Entwurfsmethodik heterogener Systeme

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Abstract

In dieser Dissertation wird ein simulationsbasierter Entwurfsablauf zur Entwicklung heterogener Systeme vorgestellt. Ein heterogenes System, das Sensorik, Signalaufbereitung, digitale Signalverarbeitung und Aktoren enthält, kann vollständig simuliert werden, wenn geeignete Modelle für die Gesamtsystemsimulation erstellt werden. Bei der Entwicklung der Bestandteile des heterogenen Systems werden jedoch genauere Modelle benötigt, welche die Eigenschaften der betrachteten Komponenten mit mehr Details beschreiben. In dieser Arbeit werden mathematische Kriterien definiert, die zur Klassifizierung der Simulationsbeschreibungen genutzt werden. Diese beschreiben Abstraktionsklassen, die über viele verschiedene Anwendungsdomänen hinweg gleichermaßen genutzt werden können. Der vorgestellte Entwurfsablauf zur Entwicklung heterogener Systeme basiert auf einem konsequenten Einsatz von Zeitbereichssimulationen und modellbasierten Validierungsschritten. Dabei nimmt die Gesamtsystemsimulation einen hohen Stellenwert ein. Die Wartung und Weiterentwicklung der Gesamtsystemmodelle während des Entwurfsprozesses und der fließende Übergang von vereinfachten Modellen zu realitätsnahen Beschreibungen erfordert ein Simulationssystem, in dem Modelle der unterschiedlichen Modellklassen gemeinsam simuliert werden können. Die Simulationsumgebung, die während der hier beschriebenen Doktorarbeit realisiert wurde, ermöglicht die gemeinsame Simulation von Modellen aus drei Abstraktionsklassen. Das zugrundegelegte Konzept baut auf einem kommerziellen VHDL-AMS Simulator, einer FPGA-Karte mit PCI-Schnittstelle, sowie einem RAD Tool auf. Die FPGA-Karte ermöglicht eine Simulation der digitalen Komponenten des heterogenen Systems in Echtzeit und, wie am Beispiel eines Echtzeit-Bildverarbeitungs-Projekts dargestellt, sogar eine beschleunigte Ausführung der Aufgabenstellung. Der integrierte VHDL-AMS Simulator wird zur Ausführung von Modellen der Sensorik und der analogen Schaltungen genutzt, wobei die Bedeutung des Refactorings während der Entwicklung dieser Komponenten insbesondere am Beispiel des virtuellen Dekompressionsrechners vDC gezeigt wird. Anhand dieses Demonstrators wird gezeigt, wie der Entwicklungsvorgang vereinfacht werden kann, indem man die Arbeitsschritte in einfache überschaubare Arbeitseinheiten zerlegt. Bei diesen wird zwischen kreativen Arbeitseinheiten und Refactorings unterschieden. Die im Anhang ausführlich beschriebenen Refactorings ermöglichen eine unkomplizierte, systematische Umformung der vorhandenen Beschreibungen in optimierte Beschreibungen.

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  • Vom Fachbereich Informatik

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