MLDesigner

MLDesigner
Entwickler	MLDesign Technologies, Inc, Palo Alto, CA, USA
Aktuelle Version	2.8
Betriebssystem	Linux, Solaris
Kategorie	Simulation, Modellierung
Lizenz	kommerzielle Jahresl. (proprietär), akademische Lizenzen (kostenfrei)
Deutschsprachig	nein
www.mldesigner.com

MLDesigner ist ein Modellierungs- und Simulationswerkzeug für die Entwicklung komplexer eingebetteter und vernetzter Systeme. Es erlaubt die Modellierung von Architektur und Funktion von gemischt ereignisdiskreten, zeitdiskreten und zeitkontinuierlichen Systemen und somit die Untersuchung von Architektur, Funktion und Performance komplexer Systeme. Es basiert auf dem nichtkommerziellen Ptolemy Projekt der University of California Berkeley (UC Berkeley). Entwickelt wird MLDesigner von MLDesign Technologies Inc., Palo Alto, CA, USA in Zusammenarbeit mit Mission Level Design GmbH, Ilmenau, Deutschland.

Konzeption

Modelle werden im MLDesigner in Form von graphischen, hierarchisch strukturierten Blockdiagrammen erstellt. Simulierbare Modelle (Systeme) bestehen aus Modulen und Primitiven, die über Ein- bzw. Ausgaben (Ports) und/oder Argumente (Parameter, Ressourcen, Memories und Events) verbunden sind. Während Module wiederum aus Modulen tieferer hierarchischer Ebenen und Primitiven bestehen können, stellen Primitive die atomaren Einheiten von Modellen dar. Ihre Funktionalität wird durch C++-Quellcode oder mit Hilfe von Finite State Machines (FSM) beschrieben. MLDesigner verfügt über mehr als 2000 vorgefertigte Bibliothekselemente, so dass zur Modellierung eines Systems eine Programmierung von Primitiven nicht zwingend notwendig ist. Die Modellelemente werden in MLDesigner in einem XML-Dialekt abgelegt.

Funktionsweise

Simulationen werden in MLDesigner auf Basis multipler, an die jeweils betrachtete Problemstellung angepasster Berechnungsmodelle ausgeführt. Ein Berechnungsmodell, welches beschreibt, wie der Austausch von Daten zwischen den Modellelementen zu erfolgen hat und in welcher Reihenfolge diese auszuführen sind, wird im MLDesigner Domäne genannt. Die verschiedenen Domänen unterscheiden sich hinsichtlich der zugrunde liegenden Zeitbasis – es wird zwischen zeitdiskreten, zeitkontinuierlichen und ereignisdiskreten Modelltypen unterschieden. Eine Mischung von Modellelementen verschiedener Domänen in einem Modell ist möglich, weshalb die Modellierung und Simulation von zeitdiskreten, zeitkontinuierlichen und ereignisdiskreten Systemen mit MLDesigner möglich ist.

Domänen

Der Multi-Domain-Simulator MLDesigner unterstützt unter anderem folgende Domänen:

SDF-Domäne (Synchronous Data Flow)

Die SDF-Domäne ist rein datenflussorientiert und wird zur Modellierung zeitdiskreter Systeme, wie z. B. digitalen Signalverarbeitungsystemen, verwendet. In dieser Domäne tauschen Modellelemente synchron (gleichzeitig) eine feste Anzahl von Datenelementen, so genannten Particles, aus. Die SDF-Domäne besitzt keinen Zeitbegriff. Die Ausführungsreihenfolge verbundener Modellelemente ist auf Basis fester Raten von erzeugten und konsumierten Datenelementen (Particles) statisch festgelegt. Eine weitere datenflussorientierte Domäne ist die DDF- Domäne (Dynamic Data Flow), bei der im Gegensatz zur SDF Domäne die Rate erzeugter und konsumierter Datenelemente variabel ist und somit dynamische Änderungen in der Verarbeitung von Daten sowie der Ausführungsreihenfolge berücksichtigt werden können.

DE-Domäne (Discrete Event)

Die DE-Domäne erlaubt die Modellierung ereignisorientierter Systeme, wie beispielsweise Kommunikations- und/oder Datennetze. Ein Modell bildet hierbei das Eintreten von Ereignissen (Events) zu bestimmten Zeiten ab. Der Datenaustausch entspricht dem Auslösen eines Ereignisses eines Modellteils, welches auf ein anderes Modellteil wirkt. Die Ausführung der Modellelemente erfolgt chronologisch entsprechend der Reihenfolge des Auftretens der Ereignisse. Alle Modellelemente unterliegen einer gleichen globalen Zeit. Durch Mechanismen wie Special Events oder Ressourcen, welche die Inanspruchnahme von Quantitäten oder Berechnungszeiten auf Prozessoren nachbilden, wird die Modellierung intuitiv unterstützt und durch entsprechende vorgefertigte Modellelemente, wie beispielsweise Scheduling-Mechanismen, deutlich vereinfacht. So lassen sich mit Hilfe der DE-Domäne eine Vielzahl verschiedenartiger Systeme, wie beispielsweise Bussysteme, digitale Regelungen, Computer-Architekturen oder System on a Chip (SoCs) modellieren und untersuchen. Dies umfasst jegliche Art von ereignisorientierten Systemen. Selbst Prozesse lassen sich mit MLDesigner über das Paradigma der Ereignis-Prozess-Ketten (EPK) nachbilden, simulieren und optimieren. Die DE-Domäne bildet zugleich den Kern der Modellierungsmöglichkeiten von Architekturmodellen, die im Zusammenhang mit der modellierten Funktion die Untersuchung der Performance von Systemen erlaubt.

