Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Трассировка и самолечение в POSIX-системах [№4 за 2014 год]
Авторы: Бомбин А.А., Галатенко В.А., Костюхин К.А.
Просмотров: 8877
В работе дается определение оригинальной концепции контролируемого выполнения, разработанной авторами статьи, обосновывается важность этой концепции при создании сложных систем. Под контролируемым выполнением понимается специально организованный процесс функционирования аппаратно-программной системы, целью которого является выполнение системой своих задач несмотря на наличие ошибок, атак и отказов. Основными положениями концепции контролируемого выполнения являются интеграция средств информационной безопасности, отладки и управления; распространение контролируемого выполнения на все этапы жизненного цикла системы; целостность набора средств контролируемого выполнения, различающихся по степени воздействия на целевую систему, возможность взаимодействия между этими средствами. Частные случаи контролируемого выполнения: применение средств управления информационными системами, интерактивная отладка, мониторинг систем, самоконтроль систем, воспроизведение предыдущих сеансов работы систем, моделирование, сбор и анализ количественных характеристик функционирования систем, самолечение систем. В контексте контролируемого выполнения авторами предложена методика самолечения POSIX-систем, основанная на использовании механизма трассировки. Дается краткий обзор механизма трассировки, описанного в POSIX-2001, предлагается методика самолечения программных систем, основанная на этом механизме и интегрированная в концепцию контролируемого выполнения. Стандарт POSIX-2001 фиксирует минимальную функциональность средств трассировки, которые должна предоставлять POSIX-совместимая операционная система. Под трассировкой в стандарте POSIX-2001 понимаются по-рождение, накопление и анализ данных о событиях, имевших место при выполнении пользовательского приложения. Работа иллюстрируется небольшим примером, который может быть полезен при практическом применении методики самолечения.

2. Визуальный редактор и модуль расчета функциональных схем для имитационно-тренажерных комплексов [№4 за 2014 год]
Авторы: Михайлюк М.В., Торгашев М.А.
Просмотров: 10792
Важной составляющей имитационно-тренажерных комплексов является система управления, которая используется для управления двигателями, полезной нагрузкой, исполнительными механизмами, бортовым питанием и т.д. Она может быть представлена в виде функциональной схемы, элементы которой называются функциональными звеньями или функциональными блоками. В области моделирования систем управления на основе функциональных схем существует большое количество разработок, однако остается актуальной задача создания более простых и доступных систем моделирования на основе функциональных схем для имитационно-тренажерных комплексов. В статье описывается программный комплекс для создания, тестирования, редактирования и расчета функциональных схем, предназначенный для имитационно-тренажерных комплексов управления роботами и манипуляторами, виртуальных лабораторий и обучающих систем. Подробно рассмотрены функциональные возможности и технология работы визуального редактора функциональных схем, а также алгоритм и схема работы модуля их расчета. Предложенный редактор обладает широкими функциональными возможностями и позволяет моделировать достаточно сложные схемы. Модуль расчета реализован в виде динамической библиотеки, которая может быть подключена к любому программному комплексу. Разработанная технология позволяет расширять функциональные возможности за счет подключения дополнительных программных модулей, которые могут включать реализацию как специальных вычислительных блоков, так и блоков для обмена данными, например с внешними пультами. Возможности применения предложенной системы для имитационно-тренажерных комплексов проиллюстрированы на примере моделирования управления антропоморфным роботом в ручном и копирующем режимах. Преимуществами системы являются простота ее использования, нетребовательность к ресурсам и расширяемость.

