Методические указания по микропроцессорным системам
ьких логических
элементов. Часто этот способ называют «монтажным ИЛИ» или «монтажным И».
Объединение с использованием схем с тремя состояниями (рис. 1.4, в)
отличается именно таким характером нагрузки. В отличие от обычных ключевых
схем здесь возможен третий режим, при котором оба транзистора одного
каскада (VT1 и VT2 или VT3 и VT4) закрыты. В этом случае со стороны выхода
каскад обладает высоким сопротивлением и практически не влияет на
состояние общей шины. Если в состоянии высокого сопротивления будут
находиться оба каскада, то общая шина может использоваться произвольно
любыми внешними по отношению к МП устройствами. Этот способ широко
используется при организации прямого доступа к памяти и при построении
мультипроцессорных систем.
Кроме широко известных устройств внешней (ЗУ команд и ЗУ данных) и
внутренней (РОН) памятей, для которых характерен адресный принцип общения,
в МП МПС обычно предусматривается возможность работы с так называемой
магазинной памятью (стеком), при обращении к которой не требуется указание
адреса. Возможная организация магазинной памяти представлена на рис. 1.5.
[pic]
Рис. 1.5. Организация стека
Выборка одной из ячеек матрицы памяти осуществляется через дешифратор
адреса (ДСА) по адресу, находящемуся на реверсивном счетчике адреса,
называемом указателем стека (УС). Начальное значение адреса поступает в УС
на вход А. В процессе работы состояние УС при каждой записи уменьшается, а
при каждом чтении увеличивается на единицу. Управление режимами записи и
чтения выполняет местный блок управления (МБУ).
При записи входное слово Х поступает на регистр слов (PC) и
записывается в матрицу памяти по адресу, который в данный момент был
установлен в УС. С небольшой задержкой после записи информации содержимое
УС уменьшается на единицу, подготавливаясь к следующей записи, так что УС
постоянно указывает на пустую ячейку.
При чтении МБУ сначала вырабатывает сигнал, увеличивающий содержимое
УС на единицу, а затем ( сигнал чтения информации из матрицы памяти. В
результате на выходных цепях стека появится слово Х, которое было записано
последним. Принцип работы стека может быть сформулирован как «последним
записан – первым прочитан» (Last In First OUT ( LIFO). Ввиду отсутствия в
коде команд записи (чтения) адресного поля уменьшается разрядность этих
команд и время их выполнения.
В МПС используются два вида стека: встроенный и автономный. Встроенный
стек полностью размещается на кристалле МП. Емкость (глубина) стека здесь
не может быть большой (обычно 16-32 слова). При организации автономного
стека в качестве матрицы памяти используется внешнее по отношению к МП ОЗУ,
а на кристалле располагается лишь УС с разрядностью, равной разрядности
шины адреса; глубина стека может быть равна адресуемой емкости памяти
(обычно 64 К). Для компенсации снижения быстродействия в некоторых МП с
автономным стеком реализованы аппаратная запись и восстановление при
прерываниях содержимого ПС, аккумулятора и регистра состояния.
Работа МПС сопровождается интенсивным обменом информацией между МП,
ЗУ, УВВ. Эффективность решения задач МПС в значительной степени
определяется организацией этого обмена и структурой связи между МП, памятью
и УВВ. Для организации обмена между указанными устройствами вводится
понятие интерфейса – это система шин, вспомогательной аппаратуры и
алгоритмов, реализованных на этой аппаратуре. В функции интерфейса входят:
дешифрация адреса устройств, синхронизация обмена информацией, согласование
форматов слов, дешифрация кода команды, связанной с обращением к памяти или
УВВ, электрическое согласование сигналов.
Сложность задач, возлагаемых на интерфейс, а также недостаточная
мощность буферных схем, входящих в состав БИС МП, привели к распределению
средств интерфейса между различными устройствами:
- устройством управления памятью и вводом-выводом, входящим в состав
МП;
- непосредственно интерфейсным устройством, являющимся промежуточным
звеном между МП, памятью и УВВ;
- специализированными устройствами управления (контроллерами) УВВ.
Различают следующие способы организации связи между МП и УВВ в МПС:
программный обмен данными по командам условного перехода; обмен данными по
сигналам прерывания; обмен данными в канале прямого доступа в память;
подключение устройств ввода-вывода к МП.
