【文章內(nèi)容簡介】 交互的例程集合。 ?設計能夠在多個層次上加以描述，從開關(guān)級、門級、寄存器傳送級 (RTL )到算法級，包括進程和隊列級。 ?能夠使用內(nèi)置開關(guān)級原語在開關(guān)級對設計完整建模。 ?同一語言可用于生成模擬激勵和指定測試的驗證約束條件，例如輸入值的指定。 ?Verilog HDL能夠監(jiān)控模擬驗證的執(zhí)行，即模擬驗證執(zhí)行過程中設計的值能夠被監(jiān)控和顯示。這些值也能夠用于與期望值比較，在不匹配的情況下，打印報告消息。 沈陽理工大學學士學位論文 7 ?在行為級描述中， Verilog HDL 不僅能夠在 RTL 級上進行設計描述，而且能夠 在體系結(jié)構(gòu)級描述及其算法級行為上進行設計描述。 ?能夠使用門和模塊實例化語句在結(jié)構(gòu)級進行結(jié)構(gòu)描述。且在一個設計中每個模塊均可以在不同設計層次上建模。 ?Verilog HDL還具有內(nèi)置邏輯函數(shù)，例如 amp。(按位與 )和 |(按位或 )。 ?支持高級編程語言結(jié)構(gòu)，例如 if 語句、 case 語句和循環(huán)語句。 ?可以顯式地對并發(fā)和定時進行建模。 ?通過系統(tǒng)函數(shù)提供強有力的文件讀寫能力。 ?語言在特定情況下是非確定性的，即在不同的模擬器上模型可以產(chǎn)生不同的結(jié)果 ； 例如 ： 事件隊列上的事件順序在標準中沒有定義。 設計層次與選用的語 言 按傳統(tǒng)方法，我們將硬件抽象級的模型類型分為以下五種 ： 系統(tǒng)級 (system)—用語言提供的高級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)算法運行的模型。 算法級 (algorithm)—用語言提供的高級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)算法運行的模型。 RTL 級 (Register Transfer Level)—描述數(shù)據(jù)在寄存器之間流動和如何處理、控制這些數(shù)據(jù)流動的模型。 (以上三種都屬于行為描述，只有 RTL 級才與邏輯電路有明確的對應關(guān)系。 ) 門級 (gatelevel )—描述邏輯門以及邏輯門之間的連接模型，與邏輯電路有確切的連接關(guān)系。 開關(guān)級 (switchlevel)—描述器件中三極管和存儲節(jié)點以及它們之間連接的模型，與具體的物理電路有對應關(guān)系。 根據(jù)目前芯片設計的發(fā)展趨勢，驗證級和綜合抽象級也有可能成為一種標準級別。因為它們適合于 iP 核復用和系統(tǒng)級仿真綜合優(yōu)化的需要，而軟件 (嵌入式、固件式 )也越來越成為一個和系統(tǒng)密切相關(guān)的抽象級別口。 除了 Verilog HDL 外，還有下面幾種比較常用的 HDL： (1) VHDL，是 1980 年因為美國軍事工業(yè)的需要由美國國防部開發(fā)的， 1987年由 IEEE （ Institute of Electrical and Electronics Engineers)將 VHDL 制定為標準，稱為 IEEE l0761987。第二個版本是在 1993 年制定的，稱為 VHDL93，增加了一些新的命令和屬性。 (2) Superlog，是為了在原有硬件描述語言的基礎(chǔ)上，結(jié)合高級語言 C, C++甚至 Java 等語言的特點，進行擴展，達到的一種新的系統(tǒng)級設計語言標準，在沈陽理工大學學士學位論文 8 1999 年由 CoDesign 公司發(fā)布，同時發(fā)布了兩個開發(fā)工具 ： SYSTEMSIM 和SYSTEMX。一個用于系統(tǒng)級開發(fā)，一個用于高級驗證。 2020 年， CoDesign 公司向電子產(chǎn)業(yè)標準化 組織 Accellera 發(fā)布了 Superlog 擴展綜合子集 ESS，使其可以為各種系統(tǒng)級的 EDA 軟件工具所利用。 (3) SystemC，是一種能同時實現(xiàn)較高層次的軟件和硬件描述的系統(tǒng)級設計語言，由 Synopsys 公司和 CoWare 公司積極響應目前各方對系統(tǒng)級設計語言的需求而合作開發(fā)的。 1999 年 9 月 27 日， 40 多家世界著名的 EDA 公司、 IP 公司、半導體公司和嵌入式軟件公司宣布成立 “開放式 SystemC 聯(lián)盟 ”。 Cadence 公司也于2020 年加入了 SystemC 聯(lián)盟。所有的 SystemC 都是基于 C++的，由一組 描述類庫和一個包含仿真核的庫組成。在用戶的描述程序中，必須包括相應的類庫，可以通過通常的 ANSI C++編譯器編譯。 目前，對于一個系統(tǒng)芯片設計項目，可以參考以下幾種設計方案 : ① 在系統(tǒng)級采用 VHDL，在軟件級采用 C 語言，在實現(xiàn)級采用 Verilog。目前， VHDL 與 Verilog 的互操作性已經(jīng)逐步走向標準化，但軟件與硬件的協(xié)調(diào)設計還是一個很具挑戰(zhàn)性的工作，因為軟件越來越成為 SvC 設計的關(guān)鍵。該方案的特點是 ： 風險小 、 集成難度大，與原有方法完全兼容，有現(xiàn)成的開發(fā)工具 ； 但工具集成由開發(fā)者自行負責完成。 ② 系統(tǒng)級及 軟件級采用 Superlog，硬件級和實現(xiàn)級均采用 Verilog HDL 描述，這樣和原有的硬件設計可以兼容。只要重新采購兩個 Snperlog 開發(fā)工具SYSTEMSIM 和 SYSTEMEX 即可。該方案特點是風險較小，易于集成，與原硬件設計兼容性好，有集成開發(fā)環(huán)境。 ③ 系統(tǒng)級和軟件級采用 SystemC，硬件級采用 SystemC與常規(guī)的 Verilog HDL互相轉(zhuǎn)換，與原來的軟件編譯環(huán)境完全兼容。開發(fā)者只需要一組描述類庫和一個包含仿真核的庫，就可以在通常的 ANSI C++編譯器環(huán)境下開發(fā) ； 但硬件描述與原有方法完全不兼 容。該方案特點是風險較大，與原軟件開發(fā)兼容性好，硬件開發(fā)有風險。 沈陽理工大學學士學位論文 9 2 分布式數(shù)據(jù)采集的原理 分布式數(shù)據(jù)采集 簡介 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ distributed acquisition system）是相對于集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言的。它一般是由地面采集站、遙測數(shù)傳電纜以及中央控制站三部分組成，其中地面采集站按測線的方向布置，負責采集一個或幾個測點的地球物理數(shù)據(jù)，而中央控智站的主要任務是完成數(shù)據(jù)的記錄和質(zhì)量監(jiān)控。目前這種系統(tǒng)已在地震勘探和高密度電法中被采用。分布式采集系統(tǒng)是一種概念明確、有廣泛適用性的數(shù)據(jù)采集方式。簡單的說 分布式數(shù)據(jù)采集就是把分布在不同區(qū)域內(nèi)的工控設備上的數(shù)據(jù)采集到需要數(shù)據(jù)的計算機上。這些工控設備可以是在同一個地理區(qū)域的不同類型的的智能設備，也可以分布在不同的地理區(qū)域的同一類型的智能設備，還可以是分布在不同的地理區(qū)域的不同類型的智能設備。下面就這三種情況分別解釋。 第一種情況出現(xiàn)在地理位置相對集中的系統(tǒng)中。為了達到客戶的需要，工程的開發(fā)人員選購了各種不同類型的智能設備。這是我們就需要把這些設備上的數(shù)據(jù)采集到一臺計算機上，以便開發(fā)者可以有效的利用這些數(shù)據(jù)。比如一個智能樓宇系統(tǒng)中使用的電 力，中央空調(diào)，溫度濕度等環(huán)境監(jiān)測設備，生活用水、煤氣使用等的檢測設備。要把這些不同類型的設備數(shù)據(jù)采集回來，我們就需要使用紫金橋組態(tài)軟件提供的豐富的設備驅(qū)動程序來實現(xiàn)。具體施工過程中會用到 RS485總線、 RS232 總線等可以近距離傳輸數(shù)據(jù)的物理設備。