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Versuch 1: Einführung in COSSAP
Mrz-99
Versuch 1: Einführung in COSSAP
Einleitung
Ziel dieses ersten Versuchs ist es, eine Einführung in die Benutzung des Programmpakets
COSSAP ® zu geben. Es soll ein Blockdiagramm (schematic) mit dem Blockdiagrammeditor
(CBDE) erzeugt und anschließend Simulationen mit dem Stream Driven Simulator (SDS)
durchgeführt werden. Dabei werden Blöcke im schematic gesetzt, konfiguriert und durch Signallinien
miteinander verbunden. Das Simulationsergebnis wird mit Hilfe des DAVIS-
TOOLS grafisch dargestellt.
Vorbereitung
Bei diesem Versuch ist der Schwerpunkt auf die Benutzung des Programmpakets COSSAP
und weniger auf das Begreifen komplexer Signalverarbeitung gelegt. Aus diesem Grund wird
ein sehr einfaches Blockdiagramm verwendet. Es wird ein zufälliges Signal erzeugt und in der
Zeit verzögert. Das Originalsignal und das verzögerte Signal werden untersucht und ein Histogramm
dieses Zufallssignals wird erstellt.
Für die Erzeugung des Zufallssignals wird eine Signalquelle verwendet, die ein mittelwertfreies,
weißes, Gauß’sches Rauschsignal erzeugt.
Ein mittelwertfreies, weißes, Gauß’sches Rauschsignal ist ein Signal, dessen spektrale Leistungsdichte
konstant ist (weiß) und dessen Amplitude um den Nullpunkt herum gaußverteilt
ist.
Die Wahrscheinlichkeitsdichte eines Signals x mit Gauß-Verteilung (Normalverteilung) wird
durch folgende Gleichung beschrieben :
f
n
1 σ
2
( x−m) () 2 2
x = ⋅ e
2πσ
mit den Parametern der Verteilung: Mittelwert m (in unserem Fall gleich Null) und der Varianz
σ.
Das Histogramm in der Simulation stellt die Wahrscheinlichkeitsdichte (hier: Amplitudenverteilung)
des Eingangssignals dar.
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Durchführung
Starten Sie COSSAP in Ihrer Korn-Shell (cmdtool-/bin/ksh, nicht in der CONSOLE!), indem
Sie cbde (COSSAP Block Diagram Editor) eingeben und drücken. Der
COSSAP Block Diagram Editor wird geöffnet (siehe Abb. 1.1).
Abb. 1.1: COSSAP Block Diagram Editor
Blöcke setzen und verbinden
In Tabelle 1.1 finden Sie alle Blöcke, die Sie für diese Übung benötigen:
Model Name Model Function Model Symbol
W_GAUSS_NOISE White Gaussian Noise Source * (standard)
DELAYR Delays Real Signal *
HIST1 Histogram of Input Signal Level *
DMPNR Dump Real Signals dmpnr#2.sym
Tab. 1.1: Liste der benötigten Blöcke
Wählen Sie nun die benötigten Blöcke aus, indem Sie per Mausklick auf das Icon INSTAN-
CE klicken. Das Add/Replace Instance in Design-Menu öffnet sich. Wählen Sie die Blöcke
nach ihren Namen aus (select models by: names) und klicken Sie unter Models auf die gewünschten
Blöcke. Achten Sie darauf, daß Sie für den Block DMPNR zwei Ein-/Ausgänge
benötigen. Hierzu klicken Sie bei Model Symbol auf dmpnr#02.sym. Ziehen Sie die Maus auf
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die Arbeitsfläche des CBDE. Mit einem erneuten Mausklick plazieren Sie die Blöcke. Um die
Blöcke auf der Arbeitsfläche zu verschieben, markieren Sie diese durch anklicken. Anschließend
ziehen Sie die Blöcke mit dem Mauszeiger an die gewünschte Position. Blöcke können
auch gedreht und gespiegelt werden. Dazu betätigen Sie auf einem markierten Block die
rechte Maustaste und wählen im erscheinenden Menü die entsprechenden Punkte. Schließen
Sie das Add/Replace Instance in Design-Menü mit .