3. Моделирование распределения потенциала в рабочей области полевого транзистора со структурой «германий на изоляторе»: аналитическая модель и ее приложения [№4 за 2014 год]
Автор: Масальский Н.В.
Просмотров: 10067
Обсуждаются вопросы моделирования характеристик транзисторных структур, выполненных по технологии нового поколения – «германий на изоляторе». Рассматривается один из возможных подходов к аналитическому решению 2D-уравнения Пуассона для потенциала в рабочей области полевого двухзатворного нанотранзистора со структурой «германий на изоляторе» и архитектурой «без перекрытия областей затвора и стока/истока». Для потенциала получено аналитическое решение уравнения Пуассона с использованием принципа суперпозиции. Рассматриваются физические ограничения технологических параметров исследуемых транзисторных структур для оптимизации их электрофизических характеристик, в частности, эффективного подавления короткоканальных эффектов. Показывается, что в исследуемых устройствах эти эффекты проявляются в большей степени, чем в аналогичных структурах «кремний на изоляторе». На основе численных решений уравнения Пуассона анализируются зависимости от технологических параметров ряда основных электрофизических характеристик, таких как распределение потенциала в рабочей области, порогового напряжения и крутизны подпороговой характеристики. Нелинейный характер полученных зависимостей обусловлен экспоненциальным ростом объемного заряда в рабочей области транзистора. Для выбранных топологических норм оптимизация параметров, определяющих области стока и истока, предоставляет дополнительную степень свободы управления ключевыми характеристиками наряду с толщиной рабочей области и подзатворного окисла фронтального затвора, что важно при анализе применимости транзисторных структур «германий на изоляторе».

4. Использование Synopsys Design Compiler для синтеза самосинхронных схем [№4 за 2014 год]
Автор: Сурков А.В.
Просмотров: 10675
Потребности промышленности в высоконадежных вычислительных комплексах обусловили рост популярности асинхронной логики. Основными достоинствами асинхронных схем являются повышенная сбоеустойчивость и расширенный температурный диапазон эксплуатации. Среди недостатков следует отметить большую длительность проектирования вследствие отсутствия средств автоматизации проектирования асинхронных схем. Самосинхронные схемы являются наиболее простым для проектирования подклассом асинхронных схем. Для их создания чаще всего используется метод перекрестной реализации, который позволяет использовать синхронные схемы в качестве промежуточного этапа. Синхронная схема должна выполнять аналогичную функцию и может быть синтезирована обычным способом. Конвертация промежуточной синхронной схемы в самосинхронную может осуществляться с использованием шаблонов и поэтому легко автоматизируется. В качестве средства автоматизации выбрана система автоматизированного проектирования Synopsys Design Compiler (DC), которая используется для синтеза синхронных схем и может исполнять скрипты, написанные на языке Tcl. Весь процесс создания самосинхронной схемы делится на три этапа: предварительный синтез синхронной схемы из спецификации на языке Verilog HDL, конверсия в два канала и построение схемы индикации окончания переходных процессов. В завершение осуществляется оптимизация нагрузочной способности элементов схемы с использованием возможностей статического временного анализа DC. Все этапы проходятся под управлением одного скрипта, работающего в консоли DC, поэтому процесс полностью автоматизирован. В настоящий момент скрипт ограниченно функционален и может обработать только одну стадию конвейера за запуск.

5. Метод рир-проекции в подсистеме визуализации тренажерно-обучающей системы [№4 за 2014 год]
Авторы: Гиацинтов А.М., Мамросенко К.А.
Просмотров: 9954
В ряде отраслей (например в авиационно-космической) в настоящее время ощущается нехватка квалифицированных специалистов, способных профессионально управлять сложными техническими системами. Требуются многократное повышение производительности учебных центров, в том числе за счет внедрения новых методик подготовки, и создание более совершенной тренажерной базы. Мультимедийные технологии при построении тренажерно-обучающих систем позволяют создавать банки данных учебных материалов, содержащие изображения, тексты, сопровождающиеся аудио, видео и другими визуальными эффектами; включают в себя интерактивный интерфейс; позволяют эффективно использовать накопленную информацию при организации дистанционного и распределенного обучения. Одним из видов мультимедийной информации, использующейся в тренажерно-обучающих системах, является графический виртуальный образ инструктора. Для его внедрения в единое синтезированное трехмерное окружение создан метод рир-проекции, базирующийся на методе 3D-кеинга. Основной идеей технологии кеинга является выделение объекта от однородного фона. Данный процесс можно описать как процесс создания маски, содержащей информацию о прозрачности изображения и отделяющей объект от остального изображения. Так как любая реализация кеинга ресурсоемка, при обработке изображений большого размера на центральном процессоре трудно достичь работы подсистемы визуализации в реальном масштабе времени. Это требование к под-системе визуализации является одним из базовых, поэтому разработано решение, позволяющее использовать вычислительную мощность графического процессора для реализации кеинга.

