Задача

Разработан прототип устройства — часть высокоскоростной цифровой системы связи, предназначенной для передачи видеоинформации высокой четкости с движущихся объектов со скоростью до 300 км/ч в условиях многолучевого распространения радиосигнала. Пропускная способность не менее 34 Мбит/c и высокая достоверность обеспечивается использованием современных методов передачи данных, таких как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), пространственное кодирование сигнала с несколькими антеннами (MIMO), а также помехоустойчивое кодирование с контролем четности низкой плотности (LDPC).

На момент заключения подрядного договора с ЦИТМ “Экспонента” над реализацией ТЗ “Разработка программного обеспечения физического уровня цифровой обработки сетеориентированной кроссплатформенной системы распределенной обработки и криптозащищенного обмена информацией» работало несколько инженеров Заказчика в течение 20 месяцев. Заказчиком была поставлена задача максимально быстрой реализации ТЗ, т.к. заказчику было важно не допустить или снизить наметившуюся просрочку исполнения ГОЗ. Специалисты ЦИТМ “Экспонента” решили задачу менее чем за 4 месяца, что оказалось в 5 раз эффективнее ранее затраченных усилий Заказчика.

Решение 

Результат был достигнут за счет применения ключевых технологий модельно-ориентированного проектирования, а именно:

• построение системной имитационной модели, на которой были найдены однозначные соответствия между требованиями к системе и используемыми алгоритмами для их выполнения;
• всесторонняя отладка алгоритмов на модели в различных условиях работы системы;
• автоматическая генерация HDL кода из полученных уточненных моделей.

Интересный факт: половина проекта разработана в Simulink, а половина в MATLAB, но поскольку это единая среда — отладка производилась совместно, а HDL код получали и итеративно оптимизировали с помощью автоматического синтеза из целостного проекта. На MATLAB было удобнее реализовать и легче отладить LDPC кодер, по причине большого количества промежуточных данных, которые необходимо было сравнивать с имевшейся эталонной реализацией LDPC кодека на MATLAB. В ЦИТМ “Экспонента” имеется большое количество эталонных реализаций алгоритмов и стандартов связи. MIMO детектор был реализован в Simulink, т.к. в нем интенсивно использовались умножители (DSP48 в терминологии Xilinx), что требовало бОльшую гибкость в вопросах оптимизации по ресурсам и скорости. Весь проект изначально не умещался на ПЛИС без оптимизации по совместному использованию умножителей (resource sharing), а без правильно настроенной конвейеризации не выдерживались критические скорости выполнения. За счет наличия системной модели, единой среды отладки и получения кода для всего проекта, были быстро найдены решения, обеспечившие полное соответствие поставленному ТЗ в кратчайшие сроки.

Результат

Реализованы и сданы следующие функции:

• 86 000 строк отлаженного оптимизированного HDL кода
• OFDM модуляция
• LDPC кодер и декодер (один из самых эффективных на сегодня с т.з. помехозащищенности)
• Банки PSK и QAM демодуляторов с мягким решением
• MIMO детектор на два канала
• Ширина канала – 5-40 МГц
• Схемы синхронизации
• Интерфейсы с Ethernet каналом
• Все это уместили в ПЛИС Zynq-7035.

Время разработки и документирования составило менее 4-х месяцев. По сравнению с 20-ю месяцами, затраченными Заказчиком на реализацию данного ТЗ, реализация ТЗ заняла в 5 раз меньше времени, несмотря на то, что на проекте было задействовано вдвое меньше инженеров ЦИТМ “Экспонента”. Отличительным конкурентным преимуществом Центра Инженерных Технологий и Моделирования “Экспонента” является применение модельно-ориентированного проектирования, которое значительно облегчило управление сложностью проекта и нахождение верных конструкторских решений.

Интересный факт: попытались подсчитать количество строк кода, которое программист может писать в день. Хотя там говорится о 20-30, до 80 строк кода в день, даже если оптимистично взять более высокую оценку в 100 строк кода в день, то получится, что применяемые нами технологии МОП повысили нашу эффективность в этом проекте в 10 раз по сравнению с “оптимистически завышенным средним по планете”… Это, наверное, немного хвастливо, но большой ошибки в этих вычислениях мы не нашли. Мы готовы еще раз проверить наши методики и передать наши компетенции в совместной работе над Вашим проектом.