2005 г

Предположение.

Предполагается, что динамические модели микросхем, адекватные прототипам, созданные и размещенные в Internet, окажутся востребованными.

Такая модель выглядит так же, как на экране осциллографа выглядят входные и выходные последовательности реальной микросхемы. Модель позволяет увидеть поведение оригинала при любых входных последовательностях, в том числе, и при таких, при которых состояние микросхемы становиться неопределенным.

На практике при отладке узлов на микросхемах средней степени интеграции необходимы: макет узла, источники питания, генератор импульсов, осциллограф. При разработке прикладной системы на основе микроконтроллера все несколько сложнее, приходиться отлаживать как код программы, так и схемотехнику системы. При проектировании и отладке систем на основе микроконтроллеров используют симуляторы, внутрисхемные эмуляторы, дебаггеры.

Цель работы.

Оценить возможности Macromedia Flash, как инструмента для создания моделей микросхем. Сочетание редактора для рисования графических объектов и объектно-ориентированного языка для управления этими объектами – это хорошая предпосылка для выбора Flash в качестве инструмента.

Предмет моделирования.

На первом этапе, для моделирования выбраны микросхемы ТТЛ серии SN74/54, у нас это серии микросхем: 155, 555, 1531, 1533. С точки зрения написания модели не имеет существенного значения тип используемой технологии, по которой изготавливается микросхема: ТТЛ, ЭСТЛ или КМОП, хотя конечно, это будут разные модели. Гораздо более важным является степень интеграции микросхемы. Например, написать модель R-S триггера это одно, а модель АЦП, функционирование которого начнется только после предварительной записи в него ряда управляющих слов, это совершенно другое с точки зрения затрат временим и объема кода.

К моменту написания статьи реализованы модели простых микросхем: ЛН1 – логическое НЕ, ЛА3 – логическое 2И-НЕ, ЛЕ4 – логическое 3ИЛИ-НЕ, ТР2 – RS триггер, ТМ2 – RS/D триггер.

Технология моделирования.

Автор использует событийный метод моделирования. Суть его состоит в том, что обработке подлежат лишь события. Под событием понимается любое изменение входного воздействия или времени задержки срабатывания микросхемы, например, изменение потенциала или фронта импульса. Однако подчеркну, что речь идет о логическом, а не электрическом моделировании, – у этих двух направлений совершенно разные точки приложения усилий.

Событийное моделирование хорошо тем, что позволяет использовать минимум ресурсов процессора пользователя и канала доставки приложения.

Требования, предъявляемые к приложению.

В настоящее время модели микросхем включены в состав приложения ControlPanel.

Приложение соответствует следующим требованиям:

• Модели микросхем, по возможности точно отражают поведение оригиналов.
• Выходные сигналы генерируются быстро, без видимой задержки.
• Пользователь может задавать любые входные последовательности, в том числе и такие, при которых состояние микросхемы становится неопределенным.
• Объем загрузочного модуля приложения не превышает 100-150 кб. В противном случае будет использована оверлейная структура организации программы.

Описание интерфейса программы.

Верхняя часть приложение содержит меню, которое введено по большей части на перспективу развития. Меню создано на основе UI компонента MenuBar.

Иерархически раскрывающийся список содержит перечень микросхем для выбора пользователем. Полный список микросхем находится в XML файле на сервере, и при необходимости может быть подгружен в приложение. Для организации списка использован UI компонент Tree.

Генератор импульсов предназначен для задания входной импульсной последовательности по каждому из каналов. В настоящее время программа содержит четыре входных канала, однако, по мере создания новых моделей требующих большее число каналов, число их в приложении увеличивается. Для каждого канала может быть установлена отдельная импульсная последовательность с требуемой длиной импульса и скваженностью. Генератор выполнен на UI компонентах ComboBox, RadioButton, NumericStepper.

Задержка срабатывания микросхемы выполнена на UI компоненте NumericStepper.

В нижней части приложения находиться панель состояния, в ней отражаются неопределенные или ошибочные состояния моделируемой микросхемы.

Правая часть экрана приложения содержит входные и выходные импульсные последовательности.

Пользоваться приложением достаточно просто: следует выбрать микросхему и задать ей входные импульсные последовательности. Программа отобразит входные и выходные графики и возможно диагностику.

Организация программы.

Все модели микросхем выполнены в виде отдельных классов и содержат только логику работы микросхем. Классы микросхем не содержат кода визуализации входных или выходных последовательностей. Другими словами, содержимое и представление полностью разделены, класс микросхемы не делает ничего, чтобы отобразить какой либо график.

Входной информацией для объекта класса микросхемы служит многомерный массив событий, поступающий от входных каналов. Например, в модели микросхемы RS/D триггера любое событие анализируется с учетом всех четырех входных воздействий R,S,D,C.

Прорисовкой входных и выходных графиков занимаются специальные подпрограммы. Входом для программы прорисовки входных графиков служат параметры импульсных последовательностей, исходящих от генератора, и определенные пользователем. Входом для программы рисования выходного графика служит массив выходных значений объекта микросхемы.

Ниже приведен пример класса модели R-S триггера.

//***************************************
// Логический элемент : R-S триггер
//               	     автор : Вересов Евгений
//          дата создания : 10.11.05
//                         vers.: 1.0
//***************************************
class tp2 {
	private var input       : Array;		// Массив для входа
	private var output	 : Array;		// Выходной массив
	private var s     	 : Number		// Буфер первого канала
	private var r		 : Number		// Буфер второго канала
	private var sost	 : Number		// Состояние триггера

	// Конструктор
	public function tp2(){
	this.input	= new Array();
	this.output	= new Array();
	sost		= 0;
	s	          = null;
	r		= null;
	}

	// История точек входа 
	public function setInput(step:Number,value:Number, channel:Number):Void{
		this.input.push({x:step,y:value,ch:channel});
	}

	// формирование выхода
	public function out():Array {
		input.sortOn("x");
		var i = 0;

		for(i=0; i<input.length;i++){
			// Сохраним текущее значение
			if(input[i].ch==1) {s = input[i].y;}
			if(input[i].ch==2) {r = input[i].y;}

			// Если  s ==0 r==1
			if((s==0) && (r ==1)) {output.push({x : input[i].x, y : 1});sost=1}

			// Если  s ==1 r==0
			if((s==1) && (r ==0)) {output.push({x : input[i].x, y : 0});sost=0}

			// Если  s ==1 r==1
			if((s==1) && (r ==1)) {output.push({x : input[i].x, y : sost});}

			// Если  s ==0 r==0
			if((s==0) && (r ==0)) {output.push({x : input[i].x, y : null});}
			}
		return output;
	}
}