Schaltungssimulator Lastenheft

Transkript

1 SEP Wintersemester 2011/12 Schaltungssimulator Lastenheft Peter Barth, Andreas Gleißner, Sergiy Kolesnikov, Alexander von Rhein und Philipp Wendler 1 Eine kurze Bemerkung vorab Dies ist Euer Praktikum. Dieses Dokument ist kein Katalog von Aufgaben, der Punkt für Punkt abgearbeitet werden muss, um das SEP zu bestehen, sondern lediglich eine Reihe von Hinweisen, was wir erwarten. Es ist aus diesem Grund knapp gehalten. Wie Euer Programm nachher aussieht, müsst Ihr selbst entscheiden. 2 Motivation Das Verständnis von logischen Schaltungen ist ein wichtiger Bestandteil eines Informatikstudiums. Wie beim Programmieren auch, lernt man dies am besten durch Ausprobieren und Experimentieren. Um dies nicht aufwändig mit Bauteilen und Lötkolben durchführen zu müssen, ist es hilfreich, eine Softwaresimulation für Schaltungen zur Verfügung zu haben. Ein weiterer Anwendungszweck ist die Entwicklung von Schaltungen, die auf ein FPGA 1 geladen werden können. Einige Aufgabenstellungen lassen sich durch ein passend programmiertes FPGA deutlich schneller erledigen als durch einen Mikrocontroller mit Software. 1

2 3 Aufgabenstellung Ihre Aufgabe im SEP besteht darin, eine Simulationssoftware für logische Schaltungen zu entwickeln. Ihr Programm soll dem Benutzer die Möglichkeit geben, Schaltungen in einer graphischen Benutzeroberfläche anzulegen, zu bearbeiten und zu simulieren. Eine solche Schaltung besteht aus Bauteilen und Leitungen, die Aus- und Eingänge der Bauteile miteinander verbinden. Ein Ausgang eines Bauteils kann mit mehreren Eingängen anderer Bauteile verbunden werden, ein Eingang jedoch nur mit einem einzigen Ausgang verbunden sein. Dabei sollen sowohl Schaltnetze 2 als auch Schaltwerke 3 gebaut und simuliert werden können. Ein Schaltwerk enthält dabei im Gegensatz zu einem Schaltnetz eine Rückkopplung und kann dadurch Informationen über mehr als einen Taktzyklus speichern. Der Schaltungssimulator soll in Java 6 implementiert werden und unter Linux und Windows benutzbar sein. Als Architektur muss zwingend Model-View-Controller (MVC) verwendet werden. 3.1 GUI Die graphische Benutzeroberfläche soll mit Swing realisiert werden. Dabei ist besonders auf eine gute Bedienbarkeit zu achten Darstellung Die GUI des Systems soll die Schaltung anzeigen und während einer Simulation die Belegungen der Ein- und Ausgänge sowie der Leitungen in Echtzeit darstellen. Benutzereingabe Innerhalb der GUI finden auch sämtliche Benutzereingaben per Tastatur und Maus statt. Dies beinhaltet zum Einen alle Eingaben, die zum Erstellen und Bearbeiten der Schaltung nötig sind, als auch die Steuerfunktionen wie z.b. das Starten und Beenden der Simulation. Außerdem muss der Benutzer die Ansicht soweit anpassen können, dass er die Schaltung vollständig bearbeiten kann. 3.2 Modell Das Modell ist zuständig für die Verwaltung der aktuellen Schaltung und gegebenenfalls der Simulation. Es speichert dazu alle nötigen Informationen über die Schaltung (z.b. Typ, Anzahl, Position etc. der Bauteile und Leitungen). Es muss dabei immer nur eine Schaltung betrachtet werden. Der Entwurf muss so gestaltet werden, dass leicht neue Bauteile zusätzlich zu den mitgelieferten Bauteilen hinzugefügt werden können. Der Benutzer soll neue Bauteile erstellen können, indem er Schaltungen erzeugt und diese als Bauteil abspeichert. Das Modell ist ebenfalls zuständig für das Abspeichern und Laden von Schaltungen. Dabei muss mindestens das XML-basierte SEP-Austauschformat unterstützt werden. Beim Entwurf ist darauf zu achten, dass das Programm leicht um zusätzliche Import- und

