Амаева Д.К.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Дагестанский государственный технический университет»

Моделирование однородных регистровых сред с программируемой структурой.

Регистровые среды с программируемой структурой находят широкое применение в вычислительной технике и технике передачи информации. На их основе формируются генераторы псевдослучайных чисел, цифровые фильтры, сигнатурные анализаторы, кодирующие и декодирующие устройства, кодов обнаруживающих и исправляющих ошибки, и другие устройства. В этом заключается актуальность выбранного направления исследования.

Проведённый патентный поиск показал, что проблеме создания типовых элементов для создания программируемых сред исследователями уделяется достаточно много внимания. В основном используются для создания программируемых регистровых сред два типа элементов:

- типовые элементы (И, ИЛИ, НЕ, исключающие ИЛИ), представляющие собой комбинационную схему;

- типовые элементы матричной структуры (на основе постоянных запоминающих устройств, программируемых логических матриц и т.п);

Универсальная логическая ячейка построенная на элементах первого типа отличаются простотой, однако при их рассмотрении не предусматривается схема сопряжения ячеек и при реальном применении ячейки для реализации устройства получается довольно громоздкая схема сопряжения и теряются все преимущества данных схем.

Программируемая логическая матрица

Известны устройства для запоминания данных и кодопреобразования - программируемые логические матрицы (ПЛМ), состоящие из двух частей: подматрицы выработки логических произведений и подматрицы выработки выходных слов[1]. Недостатками устройства являются большое время программирования в условиях эксплуатации; невозможность перепрограммирования для использования ПЛМ в других целях, так как программирование осуществляется электрическим пережиганием специальных плавких участков; невозможность исправить (восстановить) связи, пережжённые ошибочно.

Программируемые регистровые структуры содержат блок управления и настройки, и блок, представляющий собой среду, состоящую из одинаковых функциональных элементов – ячеек, соединенных между собой гибкими, управляемыми программными связями, образующими однородную программируемую регистровую структуру, которая позволяют осуществлять прием сигналов каждым из ее элементов как от внешней среды – общего входа, так и по цепи обратной связи.

На рисунке №1 приведена схема универсальной логической ячейки с программируемой структурой.

Рис. 1. Схема универсальной логической ячейки программируемой однородной среды

Универсальная логическая ячейка с программируемой структурой содержит синхронный D - триггер (Т), сумматор по модулю два (XOR), восемь логических элементов И, три логических элемента ИЛИ. Для моделируемой ячейки однородной среды характерно также наличие информационных входов элементов - X0, X1, X2 и управляющих сигналов – 1,2,3,4,5,6,8,9 а также информационных выходов элементов - Y1-Y3.

Приведенная схема ячейки позволяет менять в однородной среде, построенной на ее основе менять выполняемые средой функции и менять структуру связей между ячейками управляя направлением информационных потоков.

На рисунке №2 приведена схема универсальной логической ячейки с программируемой структурой в пакете прикладных программ Microcap 8. MicroCap-8 - это универсальная программа схемотехнического анализа, предназначенная для решения широкого круга задач.

Рис. 2. Схема универсальной логической ячейки программируемой однородной среды в программе Microcap

Для того, чтобы посмотреть поведение схем во временной области делается анализ переходных процессов. Он позволяет ответить на вопрос, что произойдет, если к собранной схеме подключить источники питания и источники сигналов. Полученные графики позволяют просматривать процессы в моделируемой схеме так же, как это в реальности делается при помощи осциллографа или логического анализатора. При запуске анализа переходных процессов из режима построения схемы или после иных видов анализа командой Analysis>Transient программа МС8 проверяет правильность составления схемы. При отсутствии ошибок в схеме программа составляет ее топологическое описание, выполняет подготовку к численному

расчету переходных процессов и открывает окно задания параметров моделирования Transient Analysis Limits. Окно задания параметров моделирования приведено на рисунке № 3.

Рис. 3. Окно задания параметров моделирования

В окне задания параметров расчета переходных процессов имеются следующие разделы.

Запуск - начало моделирования

Добавить - добавление еще одной строки спецификации вывода результатов

после строки, отмеченной курсором.

Удалить - удаление строки спецификации вывода результатов, отмеченной

курсором.

По шагам - открытие диалогового окна задания вариации параметров.

Числовые параметры окна Transient Analysis Limits.

Диапазон времени - конечное и начальное время расчета переходных процессов.

Максимальный шаг по времени - максимальный шаг расчета.

Количество точек - количество точек, выводимых в таблицы, т. е. количество строк в таблице вывода результатов, по умолчанию принимается равным 51.

Температура - диапазон изменения температуры в градусах Цельсия;

X Expression - имя переменной, откладываемой по оси X. Обычно при анализе переходных процессов по этой оси откладывается время (переменная Т).

Y Expression - математическое выражение для переменной, откладываемой по оси У. Это может быть простая переменная, например, состояние какого-то выхода.

X Range - задает максимальное и минимальное значение переменной X на графике, а также расстояние между линиями координатной сетки.

Y Range - задает максимальное и минимальное значение переменной Y на графике, а также расстояние между линиями координатной сетки.

Результаты моделирования показаны на рисунках №4 и №5.

Рис. 4. Результаты моделирования универсальной логической ячейки программируемой однородной среды

Рис. 5. Результаты моделирования универсальной логической ячейки программируемой однородной среды

Результаты моделирования приведенные на рисунке №4 показывают, что триггер работает в режиме сохранения информации. Результат моделирования, показанный на рисунке №5 показывает, что схема работает в режиме генерации или переключения. Результаты моделирования показывают, что схема универсальной логической ячейки с программируемой структурой работает правильно и можно продолжать дальнейшие исследования.

В заключение можно отметить, что существуют различные регистровые среды с программируемой структурой, отличие которых состоит в различии используемых функциональных ячеек. Получили данные среды название «полиномиальные регистровые среды». Эти среды разработаны применительно к выполнению преобразований информации в двоичных расширенных полях Галуа[2]. Существует значительная группа элементов, которые позволяют строить программируемые среды различной степени сложности, соответственно обладающие различной возможностью для формирования в их составе преобразователей информации и функциональных узлов.

Литература.

1. Угрюмов Е. П. Глава 7. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика, базовые матричные кристаллы / Цифровая схемотехника. Учеб. пособие для вузов. Изд.2, БХВ-Петербург, 2004. С. 357.

2. Лидл Р. Нидеррайтер Г. Конечные поля. В 2-х тт. — М.: Мир, 1998.