Nachdem alle Blöcke gesetzt wurden, werden sie durch Signallinien miteinander verbunden.
Klicken Sie hierzu auf das Icon NET in der linken Menüleiste. Ein Mausklick auf den Ausgang
eines Blockes markiert den Anfang der Signallinie. Ein weiterer Mausklick auf den Eingang
des zu verbindenden Blockes markiert das Ende der Signallinie. Sind die Blöcke korrekt
miteinander verbunden, erscheinen die Anschluß-Pins in gefüllter Farbe. Verbinden Sie so
alle weiteren Blöcke miteinander. Ein Beispiel ist in Abb. 1.2 dargestellt.
Abb. 1.2: Konfigurationsbeispiel
Klicken Sie mit der Maus auf das Icon SELECT in der linken Menüleiste, um wieder den
Standard-Mauszeiger zu erhalten.
Wichtig:
Speichern Sie Ihre Zwischenergebnisse regelmäßig unter einem von Ihnen zu
bestimmenden Namen ab: Icon SAVE FILE. Vergewissern Sie sich, daß Sie
sich im CDIR befinden. Bei Schematic Name geben Sie den Namen ex_01 ein,
und bestätigen mit OK.
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Konfiguration der Blöcke
Parameter:
Markieren Sie durch Mausklick den jeweiligen Block, den Sie konfigurieren wollen und klikken
Sie anschließend auf das Icon CONFIG in der oberen Menüleiste. Das Configure Instance-Menü
erscheint. Um die einzelnen Parameter zu definieren, klicken Sie in das Feld Expression
für die entsprechenden Parameter. Ist ein Block komplett konfiguriert, bestätigen Sie dies
durch OK. Nehmen sie die Konfiguration nach Tab. 1.2 vor:
Model Name Parameter Name Parameter Wert
DELAYR DELAY $delay
HST1 FIRST_ITEM 1
NUM_ITEMS 5000
MIN_VALUE -3.0
MAX_VALUE 3.0
NUM_CLASSES 60
DMPNR FIRST_ITEM 1
NUM_ITEMS 100
SAMPLING_TIME 1.0
W_GAUSS_NOISE VARIANCE $variance
RANDOMSEED $seed
Tab. 1.2: Konfiguration der Parameter
Hinweis:
Achten Sie bei der Eingabe auf den Parametertyp. steht für den
Typ REAL, d.h. es müssen auch die Nachkommastellen mit angegeben werden
(Bsp.: 1.0 statt 1). Anders verhält es sich bei INTEGER ; hier dürfen
keine Nachkommastellen angegeben werden.
Hinweis:
Durch Anklicken von im Configure Instance-Menü können Sie sich
eine Funktionsbeschreibung der markierten Blöcke auf dem Bildschirm
ausgeben lassen.
Parameter können auch als Variablen mit $NAME definiert werden. NAME ist dann der Name
der Variablen. Für die Parameter RANDOMSEED, VARIANCE und DELAY haben Sie
solche Variablen bereits gesetzt. Diesen wird später in einer Parameterdatei (Assignment-File)
ein bestimmter Wert zugewiesen. Dies hat den Vorteil, daß häufig variierende Parameter im
Assignment-File übersichtlich zusammengefaßt und sogar mehrere verschiedene Werte zugewiesen
werden können, die während einer Simulation abgearbeitet werden.
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Output Datasets:
Für die Blöcke DMPNR und HIST1 werden neben den Parametern zusätzlich noch output
datasets definiert. In einem output dataset werden die Ausgangssignale (-daten) der Blöcke
für die grafische bzw. numerische Darstellung gespeichert.
