«Динамическое оперативное запоминающее устройство бортовой эвм» (шифр разрабатываемого изделия «дозу»)

Введение

1.1 Техническое задание направлено на подготовку и выполнение дипломного проекта на тему «Динамическое оперативное запоминающее устройство бортовой ЭВМ» (шифр разрабатываемого изделия – «ДОЗУ»).

1.2 Тема дипломного проекта посвящена системной разработке аппаратно-программных компонентов изделия, предназначенного для предос-тавления периферийным подсистемам бортовой цифровой ЭВМ (БЦВМ) возможности оперативно размещать свои данные в ее оперативной памяти.

1.3 Области возможного применения ДОЗУ:

1.3.1 хранение видеоизображений, генерируемых бортовым графическим контроллером;

1.3.2 хранение данных, передаваемых по сетевому интерфейсу;

1.3.3 использование в качестве системной оперативной памяти ЭВМ иного назначения, например, персональной;

1.3.4 применение в других вычислительных устройствах, предъявляющих жесткие требования к объему оперативной памяти и ее быстродействию.

2 Основание для проведения работы

2.1 ДОЗУ разрабатывается в дипломном проекте в соответствии с:

2.2 учебным планом кафедры ИУ-6 («Компьютерные системы и сети») МГТУ им. Н.Э. Баумана;

2.3 методическими указаниями по дипломному проектированию кафедры ИУ6;

2.4 промышленными разработками бортовой аппаратуры, в том числе БЦВМ, для летательного аппарата 5-го поколения.

3 Исходные данные, цели и задачи

3.1 Исходные данные

3.1.1 Задание на дипломный проект.

3.1.2 Аналитический обзор предметной области (отчет по преддипломной практике).

3.1.3 Спецификация на Синхронное Динамическое ОЗУ с удвоенной скоростью передачи данных (DDR SDRAM - Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory).

3.1.4 Документация на ПЛИС: Virtex-II Pro FPGA Handbook.

3.1.5 Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника: Учебное пособие. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 528 с.

3.1.6 Перельман Б. Л., Шевелев В. И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги: Справочник. – М.: НТЦ Микротех, 1998. – 378 с.

3.1.7 Чанг К.С. Синтез цифровых систем при помощи языка VHDL: Пер. с англ. – Калифорния: Компьютерное сообщество, 1999. – 621 с.

3.1.8 ГОСТ 23123-82. Техническое задание на техническое обеспечение ЭВМ. Порядок построения, изложения и оформления. Переизд. 01.01.94.-М.: Издательство стандартов, 1993. - 7с.

3.2 Цели работы

3.2.1 Обоснованные рациональные принципы построения оперативной памяти повышенного быстродействия для авиационной БЦВМ.

3.2.2 Разработанные аппаратно-программные средства ДОЗУ, обеспечивающие максимальную утилизацию шины данных посредством эффективного порядка подачи управляющих команд.

3.3 Задачи, решаемые в процессе работы

3.3.1 Формулирование и системный анализ требований к частям дипломного проекта.

3.3.2 Аналитический обзор аспектов проблемной области.

3.3.3 Синтез комплекса требований к ДОЗУ и системная разработка технического задания на дипломный проект.

3.3.4 Обоснование рациональных принципов построения, структурной схемы и алгоритма функционирования ДОЗУ.

3.3.5 Разработка функциональных схем ДОЗУ.

3.3.6 Разработка принципиальных схем аппаратной части ДОЗУ.

3.3.7 Проработка и создание на основе теории графов математической модели ДОЗУ.

3.3.8 Исследование производительности ДОЗУ в зависимости от разных типов обращения к памяти (по последовательно расположенным адресам и по произвольным адресам).

3.3.9 Разработка реализации аппаратных компонентов ДОЗУ, их тестирование.

3.3.10 Разработка и тестирование программных компонентов.

3.3.11 Составление алгоритма комплексного тестирования работоспособности ДОЗУ.

3.3.12 Составление технологической схемы сборки ДОЗУ.

3.3.13 Расчет показателя технологичности модуля ДОЗУ.

3.3.14 Оценки требований охраны труда к рабочему месту разработчика.

3.3.15 Составление сетевого графика и календарного плана проведения работ по проекту.

3.3.16 Разработка и оформление (по соответствующим ГОСТ) графической документации на проект.

