Разработка программной среды распределенной системы оценки стойкости полупроводниковых изделий

УДК 004.415.2

Информационные технологии

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Е.С. Пашковская, М.Е. Пашковский, В.Ф. Барабанов

В предлагаемой работе рассмотрена структура распределенной информационной системы моделирования и оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры

Ключевые слова: распределенная информационная система, программная среда, стойкость радиоэлектронной аппаратуры

В настоящее время современные тенденции построения распределённых информационных систем корпоративного уровня всё чаще проникают в различные области технических задач, позволяя получать все преимущества, недоступные локальным вычислительным системам.

Эффективное участие в скоординированной разработке проекта различных исполнителей, а, зачастую, целых отделов и организаций, позволяет получить готовый результат в самые сжатые сроки. Вместе с тем, в ходе построения таких информационных систем, разработчики

сталкиваются с рядом проблем, связанных с эффективным распределением вычислительных ресурсов и одновременной работы с данными различных пользователей, вопросами безопасности и защищённости таких систем. В данной статье предлагается рассмотреть возможность применения распределённых информационных систем при решении вопроса оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры к воздействию заряженных частиц космического пространства, т.к. существующие программные средства лишены преимуществ распределённых систем вследствие их приспособленности исключительно к работе в условиях локальной вычислительной среды .

При решении задачи построения информационной системы с возможностью распределённого контролируемого доступа была разработана распределённая система моделирования и оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры (рис. 1).

Основными элементами разработанной распределённой системы являются:

- подсистема идентификации, обеспечивающая проведение проверки подлинности регистрируемого участника процесса, а также позволяющая определить группу допуска и, как следствие, перечень доступных операций в системе. С данной

Пашковская Елена Сергеевна - ВГТУ, соискатель, e-mail: h-elen-com@yandex.ru

Пашковский Михаил Евгеньевич - ОАО НВП «ПРОТЭК», канд. техн. наук, e-mail: mikepas@yandex.ru Барабанов Владимир Федорович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: bvf@list.ru

подсистемой связано отдельное хранилище учётных записей пользователей и их атрибутов;

- система управления проектом. Ключевой модуль системы позволяет организовать пространство проекта, в котором хранится вся информация, используемая в процессе моделирования и оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры и элементной базы. Пространство данных проекта хранится на сервере системы, и может корректироваться только допущенным кругом лиц;

- единое хранилище данных выполняет роль банка данных и позволяет проводить просмотр данных элементов, их параметров и характеристик (критичные параметры и эксплуатационные характеристики) из интегрированной библиотеки компонентов, также содержит интегрированную библиотеку проектов, в которой содержится весь перечень созданных в системе проектов, их история и результаты проведенных расчётов;

Рис. 1. Структура распределённой информационной системы моделирования и оценки стойкости радиоэлектронной аппаратуры

- внешняя информационная среда поддержки моделирования и проектирования, включающая перечни не секретной документации (различные ГОСТ и требования, предъявляемых техническими условиями в рамках разрабатываемого проекта);

- подсистема контроля и коррекции единой информационной системы позволяет допущенной группе лиц

осуществлять коррекцию и дополнение единого хранилища данных. Непривилегированные пользователи могут внести изменение в хранилище посредством запросов на изменение, которые проходят согласование членом административной группы;

- модуль интеграции информационной системы, позволяет проводить добавление информации в единое хранилище из сторонних источников (например, из программной среды схемотехнического моделирования и проектирования);

- подсистема оценки характеристик стойкости радиоэлектронной аппаратуры и элементной базы к единичным эффектам при воздействии отдельных заряженных частиц космического пространства, также к эффектам, связанным с общей накопленной дозой. Система требований позволяет оценить вероятность сбоя блока космического аппарата и проверить конфигурацию разрабатываемого блока на соответствие требованиям стойкости;

- подсистема оптимизации проекта позволяет провести оптимизацию различных конфигураций разрабатываемого оборудования на основе критериев стойкости, позволяя определить перечень наиболее подходящих вариантов.