Nehmen Sie für die beiden Blöcke DMPNR und HIST1 im Configure Instance-Menü die Einstellungen
wie in Abb. 1.3 und 1.4 vor:
Abb. 1.3: Konfiguration des Modells DMPNR
Abb. 1.4: Konfiguration des Modells HIST1
Hinweis:
Sie haben die Möglichkeit, für File Format, File Type, und Plot Format aus
bereits vorhandenen Einstellungen auszuwählen. Klicken Sie hierzu zunächst
mit der Maustaste in das entsprechende Eingabefeld. Anschließend klicken Sie
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mit der rechten Maustaste hinein, und Sie erhalten eine Auswahl, die Sie mit
der Maus anwählen können. Durch bestätigen Sie die gemachten
Angaben.
File Type:
Implicit
COSSAP speichert das output dataset unter einem COSSAP spezifischen Namen
in das v-Verzeichnis ab. Die Ergebnisse können nur mit dem DAVIS-
Tool dargestellt werden. Das Standard File Format ist dabei
COSSAP_BINARY.
Explicit
Hierbei kann ein File Name für das output dataset angegeben werden. In Verbindung
mit dem File Format ASCII_MATRIX können solche Ergebnisse
dann z.B. mit Microsoft Excel ausgewertet werden.
EXIT-Mask
Für bestimmte Blöcke müssen während der Konfiguration exit flags gesetzt werden. Das exit
flag bestimmt das Ende der Simulationsausführung für Modelle aus bestimmten Klassen, wie
z.B. OUTPUT (hierzu gehören u. a. HIST1 und DMPNR). Sobald die Simulation auf ein modellspezifisches
Abbruchkriterium stößt, wird sie beendet.
In diesem ersten Beispiel haben Sie den Block DMPNR so konfiguriert, daß das exit flag gesetzt
wird, sobald sich 100 Signalelemente im Speicher befinden (Parameter NUM_ITEMS).
Im Block HIST1 wird das exit flag gesetzt, sobald 5000 Abtastwerte des Eingangssignals für
das Histogramm berechnet wurden.
Eine EXIT-Mask bestimmt, für welche Blöcke exit flags gesetzt werden müssen, bevor der
Stream Driven Simulator (SDS) die Simulation beendet. Eine Simulation wird erst abgebrochen,
wenn die exit flags aller in einer EXIT-Mask definierten Blöcke gesetzt wurden.
Um die EXIT-Mask zu definieren, klicken Sie auf das Icon ATTRIB TABLE in der oberen
Menüleiste. Klicken Sie unter der Mask 01 auf das NO für den Block HIST1. Anschließend
klicken Sie mit der rechten Maustaste noch einmal in dieses Feld. Sie können nun zwischen
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YES und NO auswählen. Klicken Sie auf YES. Verfahren Sie ebenso beim Block DMPNR und
klicken Sie anschließend auf . Die EXIT-Masks sind nun definiert.
Konfiguration auf Fehler untersuchen
Um mögliche Fehler in Ihrer Konfiguration aufzuspüren, bietet COSSAP die Möglichkeit
einer Überprüfung, bevor Sie mit der Simulation beginnen.
Klicken Sie auf das Icon CHECK DESIGN. Die Check Design Dialog Box öffnet sich. Klikken
Sie auf . Es sollte das in Abb. 1.5 gezeigte Fenster erscheinen.
Abb. 1.5: Check Design Results
Wenn jedoch Fehlermeldungen ausgegeben wurden, können Sie sich die Fehler durch Anklicken
der entsprechenden Fehlermeldungen und anzeigen lassen. Beheben Sie die
Fehler und überprüfen Sie Ihre Konfiguration erneut, solange, bis keine Fehlermeldung mehr
auftritt. Schließen Sie anschließend beide Fenster durch Mausklick auf bzw.
und vergessen Sie das Abspeichern nicht.
Hinweis.
Die Check Design Dialog Box erscheint nur beim erstmaligen Aufruf. Bei
weiteren Überprüfen werden die Check Design Results sofort ausgegeben.