3.3.17 Разработка и оформление (по соответствующим ГОСТ) текстовой документации на проект.

3.3.18 Подготовка доклада по теме дипломного проекта.

3.3.19 Предзащита и доработка проекта.

4 Требования к выполнению работы

4.1 В процессе выполнения дипломного проекта должен быть проведен цикл теоретических и экспериментальных исследований рациональных принципов построения, технических решений и параметров аппаратных и программных компонентов динамического оперативного запоминающего устройства (ДОЗУ) повышенного быстродействия для БЦВМ летательного аппарата 5-го поколения.

4.2 Аппаратная часть ДОЗУ должна быть реализована на современной вычислительной и элементной базе (типа ПЛИС*).

4.3 Программные компоненты ДОЗУ, размещаемые в ПЛИС, должны базироваться на языке моделирования аппаратуры VHDL.

4.4 Дипломный проект заканчивается:

4.4.1 Расчетно-пояснительной запиской, содержащей обязательные разделы: конструкторский, исследовательский, технологический, организационно-экономический, промышленная экология и безопасность.

4.4.2 Графическим материалом на 9-10 листах формата А1 (и его копиями в Приложениях к расчетно-пояснительной записке).

5 Технические требования

5.1 Рекомендуемый (*) состав изделия (ДОЗУ):

5.1.1 блок памяти (БП);

5.1.2 контроллер памяти;

5.1.3 контроллер прямого доступа к памяти;

5.1.4 интерфейс на шину AMBA AXI;

5.1.5 графический контроллер;

5.1.6 интерфейс на шину PCI;

5.1.7 интерфейс на сетевой интерфейс Fiber Chanel.

5.2 Требования к функциональным характеристикам БП

5.2.1 Количество блоков, шт. …………………………………………1.

5.2.2 Количество банков в одном блоке, шт. …….…………………. 4.

5.2.3 Объем памяти, Мб …………………………………………… .. 8.

5.2.4 Количество режимов работы, шт. …………………………….. 2.

5.2.4.1 Первый режим:

5.2.4.2 Второй режим:

5.2.5 Тип сетевого интерфейса …………………………. Fiber Channel.

5.2.6 Тип интерфейса с БЦВМ ……………………………….шина PCI.

5.2.7 Тактовая частота шины PCI, МГц…………………………….. 33.

5.2.8 Тактовая частота банка памяти, МГц ………………………. 100.

5.2.9 Длина пакета данных, слов ……………………………………. 8.

5.2.10 Тип интерфейса с компонентами на том же кристалле ……

……………………………………………………………… AMBA AXI.

5.2.11 Ширина шины данных AMBA AXI, бит …………………...256.

5.3 Требования к надежности

Наработка на отказ, ч, не менее ………………………………… 20000.

4. Принцип работы

5.5 Технологические требования

5.5.1 Обоснование и расчет рационального типа производства ДОЗУ для заданного объема.

5.5.2 Технологичность ДОЗУ, %, не менее ………………………... 80.

5.5.3 Тип технологической схемы сборки …………………….. дерево.

5.5.4 Контроль работоспособности ДОЗУ ………………………

…………………………… по последовательной операционной схеме.

5.6 Требования к программному обеспечению

5.6.1 Создание модели ДОЗУ, язык …………………………..... VHDL.

5.6.2 Синтез битовой маски для ПЛИС, пакет ….. LeonardoSpectrum.

7. Конструктивные требования к ДОЗУ

5.7.1 Тип платы ………………………………………… двухсторонняя.

5.7.2 Способ присоединения ………………………………. разъёмный.

5.7.3 Тип разъёма …………………………………………………… PCI.

5.7.4 Габаритные размеры платы, мм, не более……………….200x300.

5.7.5 Масса, кг, не более ……………………………………………. 0,5.

5.7.7 Потребляемая мощность, Вт, не более ……………………… 20.

5.8 Требования к уровню помех, создаваемых изделием

5.9 Эргономические требования

5.10 Требования технической эстетики

5.11 Требования по эксплуатации изделия

5.11.1 Условия эксплуатации ДОЗУ…………………………………….

………………..в соответствии с требованиям по эксплуатации БЦВМ (*).

5.11.2 Допустимые воздействия климатических условий

5.11.2.1 Рабочий температурный режим, ^оС……………….....- 40+80.

