priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-8-683-692pribor-581Research ArticleВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫCOMPUTING SYSTEMS AND THEIR ELEMENTSИспользование абстракций концептуального и функционально-логического уровней в проектировании программно-аппаратных комплексовUsing Abstractions of Conceptual and Functional-Logical Levels in the Design of Hardware and Software ComplexesПлатуновА. Е.PlatunovA. E.

Алексей Евгеньевич Платунов - д-р техн. наук, профессор; факультет программной инженерии и компьютерной техники; профессор

Санкт-Петербург

Alexey E. Platunov - Dr. Sci., Professor; Faculty of Software Engineering and Computer Systems; Professor

St. Petersburg

aeplatunov@itmo.ruКлючевВ. А.KluchevV. A.

Владислав Аркадьевич Ключев - аспирант;  факультет программной инженерии и компьютерной техники

Санкт-Петербург

Vladislav A. Kluchev - Post-Graduate StudentFaculty of Software Engineering and Computer Systems

St. Petersburg

vakluchev@itmo.ruКольчуринМ. В.KolchurinM. V.

Максим Вячеславович Кольчурин - инженер

Санкт-Петербург

 Maxim V. Kolchurin - LMT Design Center; Engineer   

St. Petersburg

maxim.kolchurin@gmail.comАсьминкинФ. А.AsminkinF. A.

Федор Алексеевич Асьминкин - инженер-программист 1-й категории

Санкт-Петербург

Fedor A. Asminkin - LMT Design Center; Software Engineer 

St. Petersburg

fedor.asminkin@gmail.comУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian FederationЛМТРоссияLMT Design CenterRussian Federation202606092026698683692Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/581

Рассматривается проблема недостаточной структурированности и документированности проектных решений в разработке программно-аппаратных комплексов, особенно на концептуальном, архитектурном и функционально-логическом уровнях. Обычно при этом фиксируются лишь отдельные аспекты решения, но невозможно представить его как самостоятельный переносимый объект проектирования. Предложены средства описания, обеспечивающие отделение инвариантной логики решения от его конкретного воплощения. Представлена обобщающая абстракция инвариантно-вариативного проектного механизма, ориентированного на формализацию архитектурной логики, задание критериев корректности, поддержку трассируемости и сравнение альтернативных реализаций. На ее основе вводится ряд проектных абстракций, включающий межблочные адаптеры, системные механизмы-ассистенты, базовые драйверы и локальные инженерные метрики. Абстракции опираются на различные уровневые представления вычислительных систем и процессов их проектирования.

The problem of insufficient structuring and documentation of design solutions in the development of software and hardware complexes is considered, especially at the conceptual, architectural, and functional-logical levels. Usually, only certain aspects of the solution are fixed, but it is impossible to imagine it as an independent portable design object. Description tools are proposed to ensure the separation of the invariant logic of the solution from its specific implementation. A generalizing abstraction of an invariant-variable design mechanism is presented, focused on formalizing architectural logic, setting correctness criteria, supporting traceability, and comparing alternative implementations. Based on it, a number of design abstractions are introduced, including interblock adapters, system assistant mechanisms, basic drivers, and local engineering metrics. Abstractions rely on various level representations of computing systems and their design processes.

