مهندس VisualSim

VisualSim Architect هو برنامج على مستوى الأنظمة الإلكترونية يُستخدم لنمذجة ومحاكاة الأنظمة الإلكترونية والبرمجيات المدمجة وأشباه الموصلات. وهو نسخة تجارية من مشروع Ptolemy II البحثي في ​​جامعة كاليفورنيا، بيركلي. ^{[ 1 ]} أُطلق المنتج لأول مرة عام 2003. VisualSim أداة رسومية تُستخدم لتحليل المفاضلة بين الأداء باستخدام مقاييس مثل استخدام النطاق الترددي، وزمن استجابة التطبيق، ومتطلبات المخزن المؤقت. كما يُمكن استخدامه لتحليل بنية الخوارزميات والمكونات وتعليمات البرمجيات وتقسيم الأجهزة/البرمجيات. ^{[ 2 ]}

يستخدم برنامج VisualSim من قبل أكثر من 50 شركة حول العالم، بالإضافة إلى عدد مماثل من الجامعات، في مشاريع بحثية. وقد تعاونت شركة هانيويل للفضاء مع جامعة بورتوريكو واستخدمت VisualSim لتقييم منصات الأقمار الصناعية القائمة على المعايير. ^{[ 3 ]} كما عمل مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا على مبادرة Nexus لتطوير معيار واجهة الجيل التالي. ولاختيار أفضل واجهة تلبي متطلبات التوقيت المحدد واستهلاك الطاقة الأقصى، قام المصممون ببناء نماذج لعشرة بروتوكولات مختلفة، بما في ذلك PCIe وGigabit Ethernet وRapidIO، لمقارنة أدائها في ظل نفس عبء العمل. ^{[ 4 ]} واستخدمت الجامعة الأمريكية في الشارقة منهجيات تقييم الأداء للاستفادة من الاستكشاف على المستوى المعماري والمساعدة في اتخاذ قرارات التصميم الأولية. في هذه الورقة البحثية، ^{[ 5 ]} استخدم الأستاذ منصات المحاكاة المطورة باستخدام أداة VisualSim لمقارنة أداء بنيتين للذاكرة، وهما: بنية Direct Connect لمعالج Opteron ، وبنية Shared Bus لمعالجات Xeon متعددة النوى.

أُجريت أبحاث وتطوير لتحسين بنى الأنظمة في مجالات الشبكات، وإلكترونيات الطيران، والصناعة، وأشباه الموصلات، والحوسبة عالية الأداء. ^{[ 6 ]} يستطيع مصممو الدوائر المتكاملة القابلة للبرمجة (FPGA) إجراء محاكاة افتراضية عالية السرعة للأنظمة الإلكترونية الكبيرة باستخدام برنامج VisualSim. وكجزء من مبادرة Xilinx ESL، أضافت الشركة دعمًا لوحدات المعالجة المركزية المدمجة في الدوائر المتكاملة القابلة للبرمجة (FPGA). ^{[ 7 ]}

يُعدّ محرر مخططات الكتل واجهة المستخدم الرسومية الرئيسية، وهو مدعوم بمكتبات قابلة للتخصيص من موارد الأجهزة والبرامج والاتصالات. ويمكن وضع عارضات رسومية في النموذج لعرضه في الوقت الفعلي أو لحفظ التحليلات دون اتصال بالإنترنت. وقد ارتقى برنامج VisualSim بنمذجة SystemC إلى مستوى أعلى من التجريد، كما يوفر إنشاء قوالب تلقائي واستيراد كتل الملكية الفكرية. ويضيف استدعاءات دوال مصممة لرفع مستوى SystemC إلى مستوى "البنية الدقيقة". ^{[ 8 ]}

يستخدم برنامج VisualSim على نطاق واسع لنمذجة الأداء ، واستكشاف البنية/استكشاف مساحة التصميم، والتحليل المبكر للطاقة في إلكترونيات الطيران، وإلكترونيات السيارات، والأنظمة المدمجة، وأنظمة الحوسبة عالية الأداء (HPC)، والأنظمة على رقاقة (SoC).