5.11.2.2 Атмосферное давление, мм.рт.ст, не более ……………… 850.

5.11.2.3 Влажность, при +25 ^оС, %, не более 80.

5.11.3 Безопасность эксплуатации – должна быть оценена по результатам анализа воздействующих опасных и вредных факторов.

5.11.4 Требования по охране труда и к рабочему месту разработчика – определяются по результатам оценки стандартных требований.

5.11.5 Электробезопасность – определяется по результатам расчета, исходя из типовых требований безопасности работы с низковольтной аппаратурой.

5.12 Механические нагрузки

5.13 Воздействие электромагнитных волн на изделие

5.14 Виды обслуживания

5.15 Требования к транспортированию и хранению

5.15.1 Транспортирование ……………..………… в составе БЦВМ (*).

5.15.2 Хранение ……………………… по условиям п. 5.11.15.11.2.

5.16 Требования к маркировке и упаковке

5.17 Требования к патентной чистоте

5.18 Специальные требования (к исследовательским аспектам)

5.18.1 Разработать на языке VHDL математическую модель ДОЗУ.

5.18.2 Исследование зависимости производительности ДОЗУ от альтернативных типов адресации БП.

5.18.3 Обосновать рациональный порядок (временные диаграммы) подачи управляющих команд.

6 Этапы работы

7 Требования к разрабатываемой документации

7.1 Дипломный проект должен состоять из двух частей: графической (листов) и расчетно-пояснительной (текстовой), оформленных согласно требований ЕСКД, ЕСПД и методических указаний по выполнению дипломного проекта кафедры ИУ6.

7.2 Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) должна быть оформлена на ~100 листах формата А4 в соответствии с ГОСТ 7.32-2001, 2.105-95 и 2.106-96, требований ЕСКД и ЕСПД.

7.3 Графическая документация проекта оформляется по ЕСКД и ЕСПД на 9-10 листах формата А1 и их копиях на листах формата А4 (А3) в приложениях к РПЗ:

7.3.1 Схема электрическая структурная БЦВМ………………. 1 лист.

7.3.2 Схема электрическая структурная ДОЗУ …………. .. 0,5 листа.

7.3.3 Схема электрическая функциональная канала ДОЗУ….. 1 лист.

7.3.4 Граф состояний цифрового автомата (ЦА) команд…. 0,5 листа.

7.3.5 Граф состояний инициализирующего ЦА …………... 0,5 листа.

7.3.6 Граф состояний ЦА данных ………………………….0,5 листа.

7.3.7 Схема электрическая принципиальная платы ДОЗУ …..1 лист.

7.3.8 Схемы соединений платы ……………………………….. 1 лист.

7.3.9 Чертеж модуля сборочный……………………………….. 1 лист.

7.3.10 Диаграммы временные управляющих команд ………….1 лист.

7.3.11 Технологическая схема сборки ДОЗУ……………….. 0,5 листа.

7.3.12 Схема алгоритма контроля работоспособности …… 0,5 листа.

7.3.13 Сметы затрат и календарный график разработки ……… 1 лист.

8 Технико-экономические показатели

8.1 Технико-экономические требования

8.1.1 Провести обоснование этапности работ по созданию ДОЗУ.

8.1.2 Оценить численную потребность разработчиков ДОЗУ.

8.1.3 Разработать сетевой график и календарный план проведения работ по проекту.

8.2 Применение принципов построения и создания аппаратно-программных компонентов разработанного ДОЗУ обеспечит следующие технико-экономические эффекты:

8.2.1 максимальная утилизация шины данных, достигаемая путем рационального порядка подачи управляющих команд;

8.2.2 снижение риска создания сугубо специальной (узкого спектра использования) БЦВМ отечественного производства;

8.2.3 относительная универсальность характеристик и эксплуатационных параметров ДОЗУ и, как результат, возможность применения концепций его построения и реализации в различных ЭВМ.

9 Порядок рассмотрения и приемки дипломного проекта

9.1 Срок готовности дипломного проекта – 10 июня 200_ г.

9.2 Предзащита проекта производится 13-14 июня 200_ г. на кафедре ИУ6.

9.3 Защита дипломного проекта осуществляется на ГАК 15-25 июня 200_ г.

10 Примечание