Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0161

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0161
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка программно-аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы
Докладчик
Брехов Олег Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Для обеспечения требуемого уровня сбоеустойчивости микросхем космического применения, реализующих сложные вычислительные алгоритмы, на этапе проектирования должны быть разработаны поведенческие модели функционирования этих схем, модели формирования основных типов сбоев, модели воздействия сбоев на работоспособность микросхем, а также модели средств парирования сбоев. Реализация этих моделей может быть обеспечена методами аппаратного и симуляционного моделирования. В данном проекте рассматривается задача определения оптимальной архитектуры программно-аппаратного комплекса (ПАК) при моделировании проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев.
Целями реализуемого проекта являются:
- разработка методики моделирования проекта микросхемы на базе СнК (система на кристалле) с имитацией сбоев;
- разработка оптимального варианта решения задачи контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах.
- разработка программно-аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529
Актуальность и новизна исследования
Для оценки актуальности и новизны проводимых исследований на этапе «Разработка методики моделирования проекта микросхемы с имитацией сбоев и определение требований к аппаратно - программным средствам моделирования» ПНИ проводились патентные исследования на тему: «Методы моделирования проектов микросхем с имитацией сбоев». Глубина поиска ограничивалась периодом с 2010 по 2015 год. В ходе исследований было выявлено 46 патентных документов (8 российских документов и 38 зарубежных документов), определяющих современный технический уровень разработок по данной тематике.
Показано, что исследования, выполненные в рамках ПНИ «Разработка программно – аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы» обладают новизной, патентной чистотой и патентоспособностью.
При этом зафиксирован рост числа публикаций в мире по данной тематике, что подтверждает актуальность проводимых исследований.
В ходе анализа результатов патентно-информационного поиска не выявлено авторских свидетельств, патентов на изобретения и полезные модели, заявок на изобретения и полезные модели, а также научно - технических публикаций, в которых описаны технические решения, совпадающие по всем существенным признакам с результатами исследований, достигнутыми при разработке программно-аппаратных средств контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы.
Описание исследования

Разработан экспериментальный образец ПАК контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы, предназначенный для анализа сбоеустойчивости проектов микросхем типа «система на кристалле».

Состав ПАК:

а) программный комплекс (ПК);

б) аппаратные средства (АС)

Программного комплекс содержит следующие компоненты: компонент обработки  проекта микросхемы, компонент генерации списка сбоев, компонент генерации тестовых воздействий, компонент обработки результатов моделирования проекта микросхемы с имитацией сбоев, компонент обеспечения моделирования  проекта микросхемы с имитацией сбоев.

Аппаратные средства ПАК включают: рабочую станцию, специализированные отладочные платы Xilinx Virtex-6 FPGA ML605 Evaluation Kit, приборно-измерительную базу для проведения испытаний. Рабочая станция ПАК представляет собой информационно-вычислительный комплекс, предназначенный для управления компонентами ПАК, а также для обработки и анализа информации в процессе выполнения моделирования проектов специализированных микросхем.

Программный комплекс ПАК предназначен для решения следующих задач: выполнение функционального анализа проекта микросхемы, созданного средствами САПР СнК; фиксация в проекте микросхемы блоков, в которых возникновение сбоев является наиболее вероятным; определение последствий возникновения сбоев в функционировании микросхемы; формирование внешних воздействий для контроля сбоеустойчивости микросхемы; формирование данных для программирования аппаратных средств, обеспечивающих имитацию сбоев в соответствии с разработанной методикой; моделирование функционирования проекта микросхемы с имитацией сбоев в соответствии с разработанной методикой; формирование временных диаграмм внутренних сигналов проекта микросхемы при имитации сбоев; анализ, хранение и обработка данных о моделировании проекта микросхемы с имитацией сбоев.

Рабочая станция ПАК решает следующие задачи: подготовка и управление проектом; генерация сценария неисправностей; организация взаимодействия и передачи данных между компонентами ПАК.

Специализированные отладочные платы содержат в своем составе модули: тестовой микросхемы, подачи входных воздействий, внесения сбоев, сбора откликов, буферизации, локального управления, приема и передачи данных.

Аппаратные средства ПАК обеспечивают выполнение следующих функций: проведение функционального анализа проекта микросхемы, созданного средствами САПР СнК; обнаружение в проекте микросхемы блоков, в которых возникновение сбоев является наиболее вероятным; определение последствий возникновения сбоев в функционировании

микросхемы; формирование внешних воздействий для контроля сбоеустойчивости микросхемы.

Центральным элементом ПО рабочей станции является компонент обеспечения моделирования проекта с имитацией сбоев из состава программного комплекса ПАК. Данный компонент осуществляет взаимодействие со программным обеспечением, включающим САПР СнК, САПР Xilinx ISE и драйвер PCI-Express.