Starten der Simulation
Bevor Sie die Simulation starten können, müssen Sie den Variablen im Assignment-File noch
Werte zuweisen und die Netzliste erstellen. Klicken Sie hierzu auf das Icon CREATE in der
oberen Menüleiste. Die Create COSSAP Netlist Dialog Box erscheint. Klicken Sie auf
bei Assignment und wählen Sie das entsprechende Assignment-File aus. Bestätigen Sie dies
durch . Wollen Sie ein neues Assignment-File erstellen (was hier der Fall ist, da noch
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kein Assignment-File für Ihre Übung existiert), geben Sie unter File Name den Namen ein,
den das Assignment-File erhalten soll (für dieses Übung soll dies der Name ex_01.asn sein)
und klicken Sie auf . Klicken Sie anschließend auf . Mit Hilfe des vi-Editors
können Sie nun das Assignment-File editieren. Geben Sie folgende Werte ein:
$seed = 955812
$variance = 1.0
$Delay = 2
Beenden Sie den vi-Editor (abspeichern: wq) und klicken Sie anschließend auf .
COSSAP erstellt nun die Netzliste mit verschiedenen Dateien, die für die Simulation benötigt
werden, sowie die Simulationsnummer. Notieren Sie sich diese Nummer. Nun können Sie die
Simulation starten. Es bieten sich verschiedene Möglichkeiten an:
1. Sie können über in der oberen Menüleiste mit Hilfe von die Simulation
starten. Dafür brauchen Sie nur die Simulationsnummer SIMNO eingeben und
anklicken. Ihre Simulation läuft dann im Hintergrund.
2. Sie können den Stream Driven Simulator (SDS) auch direkt in einer Shell (cmdtool) starten.
Dazu wechseln Sie in Ihrer Shell in Ihr c-Verzeichnis und geben folgendes Kommando
ein:
sds SIMNO und drücken .
Sie können die Simulation auch gleich zusammen mit dem Erstellen der Netzliste starten.
Klicken Sie hierzu in der Create COSSAP Netlist Dialog Box auf . Nach dem
Erstellen der Netzliste und der Simulationsnummer wird die Simulation automatisch gestartet.
Der Ablauf der Simulation wird je nach dem wie Sie die Simulation gestartet haben, in einer
Shell mitprotokolliert. Die Simulation kann nun einige Sekunden dauern.
Darstellung der Simulationsergebnisse mit Hilfe des DAVIS-Tools
Im folgenden Abschnitt erfahren Sie, wie Sie sich das Histogramm anzeigen lassen und wie
man das Zeitverhalten des Zufallssignals untersuchen und grafisch darstellen kann. Um eine
Darstellung der Simulationsergebnisse zu erhalten, starten Sie aus dem Menü
in der oberen Menüleiste.
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Bevor man mit DAVIS arbeiten kann, müssen einige Begriffe definiert werden. Abbildung 1.6
zeigt ein Fenster (Window) des DAVIS-Tools. Dieses Fenster ist in Bereiche unterteilt.
Symbolleiste
Workbook
Sheet
Graph
Visualization
Window
Dataset
Window
Sheet
Graph
Abb. 1.6: DAVIS Fenster
Visualization Window:
In diesem Bereich werden die Sheets und Graphen angezeigt, die Bestandteil
des aktuellen Workbooks sind. Ein Workbook kann aus einem oder mehreren
Sheets bestehen. Ein Sheet wiederum enthält einen oder mehrere Graphen und
etwaige Beschriftungen. Das aktuell angezeigte Sheet ist in der Liste dunkel
hinterlegt.
Dataset Window:
Das Dataset Window sieht ähnlich aus wie das Visualization Window. In dieser
Liste sind alle Simulationsfiles angegeben, die sich im Speicher befinden.
Das können auch Graphen sein, die im Visualization Window gelöscht worden
sind. Ein solcher Graph kann wieder angezeigt werden, wenn man ihn per
drag&drop auf das Visualization Window oder auf ein Sheet zieht.
