Проєктування та самодіагностика кіберфізичних пристроїв керування на платформі SoC

Анотація

Предметом дослідження в статті є моделі, методи та процедури проєктування та самодіагностики автоматних моделей пристроїв логічного керування, реалізованих в SoC. Об’єкт роботи – процедури автоматизованого проєктування та діагностування цифрових пристроїв на технологічній платформі SoC. Метою дослідження є розроблення моделей і процедур проєктування та самотестування в циклі автоматизованого проєктування автоматних систем логічного управління на технологічній платформі SoC, що суттєво підвищить надійність їх функціювання. У статті вирішуються такі завдання: розгляд процедур взаємодії процесорного ядра з програмованою логікою у складі SoC; удосконалення процедур проєктування та тестування програмно-апаратних систем на основі SoC; подальший розвиток процедур автоматизованого проєктування, верифікації та діагностування кіберфізичних систем логічного управління з використанням мов програмування та мов опису апаратури; реалізація процедури апаратного самотестування керуючих автоматів на технологічній платформі SoC. Упроваджуються такі методи: синтез керуючих автоматів на основі графових моделей, імплементація моделей керуючих автоматів мовою програмування С з використанням автоматного шаблону, діагностичний експеримент способом обходу графа переходів автомата. Досягнуті результати. На основі аналізу процедур взаємодії процесорного ядра та програмованої логіки на обраній платформі SoC спроєктовано модель кіберфізичної системи логічного управління. Практичну реалізацію виконано на базі стеку інструментальних засобів САПР Vivado/Vitis/Vitis HLS. Реалізовано метод апаратного самотестування керуючих автоматів на технологічній платформі SoC ZYNQ-7000. Висновки. У статті проаналізовано принципи проєктування вбудованих кіберфізичних систем, що реалізуються в системах на кристалі. Розглянуто принципи побудови систем верифікації та вбудованої самодіагностики систем на кристалі, що містять  програмну й апаратну частини. Розроблені методи апробовано на моделі пристрою логічного керування світлофором на технологічній платформі SoC FPGA сімейства ZYNQ-7000 фірми Xilinx. Керуючий автомат Мура реалізовано у блоці PL мовою програмування С, а операційний автомат – у блоці PS. Під час організації процесу самодіагностики здійснено неруйнівний діагностичний експеримент способом обходу всіх дуг графа переходів, починаючи з початкової вершини. Тестером у цьому разі був операційний автомат, еталонні логічні та часові значення якого зберігалися в пам’яті блока PS. Візуальне спостереження за виконанням діагностичного експерименту здійснювалося за допомогою панелі світлодіодів плати ZedBoard.