программно-аппаратный комплексвстраиваемая системавычислительная архитектуравычислительный процессметодология проектированиявычислительная абстракцияhardware-software systemembedded systemcomputing architecturecomputational processdesign methodologycomputational abstractionReferencesПлатунов А. Е., Пинкевич В. Ю. Создание киберфизических систем: проблемы подготовки ИТ-специалистов // Control Engineering Россия. 2021. № 3(93). С. 64–70.Platunov A.E., Pinkevich V.Yu. Control Engineering Russia, 2021, no. 3(93), pp. 64–70. (in Russ.)Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J. Design patterns: elements of reusable object-oriented software. Boston: Addison-Wesley, 1994. 395 p.Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J. Design patterns: elements of reusable object-oriented software, Boston, Addison-Wesley, 1994, 395 p.Nygard M. Documenting architecture decisions. Boston: Addison-Wesley Professional, 2022. 286 p.Nygard M. Documenting architecture decisions, Boston, Addison-Wesley Professional, 2022, 286 p.Clements P., Bachmann F., Bass L., Garlan D., Ivers J., Little R., Merson P., Nord R., Stafford J. Documenting Software Architectures: Views and Beyond. Boston: Addison-Wesley, 2011. 608 p.Clements P., Bachmann F., Bass L., Garlan D., Ivers J., Little R., Merson P., Nord R., Stafford J. Documenting Software Architectures: Views and Beyond, Boston, Addison-Wesley, 2011, 608 p.Szyperski C. Component software: beyond object-oriented programming. Harlow: Addison-Wesley, 2002. 548 p.Szyperski C. Component software: beyond object-oriented programming, Harlow, Addison-Wesley, 2002, 548 p.Sangiovanni-Vincentelli A., Martin G. Platform-based design and software design methodology for embedded systems // IEEE Design & Test of Computers. 2001. Vol. 18, N. 6. P. 23–33.Sangiovanni-Vincentelli A., Martin G. IEEE Design & Test of Computers, 2001, no. 6(18), pp. 23–33.Keutzer K., Malik S., Newton A. R., Rabaey J. M., Sangiovanni-Vincentelli A. System-level design: orthogonalization of concerns and platform-based design // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 2000. Vol. 19, N 12. P. 1523–1543.Keutzer K., Malik S., Newton A.R., Rabaey J.M., Sangiovanni-Vincentelli A. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2000, no. 12(19), pp. 1523–1543.Delft Students on Software Architecture: DESOSA 2019 [Электронный ресурс]: <https://se.ewi.tudelft.nl/desosa2019/index.html>. (дата обращения 20.05.2026)Delft Students on Software Architecture: DESOSA 2019, https://se.ewi.tudelft.nl/desosa2019/index.html.Кольчурин М. В., Пинкевич В. Ю., Платунов А. Е. Усиление роли микроархитектурных этапов проектирования встраиваемых систем // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 4. С. 716–724.Kolchurin M.V., Pinkevich V.Yu., Platunov A.E. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, no. 4(22), pp. 716–724, DOI: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-716-724. (in Russ.)Lee E. A. Cyber Physical Systems: Design Challenges. Berkeley: University of California, Berkeley, EECS Department, 2008.Lee E.A. Cyber Physical Systems: Design Challenges, Berkeley, University of California, Berkeley, EECS Department, 2008.Пенской А. В. Архитектурное документирование встроенных систем с многоуровневой конфигурацией // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 7. С. 527–532.Penskoy A.V. Journal of Instrument Engineering, 2015, no. 7(58), pp. 527–532. (in Russ.)Кольчурин М. В., Платунов А. Е. Проектные механизмы микроархитектурного уровня для встраиваемых систем // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2025. Т. 25, № 6. С. 1229–1233.Kolchurin M.V., Platunov A.E. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2025, no. 6(25), pp. 1229–1233, DOI: 10.17586/2226-1494-2025-25-6-1229-1233. (in Russ.)NASA Office of Safety and Mission Assurance. Formal Methods Specification and Verification Guidebook for Software and Computer Systems. Vol. I. Technical Report NASA-GB-002-95. Washington, DC: NASA, 1995. 227 p.NASA Office of Safety and Mission Assurance. Formal Methods Specification and Verification Guidebook for Software and Computer Systems, vol. I, Technical Report NASA-GB-002-95, Washington, DC, NASA, 1995, 227 p.Пинкевич В. Ю., Платунов А. Е. Тестирование и отладка встраиваемых вычислительных систем на основе уровневых моделей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18, № 5. С. 801–808.Pinkevich V.Yu., Platunov A.E. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2018, no. 5(18), pp. 801–808, DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-801-808. (in Russ.)Bajer M., Szlagor M., Wrzesniak M. Embedded Software Testing in Research Environment. A practical guide for non-experts // 4th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). IEEE, 2015. P. 235–240.Bajer M., Szlagor M., Wrzesniak M. 4th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), IEEE, 2015, рр. 235–240.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.