
представления результатов;
RPRJ – правила, соответствующие
маршрутам проектирования, определяющие выбор последовательности проектных
процедур и операций для получения результатов проектирования и анализа. По мере
развития комплекса увеличивается доля правил, реализуемая в подсистемах синтеза
и анализа.
Подсистема выбора результатов проектирования PRJSEL представляется в виде
PRJSEL=<SETCADOUT, SETINTF>
где SETCADOUT –
множество допустимых выходных САПР;
SETINTF – множество используемых
интерфейсов для выходных САПР.
Подсистема выбора представления результатов
проектирования RESSEL представляется
в виде
RESSEL=< VIEWTXT VIEWAD, VIEWSCH, VIEWMOD,
VIEWNET>
где VIEWTXT – программа просмотра сообщений для одного или множества вариантов;
VIEWAD – множество программ просмотра диаграмм цифровых и
аналоговых сигналов для многовариантного анализа;
VIEWSCH, VIEWMOD, VIEWNET – множество программ отображения схем, модулей и
сетевых объектов.
Множество правил проектирования RPRJ состоит из подмножеств
RPRJ=<RNAMEVAR, RMCADIN, RMCADOUT, RFTSCH,
RFTAB>
где RNAMEVAR – правила образования вариантов имен результатов проектирования;
RMCADIN – правила выбора модулей и функций заполнения
таблицы варианта схемы;
RFTSCH – правила выбора модулей и функций извлечения
данных из таблицы варианта схемы;
RFTAB – правила выбора модулей и функций извлечения
данных из таблицы информации о компонентах схемы;
RMCADOUT – правила выбора модулей и
функций заполнения варианта схемы конкретной САПР.
Процедуры анализа должны допускать реализацию
изменений в описании объекта. Синтез варьируемых описаний объектов, в отличие от основных, можно назвать дифференциальным. Процедуры
дифференциального синтеза позволяют получать описание объекта для
многовариантного анализа, вносить изменения для получения нового описания из существующего. Описание отличий удобно использовать в
многовариантном анализе вычислительных систем.
Основой
автоматического преобразования формализованного задания в описании конкретных
САПР являются многофункциональные модели компонент с общим интерфейсом [6].
Наличие моделей компонент с общим интерфейсом позволяет преобразовать
формализованные задания в результаты для различных приложений. В
зависимости от приложения синтезируются
модели компонент и управляющие модули. Модели компонент и управляющих модулей
объединяются в статические и
динамические библиотеки и выбираются в зависимости от вида приложения. С целью
снижения трудоемкости создания моделей компонент и управляющих модулей
используются модели различных уровней. Модели верхнего уровня передают
параметры моделям среднего уровня, а модели среднего уровня формируют разделы
выходного файла с использованием модели нижнего уровня. Модели верхнего уровня
не зависят от вида приложения. Вид приложения определяется моделями среднего и
нижнего уровней.
Информационное обеспечение подсистемы AAT
автоматического анализа поведения, оценки ресурсов и сравнения объектов
представлено в табличной форме. Таблица BRD.dbt
служит для представления конструктивов модулей, в
таблице PAC.dbt находятся параметры конструктивов компонент, в таблицах UIPCAD.dbm
(.dbt) находится основная информация об именах
компонент, документах, параметрах, типах и выводах компонент. Информационное
обеспечение используется в форме
XML-файлов.
Для формирования множества результатов используется
единственное описание и создается таблица варианта составного объекта. Для
специализированных САПР Altium Designer,
PCAD формируются файлы схемы и командные файлы, а для комплексных САПР CATIA, AUTOCAD REVIT только командные файлы построения объекта.
Литература
1.
Норенков И. П. Основы автоматизированного
проектирования. Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана,
2000. 360 с.
2.
Артамонов Е. И. Структурное проектирование систем. / Е.И.Артамонов //
Информационные технологии в проектировании и производстве.2008. №2. С.3–10
3.
Борде Б.И. Основы САПР неоднородных вычислительных
устройств и систем, Красноярск, изд. КГТУ с грифом Минобразования, 2001г.-
352с.
4.
Борде Б.И.
Программно - методический комплекс "Основы САПР неоднородных
вычислительных устройств и систем " Красноярск, КГТУ, 2002г. - CDROM (рус.,англ.). Номер гос. регистрации НТЦ ИНФОРМРЕГИСТР 0320702238.
5.
Борде Б.И. Многоуровневая структурная оптимизация
неоднородных вычислительных систем. Вестник Красноярского государственного
университета, Физико-математические науки, вып. 7,
2006, с. 155-161.
6.
Борде Б. И. Методы объектно-компонентного проектирования
неоднородных вычислительных систем. / Б. Борде
//Труды международной конференции CAD/CAM/PDM –