Методика моделирования проекта микросхемы на базе СнК реализована на основе метода внедрения неисправностей и позволяет выполнять высокопроизводительное моделирование проектов микросхем типа «система на кристалле» с имитацией сбоев.

Реализация метода внедрения неисправностей данного проекта обеспечивает оптимальное соотношение аппаратно-программных средств ПАК между специализированными платами, осуществляющими непосредственную эмуляцию целевых микросхем, и основной частью ПАК.

ПАК позволяет реализовать проекты специализированных микросхем объёмом не менее 8 000 000 транзисторов, посредством автоматизированного проектирования специализированных микросхем типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529.

ПАК обеспечивает моделирование проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев с возможностью коррекции проекта.

Результаты исследования

В процессе проведения исследований осуществлены следующие мероприятия:

  • проведен анализ отечественных и зарубежных патентов, относящихся к направлению «Методы моделирования проектов   микросхем с имитацией сбоев», на соответствие проводимых исследований текущему мировому уровню;
  • осуществлена сравнительная оценка методов моделирования проектов микросхем типа «система на кристалле» с имитацией сбоев;
  • проведены исследования по определению типов сбоев, возникающих в микросхемах;
  • обоснован оптимальный вариант решения задачи контроля сбоеустойчивости проекта специализированной микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах;
  • разработана методика моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллов с имитацией сбоев;
  • определены технические требования к программному комплексу и аппаратным средствам ПАК;
  • определены структурная и функциональная схемы ПАК;
  • разработана поведенческая модель проекта тестовой микросхемы для испытаний ПАК на синтезируемом подмножестве языка описания аппаратуры и верификации SystemVerilog (IEEE Std 1800-2009);
  • разработаны программы и методики экспериментальных исследований макетных и экспериментальных образцов тестовых микросхем;
  • разработаны комплекты программной и конструкторской документации на программный комплекс и аппаратные средства ПАК;
  • разработаны программа и методика автономных испытаний программного комплекса ПАК;
  • разработаны программа и методика комплексных испытаний программного комплекса и аппаратных средств, входящих в состав ПАК;
  • изготовлены и исследованы пластины с кристаллами макетных и экспериментальных образцов различных типов тестовых микросхем для отладки поведенческой модели тестовой микросхемы и для интеграционных испытаний экспериментального образца ПАК;
  • проведены автономные испытания разработанных сложно-функциональных модулей для реконфигурируемых компонентов в составе аппаратных средств и программного комплекса ПАК;
  • проведены комплексные испытания программного комплекса и аппаратных средств ПАК;
  • в процессе комплексных испытаний апробирована методика моделирования проекта микросхемы с имитацией сбоев на примере моделирования проектов микросхем типа «система на кристалле» на базовых кристаллах серий 5521 и 5529;
  • проведена корректировка поведенческой модели проекта тестовой микросхемы по результатам комплексных испытаний программного комплекса и аппаратных средств ПАК.

Основными результатами работы являются: методика моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев, экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (ПАК) контроля сбоеустойчивости проекта микросхемы.

Практическая значимость исследования
Внедрение в САПР высокопроизводительной методики моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев обеспечит сокращение сроков проектирования, верификации, тестирования и испытания проектов микросхем.
Разработанный программно-аппаратный комплекс использован для демонстрации методики моделирования проекта микросхемы типа «система на кристалле» на базовых кристаллах с имитацией сбоев. ПАК может быть представлен на различных российских и международных научно-технических выставках, использован в рамках выполнения НИР, ОКР, НИОКР или международных проектов, связанных с проектированием и разработкой вычислительных систем авиационно-космической отрасли. Целесообразно использование ПАК в качестве стенда для проведения лабораторных работ и выполнения курсовых и выпускных квалификационных работ студентами университетов авиационно-космического профиля.
Результаты работы могут быть использованы предприятиями авиационно-космической отрасли, осуществляющие выпуск аппаратуры с повышенными требованиями к сбоеустойчивости, такие как: АО «НИИ «Субмикрон», ОАО «Корпорация «Комета», ФГУП «МОКБ «Марс», АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева», ОАО «РКС».
Результаты работы будут востребованы при разработке импортозамещающей электронной компонентной базы на основе СнК для ключевых отраслей промышленности.
Проект послужит основой для создания в России национальной системы подготовки разработчиков ИС на базе российских ВУЗов.
Результаты исследований доложены на двух международных конференциях и представлены в 2 научно-технических статьях, опубликованных в изданиях, индексируемых Scopus и Web of Science. На основе алгоритмических и программных результатов научно-технической деятельности в Федеральный институт промышленной собственности поданы заявки на регистрацию 4 программ для ЭВМ, входящих в состав программного комплекса ПАК.