針對不同的設備，我們選擇建立不同的邏輯設備，以便跟實際的物理設備做好一一映射。之后我們在數(shù)據(jù)點組態(tài)中新建好我們要使用的數(shù)據(jù)點，然后我們可以對這些點的連接選項進行，最后我們運行這個工程后我們就可以得到我們需要的數(shù)據(jù)。 第二種情況一般是為了實現(xiàn)某一個功能，選購了某一個 廠家的同一種設備，比如某煤礦集團需要實時的觀測旗下 N 個煤礦的各生產(chǎn)礦井的瓦斯氣體濃度等數(shù)據(jù)，以便更好的進行安全管理。一種解決方法是我們使用紫金橋軟件提供的數(shù)據(jù)源功能來實現(xiàn)不同地理位置中數(shù)據(jù)的采集和匯總，當然前提是你必須有相應的物理連接。這種方法適用于大型的多級數(shù)據(jù)匯總，我們在下層的數(shù)據(jù)采集服務器上把數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫中以后，然后在上位機中使用數(shù)據(jù)源來獲取下位數(shù)據(jù)采集服務器上的數(shù)據(jù)，這種方式是紫金橋軟件自己的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中傳輸數(shù)據(jù)，所以可以沈陽理工大學學士學位論文 10 使用較少的帶寬來傳輸較多的數(shù)據(jù)。另一種解決方法是使用光纖、電臺、 GPRS等遠 程數(shù)據(jù)傳輸模塊。這一方法是使用紫金橋的邏輯設備，在相應的設備組態(tài)中添加這些遠端數(shù)據(jù)傳輸模塊即可，適用于小型的單一的數(shù)據(jù)采集應用。 同樣的情況也可以應用在灌區(qū)內(nèi)河流水位的監(jiān)測、市區(qū)環(huán)境監(jiān)測、電力調(diào)度等行業(yè)。 第三種情況是前兩種的結(jié)合。也是應用較多的一種，比如一個物業(yè)管理公司下的很多個智能樓宇，或者是一個煤礦集團需要旗下煤礦除了瓦斯氣體濃度以外還需要知道有關(guān)煤礦生產(chǎn)安全的更多的量時。這一解決方案就是把前兩種解決方案組合起來應用。 分布式系統(tǒng)的 原理 一、前言 自 1946 年第一臺計算機 ENIAC 誕生， 60多年來，計算機技術(shù)取得了飛速的發(fā)展。 50 年代，計算機是串行處理機，一次運行一個作業(yè)直至完成。這些處理機通過一個操作員從控制臺操縱，而對于普通用戶則是不可訪問的。在 60 年代，需求相似的作業(yè)作為一個組以批處理的方式通過計算機運行以減少計算機的空閑時間。同一時期還提出了其他一些技術(shù)，如利用緩沖、假脫機和多道程序等的脫機處理。 70 年代產(chǎn)生了分時系統(tǒng)，不僅作為提高計算機利用率的手段，也使用戶離計算機更近了。分時是邁向分布式系統(tǒng)的第一步：用戶可以在不同的地點共享并訪問資源。從 80 年代中期開始，計算機技術(shù)領(lǐng)域中兩方面 的進步開始使得多臺計算機連接成為可能。第一項進步是高性能微處理器的開發(fā)，第二項進步是高速計算機網(wǎng)絡的發(fā)明。有了以上這些技術(shù)的使用，到了 90 年代，分布式系統(tǒng)迎來了它發(fā)展的春天。當用戶需要完成任何任務時，分布式計算提供對盡可能多的計算機能力和數(shù)據(jù)的透明訪問，同時實現(xiàn)高性能與高可靠性的目標。在過去10 多年里，無數(shù)研究人員都在研究分布式硬件結(jié)構(gòu)和軟件設計來開發(fā)利用其潛在的并行性和容錯性。 二、分布式系統(tǒng)定義 分布式系統(tǒng)是若干獨立計算機的集合，這些計算機對于用戶來說就像是單個相關(guān)系統(tǒng)。這包含了兩方面的內(nèi)容。第一個方 面是關(guān)于硬件的：機器本身是獨立的。第二個方面是關(guān)于軟件的：對用戶來說他們就想在于單個系統(tǒng)打交道。 如果一個系統(tǒng)的部件局限在一個地方，它就是集中式的；如果它的部件在不沈陽理工大學學士學位論文 11 同地方，部件之間要么不存在或僅存在有限的合作，要么存在緊密的合作，它是分散式的。