3 Exportformate erweitert werden kann. Die Spezifikation des SEP-Austauschformats wird von den Betreuern in einem separaten Dokument zur Verfügung gestellt. Als Hilfe für den Benutzer soll das Programm die Schaltung auf mögliche Fehler überprüfen können. Einfache Checks wie Rückkopplungsfreiheit (im Fall von Schaltnetzen) müssen bereits mitgeliefert werden, außerdem soll das Programm leicht um zusätzliche Checks erweiterbar sein. 4 Produkteinsatz Zielgruppe sind Studierende eines Informatik- oder Elektrotechnik-Studiengangs, die sich mit logischen Schaltungen beschäftigen möchten. 5 Produktfunktionen 5.1 Minimale Leistungsmerkmale GUI Das Darstellungsfenster muss mindestens bei einer Auflösung von Bildpunkten benutzt werden können. 2D-Ansicht der Schaltung und ggf. der laufenden Simulation Die GUI muss den Benutzer sinnvoll unterstützen und benutzerfreundliche Eingabeelemente anbieten. Flüssige Darstellung Anzeige der Ergebnisse von Schaltungschecks Eingabe zur Schaltungsbearbeitung: Auswahl und Positionierung neuer Bauteile, Verschieben existierender Bauteile durch Drag n Drop, Verbinden von Bauteilen durch Leitungen, Löschen von Bauteilen und Leitungen Eingabe zur Simulationssteuerung: Start und Stop der Simulation, Änderung der Simulationsgeschwindigkeit, Ändern der Belegung von Eingängen Sonstige Eingaben: Laden und Speichern von Schaltungen, Erstellen neuer Bauteile aus Schaltungen, Ausführen von Checks mit der aktuellen Schaltung Modell Laden und Speichern von Schaltungen Exakte Simulation Verwalten der Liste angebotener Bauteile mit Möglichkeit der Erweiterung durch den Benutzer Mindestens angebotenen Bauteile: Schalter für Eingänge der Schaltung (mit eindeutigem, vom Benutzer vergebenen Namen) 3

4 Lampe für Ausgänge der Schaltung (mit eindeutigem, vom Benutzer vergebenen Namen) Bauteile für die booleschen Funktionen NOT, AND, OR Taktgeber FlipFlop Knoten mit Identitätsfunktion (1 Eingang wird auf 1 Ausgang weitergeleitet) Mindestens angebotene Checks: Verbot des Verbindens mehrerer Ausgänge mit einem Eingang Verbot des Verbindens zweier Eingänge bzw. zweier Ausgänge miteinander Prüfung auf Rückkopplungsfreiheit 5.2 Optionale Leistungsmerkmale Zusätzliche Bauteile Bauteile mit variabler Anzahl Eingänge (z.b. n-faches AND) Erweiterte Anpassungsmöglichkeiten der Darstellung (z.b. Zoom) Optionales Grid zum Einrasten der Bauteile bei ihrer Positionierung Mehrfachselektion von Bauteilen in einer Schaltung (z.b. zum gemeinsamen Löschen oder Verschieben) Copy-and-Paste von Bauteilen in einer Schaltung Manuelles und/oder automatisches Verlegen von Leitungen Export der Schaltung in zusätzlichen Formaten (z.b. als Bild) Zusätzliche Checks (z.b. Finden von Leitungen, deren Zustand konstant ist; Vergleich der Schaltung mit booleschen Funktionen) Hilfreiche Anzeige der Checkergebnisse, z.b. durch Einfärben von Fehlern in der Schaltung Unterstützung des Benutzers durch die Oberfläche, sodass verbotene Fälle (z.b. zwei Eingänge miteinander verbinden) gar nicht erst erzeugt werden können (in diesem Fall können die dadurch überflüssigen Checks wegfallen). 4

5 6 Organisatorisches Für jede Phase des Praktikums muss ein Phasendokument abgegeben werden. Dieses Dokument ist Grundlage für das Kolloquium am Ende jeder Phase, in dem der Phasenverantwortliche die Ergebnisse der Phase vorträgt. Die genauen Termine entnehmt bitte der Homepage. 7 Bewertung Die Benotung des SEP richtet sich nach folgenden Kriterien: Qualität aller abgegebenen Dokumente Qualität der Kolloquien Qualität der Abschlusspräsentation Erfüllung der minimalen Leistungsmerkmale (s.o.) Sinnvolle Erweiterungen über diese Merkmale hinaus Robustheit des erstellten Programms Diese Liste hat keine Reihenfolge, die einer Gewichtung entspricht. Es gibt sicherlich weitere Punkte, die als selbstverständlich gelten und sich bei Nichterfüllen negativ auswirken (z.b. sollte die Bedienung möglichst einfach von der Hand gehen). Viel Erfolg und vor allem viel Spaß! 5