В ходе анализа полученных результатов работ, проводимых при исследовании вопроса оперативной оценки стойкости полупроводниковых изделий [1] было принято решение кардинально изменить замысел разрабатываемой

информационной системы за счет ухода от концепции локальной вычислительной системы и перейти в область распределённых вычислений. Следует отметить, что разрабатываемая распределённая информационная система может решать задачи как проведения оценочного (ориентировочного) расчёта, так и обладает возможностью ведения уточнённой оценки с учётом топологии полупроводниковой элементной базы и обеспечивает концентрацию информационных и справочных ресурсов в одном месте. От части, это обеспечивается за счет самой концепции построения распределенных систем,

подразумевающей набор независимых

компьютеров, представляющийся их пользователям единой объединенной системой [2]. Как правило, это достигается путем использования специальных интерфейсов и протоколов. Схематично структура распределенных систем представлена на рис. 2.

Машина! Машина 2 Машина 3

] [ II Распределенные приложения

1 II

Службы программного обеспечения промежуточного уровня

ОС ОС- ОС

Сеть

Рис. 2. Общая структура распределенных систем с промежуточным уровнем

Распределенные операционные системы не предназначены для управления набором независимых компьютеров, а сетевые операционные системы не дают представления одной согласованной системы. По этой причине используется дополнительный уровень

промежуточного программного обеспечения. По сути это программный интерфейс, предоставляющий управление локальными ресурсами, и простые коммуникационные средства для связи с другими компьютерами. Можно выделить такие модели программного обеспечения промежуточного уровня, как модель на основе распределенной файловой системы, модель на основе удаленных вызовах процедур, модель на основе распределенных объектах, модель распределенных документов и др. Службы промежуточного уровня реализовывают

прозрачность доступа путем предоставления высокоуровневых средств связи, скрывающих низкоуровневую пересылку сообщений по компьютерной сети, присваивают имена входящим в сеть элементам, предоставляют специальные средства хранения данных, средства для распределения транзакций и средства обеспечения защиты.

С учётом концепции построения распределённых систем, а также специфики задач, решаемых разрабатываемым программным обеспечением, предложена организация модульной схемы распределённой информационной системы оценки характеристик стойкости аппаратуры к воздействию заряженных частиц (рис. 3).

Рис. 3. Модульная схема распределённой информационной системы оценки характеристик стойкости аппаратуры к воздействию заряженных частиц

На уровне разработки схемы распределённой информационной системы предложено провести границу между отдельными решаемыми подзадачами и определить их обработчиков. Все задачи, относящиеся к вычислительным процессам, процессам хранения и обработки данных, решено передать серверу системы, а задачи обеспечения взаимодействия пользователя с системой и интерфейсы должны обрабатываться на клиенте.

Кратко останавливаясь на описании распределённой информационной системы, можно выделить ряд процессов, реализуемых в рамках системы:

- регистрация пользователя в системе, определение его прав и доступного функционала. На данном этапе определяется принадлежность пользователя к одной из предопределённых системой групп. Принадлежность к той или иной группе наделяет зарегистрировавшегося участника процесса различными правами и функциональными возможностями, таким образом, происходит разграничение всей совокупности пользователей, что позволяет обеспечить дополнительную защиту данных от несанкционированного изменения и краха базы данных системы от хаотических изменений данных;

- организация пространства проекта, обеспечение независимости данных проекта внутри

системы. Выделение пространства проекта позволяет выделить каждый проект (расчёт) в отдельное хранилище с определённым набором пользователей, имеющих доступ, тем самым обеспечив его изолированность. Формирование пространства проекта инициируется руководителем проекта в системе управления проектами (в нём задаются параметры проекта, такие как учётные данные проекта). Отдельный проект имеет свою копию элементов (исходных объектов) — базу элементов, а также хранит информацию по всем проводимым расчётам;