يمكن تطوير نماذج محاكاة VisualSim للأنظمة المقترحة على مستويات هرمية متعددة: المستوى المفاهيمي ، والمستوى الوظيفي ، والمستوى المعماري . تتضمن نماذج المستوى المفاهيمي شبكة من الأنظمة تشمل الأقمار الصناعية والطائرات والمركبات الأرضية. تحتوي نماذج VisualSim الوظيفية على تعريفات احتمالية للإلكترونيات والبرمجيات والشبكات وأحمال العمل. تتوفر أنواع مختلفة من مولدات حركة البيانات الإحصائية ونماذج طوابير الموارد في مجلد المكتبة. على المستوى المعماري، تحتوي نماذج الأجهزة والبرمجيات على وحدات دقيقة من المعالجات وأنظمة الذاكرة الفرعية وبروتوكولات ناقل البيانات وملفات التتبع. يمكن تعريف سلوك البرمجيات/التطبيقات باستخدام آلة الحالة، ومخطط التدفق، وعمليات القراءة/الكتابة، ونشاط الإدخال/الإخراج. يتم تحديد ربط التطبيق بمنصة النظام في جدول بيانات. يمكن تعريف بنية الاتصال بين الأنظمة أو الأنظمة الفرعية المختلفة باستخدام مكتبات الشبكات اللاسلكية في VisualSim. يمكن تعريف تحكيم مهام البرمجيات وجدولتها باستخدام جدولة VisualSim أو لغة البرمجة النصية. يمكن الحصول على النماذج القديمة عن طريق استيراد نماذج خارجية مبنية بلغة SystemC أو C/C++. كما يمكن استخدام الخوارزميات المطورة باستخدام MatLab و Simulink كجزء من نموذج VisualSim.

يوفر VisualSim مكتبات نمذجة ^{[ 9 ]} لأنشطة هندسة الأنظمة القائمة على النماذج. تُستخدم هذه المكتبات خلال مرحلة تحديد المواصفات لتحسينها والتحقق من صحتها؛ وخلال مرحلة تطوير الأجهزة والبرامج للوصول إلى البنية المثلى؛ وخلال مرحلة تصحيح أخطاء المنتج واختباره لمطابقة المخرجات الفعلية مع مجموعة من النتائج المتوقعة. يوفر VisualSim، على مستوى اشتقاق مواصفات الأنظمة، فحصًا بصريًا شاملًا لعملية النظام كمزيج من مدخلات البيانات، وتعريف النظام السلوكي، والمستقبل. يُعزز هذا الحل أدوات مثل MatLab/Simulink وUML/SysML من خلال توفير رؤية مبكرة جدًا لعملية النظام الكاملة دون الخوض في تفاصيل الخوارزمية وتنفيذها على مستوى الكود. من الأمثلة النموذجية على حالات الاستخدام: نظام الوسائط المتعددة على شريحة واحدة (SoC) مع شبكة على شريحة ^{[ 10 ]} ، وشبكات السيارات باستخدام Ethernet وCAN وLIN وFlexRay، وأنظمة القصور الذاتي للغواصات، وما إلى ذلك. يتم بناء نمذجة VisualSim على مستوى الأجهزة والبرامج بعد تحسين مواصفات النظام والتحقق من صحتها. يمكن تحسين التصميم بإضافة تفاصيل تنفيذ الأجهزة المحددة، والمنطق، وتوقيت دورة المعالجة إلى نموذج VisualSim. قد يكون الجهاز لوحةً، أو مجموعة لوحات، أو نظامًا متكاملًا على شريحة (SoC)، أو نظامًا فرعيًا، أو ملكية فكرية (IP). تشمل تفاصيل التنفيذ مسار المعالج، وذاكرة التخزين المؤقت الوظيفية، ^{[ 11 ]} والمسرعات، ووحدات التحكم في ناقل البيانات. توفر هذه التحسينات تقييمًا على مستوى الدورة ومستوى العنوان لوظائف النظام وأدائه واستهلاكه للطاقة.

تتميز المكتبات بمستويات تجريد إحصائية ووظيفية ودقيقة على مستوى الدورة. ونظرًا لتضمين مكتبات VisualSim تفاصيل التوقيت والطاقة، يوفر النموذج نفسه نتائج حسابية للأداء وقيم قياس الطاقة. ^{[ 12 ]} يمكن تهيئة المكتبات لتقنية محددة يدويًا أو باستخدام ملف نصي أو CSV. إذا أراد مهندس معماري تقييم سلوك النظام أو أدائه باستخدام مكونات مخصصة، فيمكنه تعديل إعدادات المكتبة بتغيير معلمات المكتبة. مثال على نموذج نظام رؤية حاسوبية روبوتية. ^{[ 13 ]}