При программном обмене данными по командам условного перехода МП
программным путем должен определить, готово ли периферийное устройство к
выполнению операций ввода-вывода до того, как начнется программная передача
данных. Внешнее устройство должно иметь аппаратурные средства для выработки
информации о внутреннем состоянии статусной информации. МП считывает эту
информацию, передает ее во внутренний регистр-аккумулятор, анализирует и на
основе результата анализа принимает решение о готовности устройства
(рис.1.6).
МП может находиться в режиме программного ожидания (готовности)
внешнего устройства, выполняя команды блоков 1 и 2. После обнаружения
состояния готовности МП передает данные по командам блоку 3, а затем
приступает к работе по продолжению основной программы.
[pic]
Рис. 1.6. Алгоритм программного обмена
На рис. 1.7 приведен пример обмена данными по командам условного
перехода. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) при передаче данных имеет
трехуровневые выходные каскады, передача данных с которых осуществляется по
сигналу “Разрешение выдачи” (РВ). По сигналу “Начало преобразования” (НП)
АЦП начинает преобразования мгновенной амплитуды входного аналогового
сигнала в восьмиразрядный код. По окончанию преобразования выдается
управляющий сигнал “Конец преобразования” (КП).
Сигналы НП, КП и РВ считываются МП из байтового выходного регистра
данных. Сигналы Д7 – Д0 имеют правильное значение, если соблюдена
последовательность выдачи управляющих сигналов НП, КП и РВ согласно
временной диаграмме. Сигнал с дешифратора адреса ДСА
[pic]
Рис. 1.7. Схема подключения АЦП к МП при программном вводе данных
вместе с сигналом операции МП Чт/Зп по сигналу импульса синхронизации С
определяет генерацию необходимого управляющего сигнала. По сигналам АНП
=АРВ = 1 осуществляется запуск АЦП; по сигналам АРВ = АКП = 1 – считывание
и ввод в МП значения сигнала КП. Этот сигнал через трехуровневый каскад
вводится в МП по шине Д7. Поэтому команда “Условный переход по знаку
результата” определит либо окончание преобразования (КП=1), либо
необходимость перехода к новому циклу анализа (КП=0). При сигнале КП=1
командой “Прочитать данные по адресу АРВ” осуществляется ввод информации с
АЦП в МП.
Для организации обмена данными по сигналам прерывания от внешних
устройств в МП должны быть предусмотрены специальные аппаратурные средства
анализа состояния внешних устройств. Если они обнаруживают готовность к
обмену какого-либо внешнего устройства, то сигнализируют об этом блоку
управления МП, который завершает текущую операцию, передает на хранение в
память всю информацию внутренних регистров данных и управления и переходит
к подпрограмме обслуживания прерывания. Основная часть этой подпрограммы –
команды передачи данных между МП и конкретным внешним устройством. В конце
нее имеются программы восстановления состояния МП, которое существовало к
началу прерывания.
Если необходимо осуществить обмен между внешним устройством и памятью,
то нет необходимости пересылать данные через МП, так как в противном случае
затраты времени МП будут очень большими. Можно ввести в МПС контроллер
прямого доступа в память, который берет на себя управление передачей.
Построение канала ПДП является альтернативой программному обмену, поэтому и
в данном случае справедливы общие закономерности балансировки программно-
аппаратурных средств. Средства канала ПДП могут быть подключены параллельно
процессору (рис.1.8, а), с передачей функции арбитража ОЗУ.
[pic]
Рис. 1.8. Схема подключения КПД к ОЗУ в МПС
Однако при этом усложняются схемы управления ОЗУ, появляется второй
информационный канал, состоящий из информационных МД и МА и управляющих
сигналов МУ. Поэтому в МПС решается задача разделения единого
информационного канала между МП и КПД в память посредством использования
свойств трехуровневого состояния информационных подмагистралей. МП во время
передачи информации по КПД переводит выходные схемы управления всех
магистралей в высокоомное состояние и изолируется от остальной части
системы, что аналогично обрыву его информационного канала (рис. 1.8, б).
Способы подключения внешних устройств к МП определяются возможностями
его корпуса, аппаратурно-программных средств, количеством и особенностями
устройств ввода-вывода. Запрос на простое прерывание привлекает внимание МП
к внешней системе и требует анализа ее состояния.
Если несколько устройств ввода-вывода (УВВ) подключены к своим
индивидуальным аппаратурным ресурсам (радиальный интерфейс) (см. рис.1.9,
а), то внутри МП необходимо иметь мультиплексор для последовательного
опроса всех УВВ. В случае подключения многих УВВ к одному уровню прерывания
при
| |  скачать работу |
Методические указания по микропроцессорным системам |
