Методические указания по микропроцессорным системам
и
проектируемая МПС должна обладать свойствами управляемости, наблюдаемости и
предсказуемости.
Управляемость – свойство системы, при котором ее поведение поддается
управлению, т.е. имеется возможность остановить функционирование системы в
определенном состоянии и заново запустить систему.
Наблюдаемость – свойство системы, позволяющее проследить за поведением
системы, за сменой ее внутренних состояний.
Предсказуемость – свойство системы, позволяющее установить систему в
состояние, из которого все последующие состояния могут быть предсказуемы.
МПС по своей сложности, требованиям и функциям могут значительно
отличаться эксплуатационными параметрами, объемом программных средств,
типом микропроцессорного набора и т.д. В связи с этим процесс
проектирования может видоизменяться в зависимости от требований,
предъявляемых к системе. Например, процесс проектирования МПС, отличающихся
одна от другой содержанием ПЗУ, будет состоять из разработки программ и
изготовления ПЗУ. При проектировании многопроцессорных МПС, содержащих
несколько типов МПК, необходимо решать вопросы организации памяти,
взаимодействия с процессорами, организации обмена между устройствами
системы и внешней средой и т.п.
Наиболее типичными этапами проектирования и разработки МПС являются:
формализация требований к системе; разработка структуры и архитектуры МПС;
разработка и изготовление аппаратурных средств и программного обеспечения
системы; комплексная отладка и приемосдаточные испытания.
Процесс проектирования – итерационный процесс. Неисправности,
обнаруженные на этапе приемосдаточных испытаний, могут привести к коррекции
спецификации, а следовательно, к началу проектирования всей системы.
Обнаруживать неисправности необходимо как можно раньше; для этого надо
контролировать корректность проекта на каждом этапе разработки. Существуют
следующие методы контроля правильности проектирования: верификация
(формальные методы доказательства корректности проекта); моделирование;
тестирование.
В последнее время появилось много работ по верификации программного
обеспечения, микропрограмм, аппаратуры. Однако эти работы пока носят
теоретический характер. Поэтому на практике чаще используют моделирование
поведения объекта и тестирование на различных уровнях абстрактного
представления системы.
На этапе формализации требований к системе контроль корректности
проекта особо необходим, поскольку многие цели проектирования не
формализуются или не могут быть формализованы в принципе. Функциональная
спецификация может анализироваться коллективом экспертов или моделироваться
и проверяться в опытном порядке для выявления достижения желаемых целей.
После утверждения функциональной спецификации начинается разработка
тестовых программ, предназначенных для установления правильности работы
системы в соответствии с ее спецификацией. В идеальном случае
разрабатываются тесты, целиком основанные на этой спецификации и дающие
возможность проверки любой реализации системы, которая объявляется
способной выполнять функции, оговоренные в спецификации. Этот способ –
полная противоположность другим, где тесты строятся применительно к
конкретным реализациям. Однако на практике разработке тестов часто
присваивают более низкий приоритет по сравнению с проектом, поэтому
тестовые программы появляются значительно позже его завершения.
Контрольные вопросы
1. Поясните понятия модульности, магистральности и
микропрограммируемости МПС при проектировании.
2. Перечислите задачи, решаемые разработчиками при проектировании МПС.
3. Перечислите основные этапы проектирования МПС.
4. Назовите концептуальные уровни описания МПС при проектировании и
разработке.
5. Перечислить основные методы контроля правильности проектирования
МПС.
6. Какими свойствами должна обладать проектируемая МПС для выполнения
этапа ее отладки?
7. Перечислите виды неисправности при проектировании МПС.
8. Назовите причины физической и субъективной неисправностей МПС.
9. Поясните понятия: диагностика неисправности, отладка.
4. ОРГАНИЗАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МПС НА ОСНОВЕ
ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОЭВМ
4.1. Общие принципы организации однокристальных микроЭВМ
С повышением степени интеграции микросхем стало возможным реализовать
на одном кристалле сложные функциональные блоки. Зa недолгую историю
развития элементной базы микропроцессорных вычислительных устройств были
разработаны принципиально новые структуры БИС. Такие микросхемы, имеющие
высокую степень интеграции и работающие согласно заданной программе,
получили название микропроцессорных БИС (МП БИС). Стало возможным
реализовать ЭВМ на нескольких типах МП БИС, объединенных в так называемые
микропроцессорные комплекты (МПК) БИС, которые отличаются друг от друга
функциональными возможностями, технологией изготовления, конструктивными
особенностями, быстродействием, потребляемой мощностью и т.п.