6. Способы инициализации многопроцессорной системы [№4 за 2014 год]
Автор: Лавринов Г.А.
Просмотров: 11817
Любая многопроцессорная система должна быть проинициализирована по включении питания. В данной работе рассматриваются системы на базе RapidIO. От правильной настройки маршрутов среды RapidIO зависит корректная работа системы в целом. Существуют два алгоритма инициализации – динамический и статический. Алгоритм динамической инициализации RapidIO, приведенный в спецификации, имеет ряд недостатков, одним из которых является отсутствие информации о физическом составе системы после инициализации. Для некоторых задач, к примеру, по тестированию многопроцессорной системы, это недопустимо. Поэтому необходимо использовать статическую инициализацию, которая подразумевает уже заранее подготовленный набор команд для настройки маршрутов между устройствами. Для эффективного создания набора команд, осуществляющих инициализацию, предлагается применять конфигуратор, использующий базовые блоки RapidIO. Система рассматривается как набор базовых блоков, имеющих уникальные номера портов коммутаторов RapidIO. Конфигуратор, принимая на вход структуру из географического адреса модуля, модели модуля и связи с остальными модулями, формирует на выходе набор служебных пакетов для инициализации коммуникационной среды RapidIO. Эффективность данного способа в большей мере проявляется при построении различных модификаций многопроцессорной системы. В статье описаны существующая на сегодняшний день аппаратная поддержка инициализации среды и ее применение в тестируемой системе.

7. Анализ интервально стохастических температурных полей технических систем [№4 за 2014 год]
Авторы: Мадера А.Г., Кандалов П.И.
Просмотров: 8523
Практика показывает, что реальные температурные поля технических систем носят неопределенный интервальный характер. Это обусловлено интервальным характером факторов, определяющих тепловой режим технической системы, а именно: параметрами конструкции технической системы, обладающими статистическим технологическим разбросом изготовления; факторами, возникающими при функционировании технической системы (потребляемые мощности, тепловые потоки, параметры внутренней среды); факторами окружающей среды (температуры среды, хладоносителей, скорости потоков и пр.). Вместе с тем моделирование температурных полей технических систем в настоящее время проводится в предположении детерминированности, при котором все параметры теплового режима считаются однозначно и абсолютно точно известными. В статье описываются метод и алгоритм математического и компьютерного моделирования интервально стохастических температурных полей технических систем. Метод и алгоритм основаны на авторских разработках по матрично-топологическому методу, программному комплексу моделирования детерминированных трехмерных температурных полей технических систем (STF-ElectronMod), а также на методе статистических испытаний. Применение разработанного метода и алгоритма к моделированию интервально стохастических температурных полей рассмотрено на примере электронной системы.

8. Об одной методике классификации клеток крови и ее программной реализации [№4 за 2014 год]
Авторы: Беляков В.К., Сухенко Е.П., Захаров А.В., Кольцов П.П., Котович Н.В., Кравченко A.А., Куцаев A.С., Осипов A.С., Кузнецов А.Б.
Просмотров: 15770
Предложена методика классификации лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов, основанная на всестороннем изучении опыта применения различных методов сегментации микроскопических изображений и алгоритмов вычисления характерных признаков клеток крови. Данный подход предполагает применение усовершенствованного комбинированного метода сегментации изображений, использование оптимизированного вектора признаков объекта и нейросетевого классификатора. Важную роль в создании описываемого метода сегментации сыграла разрабатываемая в НИИСИ РАН методика EDEM сравнительного исследования алгоритмов обработки изображений. Метод сегментации включает в себя такие шаги, как выделение граничных точек, замыкание контуров и устранение пересегментации (основанное на использовании набора признаков, вычисленных для каждого начального сегмента). Для выделения граничных точек используется комбинация классического детектора Кэнни и метода Риттера–Купера, разработанного для сегментации клеток крови. Данная комбинация обладает преимуществами обоих алгоритмов. Для улучшения границ и замыкания контуров применяется подход, основанный на использовании теории графов и развивающий адаптивный алгоритм замыкания контуров Цзяна. Процедура устранения пересегментации носит итерационный характер. Наш метод сегментации пригоден для сегментации как красных (эритроцитов), так и белых (лейкоцитов) клеток крови, а также тромбоцитов. Для решения задачи классификации клеток по набору признаков использовалась нейронная сеть типа многослойный персептрон (трехслойная нейронная сеть прямого распространения с сигмоидной функцией активации). Нейросетевой классификатор позволяет эффективно разделять клетки крови на классы, используемые в практической гематологии. Разработана программная библиотека, реализующая предложенную методику. Тесты, использующие различные изображения мазков крови, показали высокий потенциал предложенной методики для практического применения.

