Общая характеристика основных задач оптимального проектирования радиоэлектронных устройств. Использование программных и архитектурных способов снижения энергопотребления и увеличения производительности. Особенности схемотехнических методов оптимизации.
Аннотация к работе
Задача оптимального проектирования в САПР в основном сохраняет специфику задачи доводки схемы на макете, так как по существу это одна и та же задача, но благодаря дополнительным возможностям она решается более эффективно. Так, вместо обычного для макета доведения характеристик схемы до требуемых в техническом задании (ТЗ) значений САПР в принципе позволяет полностью исследовать потенциальные возможности выбранной структуры схемы и последовательно определить наилучшие значения всех необходимых характеристик, оценить влияние различных факторов на отклонения характеристик от оптимальных значений, вынести обоснованное суждение о невозможности получения заданного уровня характеристик на данной структуре или данной элементной базе: выделить компоненты с чрезмерно большими коэффициентами влияния на характеристики устройства или принять обоснованное решение о замене отдельных компонентов более качественными. Так как номиналы всех компонентов устройства подвержены случайному разбросу, любые характеристики ИС и устройства в целом имеют вероятностный характер. Решение любой задачи оптимального проектирования в САПР начинается с выбора критерия оптимальности (целевой функции), гарантирующего улучшение характеристик РЭУ в результате работы поисковых процедур оптимизации. Построение целевой функции, обеспечивающей близость (конечно, при корректности постановки задачи!) в этих узлах полученной на модели РЭУ характеристики к требуемой, не вызывает затруднений.Известно, что любое конструкторское решение определяется совокупностью определяющих конструкцию параметров, в качестве которых могут рассматриваться в том числе параметры ЭРИ, габариты, масса и свойства используемых конструкционных материалов, надежность, стоимость, уровень качества и пр. Параметры конструкторского решения, от значений которых в значительной степени зависит целевая функция, рассматриваются как оптимизируемые, а их значения, обеспечивающие экстремум целевой функции, называют оптимальными значениями оптимизируемых параметров. В большинстве случаев под компоновкой понимают процесс перехода от схемы ЭС к конструктивному распределению (разбиению) всех элементов на группы, соответствующие конструктивам различных уровней (ИМС, функциональных узлов, блоков, стоек и т.д.). Иногда выделяют три постановки задачи компоновки: типизация - разбиение схемы на конструктивные элементы различных типов; покрытие - преобразование исходной схемы в схему соединений элементов; разрезание - разбиение исходной схемы на части [3, 26, 65]. Требуется разрезать (разбить) граф на n частей , …, c Ni, i =1,n, вершинами в каждой части так, чтобы число ребер, соединяющих вершины различных частей, было минимальным, т.е. критерий оптимальности имеет вид: (1.3.1) где - мощность множества ребер , инцидентных частям и .Появление миниатюрных устройств с большими вычислительными возможностями дают возможность вместо громоздких стационарных устройств применять компактные приборы с аккумуляторным питанием.Программные способы направлены, главным образом, на снижение вычислительной нагрузки на микроконтроллер, что дает возможность использовать кристаллы с небольшой вычислительной мощностью, но с гораздо меньшим потреблением энергии. Многие микроконтроллеры не имеют на кристалле модуля для работы с числами с плавающей точкой, поэтому любые операции с дробными числами занимают продолжительное время.Архитектурные способы снижения энергопотребления и увеличения производительности применяются самими разработчиками микроконтроллеров. Различные режимы энергосбережения - ключевой способ снижения потребления микроконтроллеров, поскольку он позволяет отключать неиспользуемую периферию и снижать тактовую частоту ядра, позволяя на порядки снизить потребление энергии.Примером такого вычислителя может служить российская разработка - процессоры мультиклет, которые состоят из нескольких равноправных вычислителей, работающих независимо друг от друга. Выход из строя или отключение одного из вычислителей не приведет к сбою системы: нагрузка будет распределена между оставшимися вычислителями. Также перспективным направлением являются микроконтроллеры с вычислителем на основе нейронных сетей, так как в некоторых областях нейронные сети позволяют решать задачи гораздо эффективнее и быстрее. Как правило, датчики, память, кодеки и другие компоненты схемы используются только в определенные моменты времени, что дает возможность существенно выиграть в потреблении, полностью отключая их.Если рабочее напряжение схемы отличается от ЭДС батареи, то необходимо будет преобразовывать напряжение питания, а это приведет к потерям энергии. В этой связи многие современные микросхемы могут работать в широком диапазоне питающих напряжений: от 2,7 до 5 вольт, а некоторые специальные образцы могут работать при снижении напряжения питания до 0,7 вольт. Логично в таких случаях применение литий-ионных или литий-полимерных источников питания, ЭДС которых лежит в диапазоне 3,6-4,2 вольт. Немаловажную роль при выборе источника питания играет с
План
Содержание
1. Теоретическая часть
1.1 Общая характеристика задач оптимального проектирования РЭУ
1.2 Основные сведения о задачах оптимизации ЭС
2. Практическая часть
2.1 Программные способы снижения энергопотребления и увеличения производительности
2.2 Архитектурные способы снижения энергопотребления и увеличения производительности
2.3 Перспективные направления решения проблемы
2.4 Схемотехнические методы оптимизации
Вывод
Список используемых источников
1. Теоретическая часть
1.1 Общая характеристика задач оптимального проектирования РЭУ