- организация добавлений данных в информационную систему, добавление и редактирование существующей базы данных интегрированной библиотеки элементов через различные механизмы. Предполагается реализация нескольких механизмов редактирования интегрированной библиотеки элементов, один из которых предполагает прямое редактирование базы данных доступно узкому кругу пользователей, входящих в административную группу. Другим подходом является инициация запросов на редактирование базы данных рядовыми пользователями системы, запрос предполагает указание причины корректировки и перечня параметров редактируемых данных;

- организация проведения расчёта, механизмы обеспечения ведения расчётов, добавления дополнительных данных и формирования отчётной информации. Реализация инструментов по оценке стойкости радиоэлектронной аппаратуры и элементной базы к единичным эффектам при воздействии тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ) [3] и высокоэнергитичных протонов (ВЭП) [4] космического пространства. Помимо оценки воздействия на полупроводниковые изделия отдельных заряженных частиц предполагается возможность добавления механизмов оценки влияния эффектов, связанных с общей накопленной дозой излучения;

- проверка на соответствие требованиям стойкости позволяет на начальном этапе отсеять варианты конфигураций проектов, не удовлетворяющие заданным критериям и требованиям. Проверка различных вариаций конфигураций блока позволяет снизить общие расходы (временные и материальные) на разработку и изготовление заведомо неподходящих вариантов исполнения разрабатываемого блока;

- оптимизация выбора комплектующих изделий позволяет проводить выборку наиболее подходящих из всей совокупности экземпляров. В роли критериев отбора выступает требование стойкости изделий.

Таким образом, предложенная распределённая система оценки стойкости полупроводниковых изделий к воздействию заряженных частиц космического пространства обеспечивает решение широкого круга задач. Построение распределённой системы в первую очередь направлено на эффективное распределение вычислительных

ресурсов и организацию единого центра хранения информации. В тоже время внедрение технологий распределённых систем позволяет решить вопрос централизованной обработки данных и одновременной работы с проектами различных групп пользователей в условиях защищённой среды.

Литература

1. Пашковский, М.Е. Разработка интегрированного программного комплекса моделирования локальных радиационных эффектов от заряженных частиц космического пространства [Текст] /М.Е. Пашковский, В.В. Мамута, В.Ф. Барабанов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. -Т. 1. - № 1. - С. 15-18.

2. Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы / Э. Таненбаум, М. ванн Стеен. СПб.: Издательство «Питер», 2003. - 877 с.

3. Пашковский, М.Е. Модель оценки стойкости полупроводниковых изделий к воздействию тяжёлых заряженных частиц космического пространства [Текст] / М.Е. Пашковский, Е.И. Пашковский // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - №1. - С. 58-60.

4. Пашковский, М.Е. Модель оценки стойкости полупроводниковых изделий к воздействию высокоэнергетичных протонов космического пространства [Текст] / М.Е. Пашковский, Е.С. Пашковская, В.Ф. Барабанов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. -Т. 9. - №4. - С. 18-21.

5. Барабанов В.Ф. Оперативная оценка стойкости полупроводниковых изделий к локальным радиационным эффектам: Монография/ В.Ф. Барабанов, М.Е. Пашковский, С.Л. Подвальный - Воронеж: Издательство "Научная книга", 2012. -128 с.

6. Барабанов, В. Ф. Интерактивные средства моделирования сложных технологических процессов. / В. Ф. Барабанов, С. Л. Подвальный - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. - 89 с.

7. Барабанов, В. Ф. Многовариантное моделирование динамических систем эволюционного типа для управления в экстремальных ситуациях / В. Ф. Барабанов, С. Л. Подвальный, О. С. Плахотнюк -Воронеж: ГОУ ВПО "Воронежский гос. технический ун-т" - 2007.

Воронежский государственный технический университет

Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЭК», г. Воронеж

WORKING OUT OF THE PROGRAM ENVIRONMENT DISTRIBUTED SYSTEM OF RATING STABILITY OF SEMI-CONDUCTORS

E.S. Pashkovskaya, M.E. Pashkovsky, V.F. Barabanov

In offered work the structure distributed information system of modeling and rating stability of semi-conductors is considered

Key words: the distributed information system, program environment, stability of semi-conductors