FSM-Domäne (Finite State Machine)

FSM ist ein Konzept zur Modellierung von ereignisdiskreten Systemen mittels Zustandsautomaten, wobei eine FSM einen aktuellen Zustand des Systems oder eines Systemteils abbildet, indem das Eintreffen von Ereignissen eine bestimmte, modellierte Aktion sowie einen Zustandswechsel bewirkt. Sie stellt somit eine alternative Form der Beschreibung von ereignisdiskreten Systemen dar und wird intern für die Simulation auf ein DE-Modell abgebildet. Die Modellierung von FSM-Modellen erfolgt in Form von StateCharts. Mit Hilfe der FSM-Domäne lassen sich sehr einfach Systeme modellieren, die in Form eines Zustandsautomaten beschreibbar sind, wie beispielsweise ein Protokollautomat in einem Datennetz.

CTDE-Domäne (Continuous Time/Discrete Event)

Die CTDE-Domäne ist eine weitere zeitbasierte Domäne, die zur Beschreibung von zeitkontinuierlichen Systemen, z. B. von Analog- oder Mixed-signal-Devices, verwendet wird. Zusätzlich zu diskreten Ereignissen unterstützt sie einen kontinuierlichen Zeitverlauf, wie er in realen makroskopischen Systemen auftritt. Die Beschreibung von Systemen in der CTDE entspricht der Beschreibung von Systemen mit Hilfe eines Systems von Differentialgleichungen.

MLDesigner besitzt eine Reihe weiterer Domänen, wie beispielsweise die HOF-Domäne (High Order Function), die eine prozedurale Modellierung von Systemen erlaubt. Die BDF-Domäne (Boolean Data Flow) erweitert das Konzept datenflussorientierter Domänen um die Möglichkeit auf Basis schaltalgebraischer Ausdrücke Modellteile zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.

Code-Generierungsdomänen

Zusätzlich zu allen bisher beschriebenen Domänen, die genutzt werden, um Systeme zu modellieren und zu simulieren und deshalb als Simulationsdomänen bezeichnet werden, gibt es in MLDesigner eine Reihe von Code-Generierungsdomänen, deren Semantik der Ausführung in der Erzeugung von C- oder VHDL-Code liegt. Damit wird es unter Einhaltung bestimmter Vorgaben möglich, für ein in einer Simulationsdomäne erstelltes Modell die Domäne in eine Code-Generierungsdomäne zu ändern und aus dem gleichen Modell einen gewünschten Zielcode zu erzeugen. Voraussetzung hierfür ist, dass sämtliche Modellelemente der Simulationsdomäne auch in der Code-Generierungsdomäne vorhanden sein müssen.

Außer der Nutzung einer Code-Generierungsdomäne ist es in MLDesigner möglich, aus Modellen, die komplett aus Modellelementen der DE-Domäne und der FSM-Domäne bestehen, direkt ANSI-C-Code, VHDL-Code oder SystemC-Code zu erzeugen.

Anwendungsbereiche

MLDesigner kann zum Design von Missionen, Systemen, integrierten Schaltkreisen, rekonfigurierbarer Elektronik und verschiedenster anderer Produkte verwendet werden. Es wird zur Modellierung von Systemen im Automobil, von Avionik- und Raumfahrtsystemen, aber auch von Satellitenkommunikationssystemen und von Prozessabläufen eingesetzt.

Literatur

• G. Schorcht, P. Unger, A. George, I. Troxel, D. Zinn, H. Salzwedel, K. Farhangian, C.K. Mick: System-Level Simulation Modeling with MLDesigner. IEEE / ACM MASCOT 2003 - 11th ACM / IEEE International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems, 12.-15. Oktober 2003, Orlando, Florida, USA.
• G. Schorcht: Entwurf integrierter Mobilkommunikationssysteme auf Missionsebene. Logos-Verlag, 2000, ISBN 3-89722-462-3.
• Herfried Schneider, John A. Buzacott, Thomas Rücker: Operative Produktionsplanung und-steuerung: Konzepte und Modelle des Informations- und Materialflusses in komplexen Fertigungssystemen. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2004, ISBN 3-486-57691-7.

Weblinks

• Website des Herstellers MLDesign Technologies
• Webseite des Ptolemy Projektes
• MLDesigner Manual (PDF-Dokument; 5,42 MB)
• MLDesigner Präsentation (PDF-Dokument; 1,66 MB)