9. Реализация системы частиц в реальном времени на GPU [№4 за 2014 год]
Автор: Мальцев А.В.
Просмотров: 12845
Для реалистичной визуализации и моделирования в трехмерных виртуальных сценах ряда важных с точки зре-ния правильного восприятия окружающей среды природных явлений и объектов, не имеющих четких геометриче-ских границ (например, дыма, пламени, струй воды, дождя, снега и т.п.), обычно используются системы частиц. В данной работе предлагается технология распределенного моделирования и визуализации таких систем с примене-нием современных многоядерных графических процессоров. Технология включает два этапа: первый – вычисление состояния системы частиц в заданный момент времени в виде массива данных о частицах, второй – визуализация полученного массива с синтезом «на лету» необходимой геометрии частиц, расчетом их освещенности и наложением текстур. Оба этапа полностью выполняются на графическом конвейере видеокарты, что позволяет достичь высокой степени параллелизма. Для этого задействован механизм шейдерной обработки, включая вершинный, геометрический и фрагментный шейдеры. Геометрический шейдер используется в ходе второго этапа при синтезе полигональной модели частицы. В качестве примера рассматривается построение частицы в форме «спрайта» – квадрата, постоянно повернутого лицевой стороной к виртуальной камере. Разработанная технология поддерживает использование в трехмерных сценах систем частиц с количеством элементов порядка 10 6 , сохраняя при этом возможность рендеринга в режиме реального времени. Последнее особенно важно для таких областей применения, как имитационно-тренажерные комплексы и системы виртуальной реальности. В статье также описываются практические результаты предлагаемых решений, ориентированные на использование в системах визуализации реального времени.

10. Использование драйвера для тестирования прототипа контроллера Ethernet 1 Гбит/с [№4 за 2014 год]
Автор: Слинкин Д.И.
Просмотров: 10042
В статье описывается созданное в НИИСИ РАН семейство контролеров Ethernet. В настоящее время идет работа над новым перспективным процессором со встроенным контроллером Gigabit Ethernet. Тестирование является частью процесса разработки микросхем и представляет собой трудоемкую задачу. В статье рассматривается проверка модели встроенного сетевого контроллера, проводимая в процессе его разработки. Исследуемый прототип реализован в виде технологической платы на основе программируемой логической интегральной схемы. Существуют раз-личные подходы к верификации проектов микросхем. В статье предлагается методика тестирования сетевых контроллеров, созданная на основе практического опыта. Данное тестирование стало основным этапом проверки прототипа сетевого контроллера. В качестве основы для тестового программного обеспечения предлагается использовать системные программы – драйверы. Обсуждаются задачи, решаемые при помощи программных тестов: первоначальное включение, проверка функциональной пригодности, совместимость с различным оборудованием и операционными системами, программная совместимость с предыдущей версией микросхемы, проверка стабильности и надежности. Особое внимание уделено тестированию производительности и исследованию поведения сетевого контроллера в условиях превышения пределов нормального функционирования. Рассматриваются факторы, влияющие на производительность, а также проблема загрузки процессора при интенсивной сетевой работе и способы ее снижения. Показаны ситуации, которые могут возникнуть при стрессовой нагрузке на контроллер. Кратко оцениваются область применения функциональных тестов, их преимущества и недостатки по сравнению с другими методами тестирования. Обосновывается применение драйверов и готовых тестов в качестве способа снижения трудоемкости. Предлагается план дальнейших работ.

| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Следующая → ►