Микропроцессорные БИС принято разделять на три основных класса:
секционированные с наращиванием разрядности и микропрограммным управлением;
модульные МП - на основе однокристальных МП БИС с фиксированным набором
команд и разрядностью; однокристальные микроЭВМ.
Секционированные МП БИС включают совместимые микросхемы различного
функционального назначения, на основе которых можно реализовать MПC
различной структуры и разрядности, кратной разрядности секции. В
зависимости от назначения разрабатываемой аппаратуры выбирается структура
секционированных БИС и система команд. Эти БИС широко применяются при
проектировании высокопроизводительных мультимикропроцессорных систем.
МП БИС на основе однокристальных МП и однокристальных микроЭВМ,
обладающие меньшей производительностью, но гибкой системой команд и
большими функциональными возможностями, ориентированы на широкое применение
в различных областях науки, техники и производства - от контроллеров и
калькуляторов, до МПС управления, цифровой обработки сигналов и
интеллектуальных робототехнических систем.
В настоящее время наибольшее распространение получили МП БИС на основе
разновидностей МОП- технологии и интегральной инжекционной логики(И2Л).
Требования к быстродействию предопределили развитие биполярных МП БИС на
основе транзисторно-транзисторной логики с диодами Шотки(ТТЛШ) и эмиттерно-
связанной логики (ЭСЛ).
Следует отметить, что при проектировании МПС для различных применений
обязательным условием эффективного использования МП БИС является
конструктивная и технологическая совместимость всей элементной базы системы
- микросхем малой, средней и большой степени интеграции, используемых в
центральном процессоре, блоках памяти, устройствах ввода-вывода.
Как правило, в состав однокристальных МП БИС, служащих для реализации
однокристальных микроЭВМ и МПС на их основе, входят следующие БИС:
микропроцессор с памятью, последовательный или параллельный интерфейс,
контроллеры (ПДП, прерываний, клавиатуры и т.п.).
В последние годы получила новое развитие номенклатура однокристальных
микроЭВМ и специализированных МПК цифровой обработки сигналов, которые
имеют большую перспективу применения в силу своих функциональных
возможностей и характеристик.
Состав и структура МПК БИС зависят от областей применения и, как
правило, имеют минимально необходимое число БИС для организации микроЭВМ и
МПС.
Типичным представителем МПС с однокристальным МП является
отечественный микропроцессорный комплект серии К1810, в котором реализуются
и находят дальнейшее развитие идеи построения одно- и многопроцессорных
систем на базе МП БИС с фиксированным набором команд. В комплект входят как
универсальные и специализированные процессоры (процессор ввода-вывода,
арифметический процессор), так и схемы, позволяющие сформировать магистрали
микроЭВМ. Комплект может расширяться за счет разработки новых схем,
программно и аппаратно совместимых с МП БИС.
Основной схемой в комплекте является МП БИС К1810ВМ86, которая
представляет собой однокристальный 16-разрядный МП с мультиплексной 20-
разрядной магистралью адреса и 16-разрядной магистралью данных и рассчитана
на работу как в одно-, так и в многопроцессорных системах. Схема
выпускается в 40-выводном корпусе (рис. 5.1). Ряд выводов схемы
используется для выдачи импульсов управления, синхронизирующих работу
микроЭВМ. Питание схемы осуществляется от источника с напряжением 5 В.
Синхронизация работы МП БИС осуществляется импульсами внешнего тактового
генератора, подаваемыми на вход CLK.
Эффективность работы МП БИС К1810ВМ86 существенно повышена за счет
введения команд математических операций (включающих умножение и деление)
над 8- и 16-разрядными числами, команд побитовой обработки чисел, команд
работы с массивами данных, расширения видов прерываний работы МП БИС, а
также реализации конвейерного типа выполнения команд в самой БИС.
Микропроцессорная БИС может работать с памятью объемом до 1 Мбайта,
обмениваться информацией с 64 Кбайтами внешних устройств, имеет 256 типов
различных прерываний.
Обычно процесс выполнения команд программы в МП включает в себя
следующие этапы: извлечение кода команды
| |  скачать работу |
Методические указания по микропроцессорным системам |
