11-ma’ruza mavzu: O‘rnatilgan tizimlarning apparat vositalarini loyihalash Reja

11-MA’RUZA
Mavzu: O‘RNATILGAN TIZIMLARNING APPARAT VOSITALARINI LOYIHALASh


Reja:
11.1.O‘rnatilgan tizimlarni loyihalashning umumiy masalalari.
11.2.Mikrokontroller asosida o‘rnatilgan tizimni loyihalash.
11.3.Apparat ta’minotini loyihalash.

Tayanch iboralar: loyihalash, komponent asosini loyihalash, loyixa platformasi, jismoniy tashkillashtirish, mantiqiy tashkillashtirish, ilmiy-tadqiqot ishlar bosqichi, tajriba-konstruqtorlik ishlari, ishlab chiqarish bosqichi.

11.1.O‘rnatilgan tizimlarni loyihalashning umumiy masalalari
Avtomatizatsiya masalalarini va ularni yechish usullarini turliligi o‘rnatilgan tizimlarning juda ko‘p sonli variantlarini tug‘ilishiga sababchi bo‘ladi. Mavjut texnik cheklanishlarni va moliyaviy-vaqt resurslarini ajratilishini hisobga olinganda, joriy etilish variantini tanlash loyihalashtiruvchi uchun murakkab ilmiy-texnik masalaga aylanishi mumkun. Loyihalashtirilishi kerak bo‘lgan predmet haqida aniq tasavvurga ega bo‘lish, uni yaratish vosita va usullariga ega bo‘lish, tanlashni bilish yoki unga o‘xshashini yaratish loyihalashtiruvchiga juda muhim.
Bundek tizimlar uchun bo‘lishi mumkun bo‘lgan arxitektura yechimlarining keng doirasini hisobga olgan holda, o‘rnatilgan tizimlarni nazorat qilinuvchi yoki boshqariluvchi ob’ekt bilan bevosita muloqatda bo‘luvchi va u bilan bir konstruksiyaga birlashgan mahsuslashtirilgan (buyurtma) hisoblash tizimlaridek qabul qilamiz. Bu tizimlar boshqariluvchi ob’ekt bilan “chuqur integrallashtirilgan” (ob’ektga singdirilgan), shuning uchun ularning elementlari resurs bo‘yicha amaliy jixatdan har doim cheklangan, ko‘pincha alohida. O‘rnatilgan tizimlar o‘lchami va murakkabligi bo‘yicha juda keng doirada o‘zgaradi.
Yuqorida etilganlarni hisobga olgan holda, loyihalashda ko‘rilayotgan o‘rnatilgan tizimlar ikkita asosiy xususiyatlar bilan harakterlanadi:

• 
  bu real vaqt tizimlari, ularda chiqish ta’sirini hosil qilish vaqti muhimdir (transportni, texnologik jixozlarni, savdo terminallarini boshqarish);
  
• 
  bu hisoblash tizimi, u kompyuter yadrosini ishlov berish elementi sifatida ishlatuvchi, ammo uning asosiy vazifasi boshqariluvchi ob’ektni samarali ishlatishdir.
  