當一個分散式系統(tǒng)不存在或僅存在有限的合作時，它就被稱作網(wǎng)絡的；否則它就被稱作分布式的，表示在不同地方的部件之間存在緊密的合作。在給出分布式系統(tǒng)具體定義的模型中，分布式系統(tǒng)可以用硬件、控制、數(shù)據(jù)這三個維度加以檢驗。 有人用一個公式來形容分布式系統(tǒng)，分布式系統(tǒng) =分布式硬 件 +分布式控制 +分布式數(shù)據(jù)，這是最恰當?shù)母爬ā? 從狹義上分析，分布式計算就是在兩個或多個軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺計算機上運行，也可以在通過網(wǎng)絡連接起來的多臺計算機上運行。從廣義上講，它研究 如何把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計算機進行處理，最后把這些計算結(jié)果綜合起來得到最終的結(jié)果。分布式計算項目已經(jīng)被用于使用世界各地成千上萬位志愿者的計算機的閑置計算能力，這些項目都很龐大，需要驚人的計算量，僅僅由單個的電腦或是個人在一個能讓人接受的時間內(nèi) 計算完成是決不可能的。 因此分布式計算比起其它算法具有以下幾個優(yōu)點： 稀有資源可以共享。 通過分布式計算可以在多臺計算機上平衡計算負載。 可以把程序放在最適合運行它的計算機上。其中，共享稀有資源和平衡負載是計算機分布式計算的核心思想之一。 三、分布式系統(tǒng)特性 分布式系統(tǒng)有以下幾個主要特性：有多個對等進程進行合作，明確了具體的工作目標，有個性化的控制方式（這是分布式系統(tǒng)設計的核心問題），具有數(shù)據(jù)共享 /消息傳遞的功能，系統(tǒng)設計考慮了網(wǎng)絡通信的延遲，具有故障化解的能力。概括地講師具有分布式的、網(wǎng)絡 的、并行的、并發(fā)的和分散的五個特點。 “并行的”意味著從一個單一控制線程對數(shù)據(jù)集的鎖步 (10ckstep)動作。在并行計算機級別上，單指令流多數(shù)據(jù)流 (SIMD)計算機就是一個使用多個數(shù)據(jù)處理單元在許多數(shù)據(jù)項上同時進行相同或相似操作的例子。 “并發(fā)的”意味著某些動作可以以任意次序執(zhí)行。例如，在更高級別上和在多指令流多數(shù)據(jù)流 (MIMD)并行計算機上進行部分獨立的操作。 “分布式的”意味著計算的成本或性能取決于數(shù)據(jù)和控制的通信。 分布式系統(tǒng)一般具有以下 4個關(guān)鍵目標，即分布式系統(tǒng)能夠讓用戶方便地與資源連接 ；必須隱藏資源在一個網(wǎng)絡上分布這樣一個事實；必須是開放的；必沈陽理工大學學士學位論文 12 須是可擴展的。同時也要注意解決的以下幾個基本問題：進程通信、命名、同步、一致性與復制、容錯、安全等。只有解決好上述幾個關(guān)鍵目標和基本問題，這個分布式系統(tǒng)才會穩(wěn)定、高效，真正的物有所值。 四、分布式系統(tǒng)與網(wǎng)絡的區(qū)別 我們都知道，分布式系統(tǒng)的實現(xiàn)離不開計算機網(wǎng)絡，然而分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡雖然關(guān)系密切，但在結(jié)構(gòu)、工作方式和功能上有著巨大的不同。 在工作方式上，計算機網(wǎng)絡為顯式的方式，即對網(wǎng)絡功能的調(diào)用是顯式地進行的，需指出對象的標識（名 /地址） ；分布式系統(tǒng)為隱式的方式，它以功能調(diào)用形式向用戶提供服務，各分布功能的使用過程和部分之間關(guān)系的維護是由系統(tǒng)完成的，對用戶透明。 在結(jié)構(gòu)上的，兩者在硬件和拓撲上無本質(zhì)區(qū)別，在通信功能上也基本相同，然而在用戶服務上存在本質(zhì)差異：分布式系統(tǒng)涉及與應用有關(guān)的語義，而網(wǎng)絡只涉及通信的語義。（如 FTP：網(wǎng)絡服務； NFS：分布式系統(tǒng)服務） 在適應范圍上，網(wǎng)絡具有通用性，