Sheet Window:
Im Sheet Window werden die verschiedenen Graphen dargestellt. In diesem
Bereich kann man verschiedene Anpassungen vornehmen. Durch anklicken
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der Achsenmarkierungen, kann die Skaliereung und der Darstellungsbereich
geändert werden. Es kann Text und eine Legende zugeführt werden. Es ist
auch möglich mehrere Sheets in einem Fenster anzuzeigen (Splitter).
Darstellung des Histogramms:
Mit oder dem entsprechenden Icon in der Symbolleiste rufen Sie
das Auswahlfenster für die Simulationsergebnisse auf.
Abb. 1.7: Auswahlfenster für die Simulationsergebnisse
Als Default Simulationsnummer wird immer die letzte Simulation angezeigt. Wollen Sie eine
ältere Simulation anzeigen, können Sie die entsprechende Simulationsnummer im Auswahlfenster
markieren. Mit den unteren zwei Auswahlfenstern bestimmen Sie wie und wo der
neue Graph gezeichnet wird. Für das Praktikum sind nur einige Einstellungen von Bedeutung.
Visualization:
To Same New Sheet - Erzeugt den oder die Graphen in einem neuen Sheet
To Selected Sheet - Erzeugt den oder die Graphen in dem markierten Sheet
Display New Sheet:
In Current Window
In New Window
- Der neue Sheet wird im aktuellen Fenster angezeigt
- Der neue Sheet wird in einem neuen Fenster angezeigt.
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Mit Plot Format... wird das Anzeigeformat des Graphen gewählt. Als Default Plot Format ist
beim Block dmpnr „First Dimension vs. Time (line)“ eingestellt. Dies ist das gebräuchlichste
Plotformat. Die Dimension repräsentiert dabei den Eingang des anzuzeigenden Blocks. Die
Amplitude des Signals kann dann gegenüber der Zeit (Time) oder den Abtastpunkten
(Sample) als Linie (line) oder Markierung (marker) aufgetragen werden.
Da das Histogramm kein Zeitsignal darstellt, besitzt der Block hist1 andere Plotformate. Als
Default Plot Format ist „Number of events“ eingestellt. Damit wird das Histgramm dargestellt.
Eine Angabe der Durchläufe (Iteration) ist nur nötig, wenn man Simulationen mit mehreren
Durchläufen anzeigen will.
Um nun das Histogramm anzeigen zu können, markieren Sie es und bestätigen mit .
Speichern Sie das Ergebnis als Workbook ex_01.dwb ab.
Darstellung des Zeitsignals:
Entsprechend der eben beschriebenen Vorgehensweise stellen Sie das Zeitsignal (First Dimension)
und das verzögerte Zeitsignal (Second Dimension) gegenüber den Abtastzeitpunkten
im selben Fenster in einem neuen Sheet dar. Speichern Sie das Ergebnis wieder ab.
Auswertung
Überprüfen Sie im Histogramm Mittelwert und Varianz der Signalamplitude mit Hilfe der in
der Vorbereitung gegebenen Wahrscheinlichkeitsdichte.
Welche Aussage zur Ähnlichkeit der beiden Signale im Anzeigeblock DMPNR läßt sich treffen
?
Hinweis: Berechnen Sie in dem Tool DAVIS das Produkt zweier gleichzeitiger Abtastwerte
und summieren Sie das Ergebnis auf.
Selbständiges Experimentieren
Versuchen Sie nun selbständig die Darstellung der Graphen (Farbe, Form) und auch die Achsenskalierung
zu ändern. Stellen Sie die Graphen mit unterschiedlichen Einstellungen im
Auswahlfenster dar. Experimentieren Sie mit den verschiedenen Möglichkeiten, die das
DAVIS-Tool bietet (z.B. Calculator).
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Starten Sie neue Simulationen mit geänderten Parameterwerten und beschreiben Sie die Änderungen
im DAVIS-Tool.
Am Ende des Versuchs schließen Sie zuerst DAVIS und anschließend den COSSAP BDE.
Loggen Sie sich dann am Computer aus.
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