1.3 Структурно-функциональные модели ЦУ

     Любые цифровые схемы представимы совокупностью функциональных компонентов, которые принято называть примитивными элементами (ПЭ) или просто примитивами, и электрическими (гальваническими) связями, соединяющими указанные компоненты. Эти связи принято называть линиями или переменными. Логические эквиваленты электрических значений на линиях принято называть сигналами. Совокупность компонентов и соединяющих их линий принято называть структурно-функциональной моделью (СФМ).

     По способу описания компонентов СФМ и, соответственно, по видам процедур их обработки, модели компонентов делятся на компилятивные и интерпретативные.

     Компилятивные модели представляют собой процессы, реализованные в виде фрагментов компьютерных программ на языках программирования (обычно, достаточно низкого уровня). Процесс представляет собой способ описания ПЭ любой сложности в виде специальных процедур на языках программирования (С или Pascal) или описания аппаратуры (VHDL), которые позволяют вычислять выходные значения сигналов компонентов на основе известных значений входных сигналов. При реализации компилятивных процедур моделирования в иерархических структурно-функциональных моделях происходит уравнивание иерархии, т.е сведение иерархической модели к двухуровневой (процессы и связи между ними), компиляция этой модели в исполняемый код компьютерной программы с последующим выполнением моделирования.

     Достоинством компилятивных моделей является их высокое быстродествие, но на таких моделях нельзя выполнять "обратное" моделирование (вычисление входных значений по известным входным), и возникают большие проблемы при реализации на таких моделях моделирования неисправностей.

     Примером компилятивной системы моделирования является подсистема асинхронного событийного моделирования в рамках САПР Active-HDL.

     Интерпретативные модели компонентов обычно представляют собой табличные описания законов их функционирования, выполненные в соответствующих алфавитах. Такие табличные описания принято называть кубическими покрытиями (КП) или минимизированными таблицами истинности. Ниже приведены КП основных логических элементов [1].

Рисунок 1.13

     Процесс вычисление выходных значений сигналов компонента по известным входным при использовании интерпретативных (табличных) моделей компонента принято называть прямой импликацией, а вычисление входных значений по известным выходным - обратной импликацией.

     Недостатком интерпретативных моделей является их невысокое быстродествие, но на таких моделях можно выполнять обратную импликацию (моделирование назад), которое широко используется в задачах доопределения, в частности при генерации тестов. Поэтому в диагностических задачах применяются преимущественно интерпретативные схемные модели. Кроме того интерпретативные модели позволяют эффективно выполнять моделирования неисправностей. Многоуровневые иерархические интерпретативные модели обычно не применяются, а используются только двухуровневые СФМ.

     Примером интерпретативной системы моделирования является учебная система синхронного моделирования неисправностей DCP (Deductive Circuit Processor).

     Построение структурно-функциональной модели осуществляется путем ранжирования (нумерации) линий схемы и нумерации ее ПЭ.

     1. Выполняется нумерация по порядку внешних входов схемы, т.е. линий не имеющих предшественников.

     2. Следующими по порядку номерами нумеруются выходы примитивов, входы которых уже занумерованы, и которые не являются внешними выходами, т.е. имеют преемников.

     Пункт 2 выполняется до тех пор, пока не окажутся занумерованными все внутренние линии схемы.

     4. Следующими по порядку номерами нумеруются внешние выходы схем, т.е. линии не имеющие преемников.

     5. Нумеруются примитивные элементы в порядке следования номеров выходных линий данных элементов.

     6. Составляется список различных типов примитивов и для каждого типа ПЭ строиться табличная модель его функционирования в форме кубического покрытия (для моделирования) и D-покрытия (для построения тестов).

Рисунок 1.14 (Анимированый)