Ushbu o‘quv qo‘llanma doirasida keyinchalik o‘rnatilgan tizimni loyihalashtirish ushbu qoida nuqtaiy nazaridan ko‘riladi.
O‘rnatilgan tizimni yaratish jarayoni yuqori darajada murakkabligi bilan harakterlanadi. Bu loyihalashtirishga berilgan shartlarning turliligi bilan belgilanadi, masalalarni nostandartligi, yechimlarni texnik optimallik talablari (hisoblash resurslarning cheklangan modeli), loyihalashtirishning minimal vaqt va moliyaviy budjetlari, shuningdek qo‘shimcha talablar va cheklanishlarning borligi (ishonchlilik, real vaqtni cheklanganligi, foydalanishning og‘ir sharoiti va boshqalar).
O‘rnatilgan tizimni yaratishning asosiy xususiyati bu kompleks loyihalashtirish zarurligida, o‘rnatilgan tizimlarni tashkillashtirishni amaliy jixatdan barcha bosqichlarini qamrab olinadi. O‘rnatilgan tizimlarni yuqori darajada (arxitekturaviy, HLD – High Level Design) loyihalashtirishning usul va vositalarini rivojlantirish birinchi navbatli ahamiyat kasb etadi, unda loyihalashtirishning maqsadi kabi markaziy o‘rinni hisoblash jarayonning barcha fazalarini tashkillashtirishga yaxlit qarashni hosil qilish egallaydi.
O‘rnatilgan tizimlarning zamonaviy platformalari.
O‘rnatilgan tizimlarni yaratishda ishlatiladigan texnologiya va platformalarning turali hildagi variantlari mavjut. Ularning hammasini yetarli yuqori darajada egallab bo‘lmaydi, shuning uchun aniq yechimlarni aniq holatlarda ishlatishga yo‘naltiruvchi (yoki ularni ishlatishni maslaxat beruvchi) ko‘p sonli andozalar, o‘xshash ishlamalar, soxa standartlari taklif etiladi.
Aytib o‘tilganidek o‘rnatilgan tizimlarning vazifasi – amaliy masalani hisoblashni texnika vositalari yordamida yechish. Bu bildiradiki, loyihalashtirish asosini maqsadli hisoblash jarayonini apparatli va dasturiy vositalar orqali tashkillashtirish masalasidan iborat.
O‘rnatilgan tizimni jismoniy tashkillashtirish bosqichlari mantiqiy tashkillashtirish, tizim arxitekturasi bilan aniqlanadi. Bir hil funksiyalar arxitekturani xoxishiy bosqichida joriy etilishi mumkun. Amalda bosqichni tanlash narx bilan olinadigan ko‘rsatgichlar o‘rtasidagi kelishuvdan iborat. Bu tanlash o‘rnatilgan tizimlarni loyihalashtirishdagi markaziy muammolardan biri hisoblanadi, u odatda dasturiy va apparat tashkil etuvchilari o‘rtasida bajariladigan vazifalarni taqsimlash masalasiga keltiriladi.
Arxitektura nuqtaiy nazaridan bugungi o‘rnatilgan tizimlar yetarli darajada turli-tumandir. Ular turlicha ishlash tamoilli protsessorlarga ega, ularning soni ko‘plab bo‘lishi mumkun, ayniqsa turli turlarni tashkil etadi. O‘rnatilgan tizimlar xudud bo‘yicha jamlangan va tarqatilgan bo‘lishi mumkun (kompyuter, kontroller tarmoqlari, kristalda tarmoq). Ularda turli operatsion tizimlar (OT), muloqatni tarmoq stek protokollari, hisoblashlarni virtuallashtirish vositalari ishlatilishi mumkun. Hisoblashlarning o‘zi hisoblashlarni ko‘p sonli turli modellari asosida qurilishi mumkun, ular dasturlash (C , Java, Prolog, Haskell, IEC 61131-3) va loyihalash tili asosini tashkil etadi (Verilog, SystemC, AHDL, UML).
O‘rnatilgan tizim loyihalashtiruvchisi asos sifatida turli hisoblash platformasini ishlatishi mumkun, ular loyihalashtirish uchun turli sarf-harajatni talab etadi, chunki ular turli darajada apparat-dasturiy ta’minlanishga ega, ulardan birining asosida tugatilgan tizimni qurish kerak bo‘ladi. Yaratilayotgan tizimlar reaktivligi bo‘yicha (real vaqtni voqeaga etibori), ishlash ishonchliligi va bashorat qilinishi bo‘yicha, loyihalashtiruvchining talab etiladigan malakasi, ishning narxi bo‘yicha jiddiy farq qiladi. Bu platformlarning hisoblashlarni tashkillashtirish darajasini tahlillash ko‘rsatadiki, amaliyotda barcha darajalarda ishlar bajariladi va ayniqcha turli darajalar birgaligida.
Quyida asosiy bundek toifadagi loyiha ishlari sanab o‘tilgan:

• 
  amaliy dasturiy ta’minotni tanlash yoki loyihalashtirish;
  
• 
  tizimli dasturiy ta’minotni tanlash yoki loyihalashtirish;
  
• 
  tayyor to‘plamdan ob’ekt bilan tashqi aloqa qurilma modullarini tarkibini aniqlash;
  
• 
  ob’ekt bilan aloqa qurilmasini loyihalash;
  
• 
  tayyor komponent asosida o‘rnatilgan tizimning markaziy hisoblash resurslarini loyihalash;
  
• 
  komponent asosini loyihalash.
  

Loyiha platformasi, arxitektura darajasidagi yechim bo‘lib o‘rnatilgan tizimlarni yaratishning ananaviy texnologiyasidek loyihalashtirishni va yaratishni amaliy jixatdan butun yo‘nalishini va qadamlarini aniqlab beradi. Shuning uchun aynan u o‘rnatilgan tizimlarni yaratish texnologiyasini klassifikatsiya belgilari sifatida namayon bo‘lishi mumkun. Platforma va hisoblash masalasini yechish texnologiyasini, o‘rnatilgan tizimni loyihalashtirishning asosiy andozasi sifatida qarash kerak bo‘ladi.
Bugungi kunda keng ko‘lamda ishlatiladigan platformalarga quyidagilar kiradi:

• 
  sanoat shaxsiy kompyuteri (SShK);
  
• 
  dasturlanuvchi mantiqiy kontrollerlar (DMK, PLC);
  
• 
  mobil va internet-qurilmalar (smartfonlar va planshetlar);
  
• 
  kontrollerli va sensorli tarmoqlar;
  
• 
  mikrokontrollerlar;
  
• 
  signal protsessorlari (DSP);
  
• 
  dasturlanuvchi mantiq (dasturlanuvchi mantiqiy integral sxema, PLD FPGA);
  
• 
  buyurtmali juda katta integral sxema (JKIS) (ASIS, ASIP, SoC, Network on Chip).
  

Siniflanishning asosiga o‘rnatilgan tizimlarning servislari va resurslarini pastki bosqichi qo‘yilgan, u loyihadagi hisoblash elnmentini asisiy turini mustaxkamlaydi. Sanoat ShK va DMK platformalari nisbattan oson va tez amaliy tizimni yaratish imkonini beradi, biroq bu samaradorlik faqat tipik texnik topshiriq doirasida namoyon bo‘ladi.
Mikrokontroller va signal protsessorlarni loyiha platformalari loyihalashtiruvchiga keng imkoniyatlar yaratadi. Ular o‘zining xususiyatlariga ega, birinchi navbatda tizimli dasturiy ta’minotni tashkillashtirishda va arxitekturani ochiqlik darajasida. Platforma sifatida dasturiy va apparatli moslashuvchanlikka ega bo‘lgan dasturlanuvchi mantiqiy integral sxema (DMIS) muvaffaqiyatli ishlatilmoqda. Mahsus komponent asosini yaratishni maqsad qilib olgan mahsus loyihalar bor, birinchi navbatda SoC, ASIP, ASIC.
Mobil va internet-qurilmalar platformasi alohida o‘rinni egallaydi, u o‘rnatilgan tizimlarning mobil terminallari sifatida faol ishlatila boshlandi, shu bilan bir qatorda tarkibida SCADA bilan va tarmoq kontroller platformalarida, ular taqsimlangan tashkillashtirishli o‘rnatilgan tizimlarda tizimni hosil qiluvchi yechim sifatida namoyon bo‘ladi.