Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к курсовому проектированию для студентов Самара 1998 icon

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к курсовому проектированию для студентов Самара 1998


Смотрите также:
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию Москва 2007...
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию Москва 2006...
Методические указания к выполнению практических и лабораторных работ Москва 2010...
А. А. Мицкевич Доктор педагогических наук, профессор...
Учебное пособие для студентов специальности 061100 «Менеджмент организации»...
Прокурор в уголовном процессе...
Рекомендуемое почасовое планирование 7 Тема I...
Методические указания к выполнению полевой практики по инженерной геологии для студентов...
Гирокурсоуказатель «вега» Сборник лабораторных работ для студентов специальности 240200...
Л. Е. Захарова Дискретная математика...
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия...
Методические указания...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4
скачать
Министерство общего и профессионального образования РФ

Самарский Государственный аэрокосмический Университет имени академика С.П. Королева


Проектирование микропроцессорных устройств обработки данных


Утверждено

редакционно-издательским

советом университета в

качестве методических

указаний к курсовому

проектированию для

студентов


Самара 1998

УДК 681.3


В методических указаниях раскрывается цель, порядок выполнения и содержание основных этапов проектирования систем сбора и обработки данных на основе современной элементной базы — микропроцессорных комплектов БИС. указания и рекомендации по проектированию всей системы основных блоков: процессора и памяти, а также рекомендации по оформлению курсового проекта.

Предназначены для студентов специальности 2202Ю, выполняющих курсовой проект по дисциплине “ Схемотехника, ЭВМ и микропроцессоры”.


Составители: В.Г. Иоффе, В.П. Павлов, Ю.В. Пшеничников


Содержание

1. Объект проектирования и исходные данные...................................................................

2. Этапы проектирования

3. Разработка алгоритмов функционирования

4. Обобщенная структура СОД

5. Проектирование аппаратных средств

5.1. Принципы организации интерфейса

5.2 .Организация процессорного блока

5.2.1. Процессорный блок на базе К580

5.2.2. Процессорный блок на базе К1821

5.2.3. Процессорный блок на базе К1810 ВМ86/ВМ88

5.2.4. Процессорный блок на базе К1816 ВЕ51

5.3. Проектирование блоков памяти

5.3.1. Выбор БИС ПЗУ и ОЗУ

5.3.1.1. Разновидности БИС ОЗУ

5.3.1.2. Быстродействие ЗУ

5.4. Построение блоков памяти на БИС ЗУ с различной организацией

5.5. Адресация блоков памяти и устройств ввода-вывода

5.6. Программируемые БИС

5.6.1. Программируемые таймеры

5.6.2. Программируемый параллельный адаптер К580 ВВ55

5.6.3. Программируемый адаптер последовательного интерфейса КР580 ВВ51

5.6.4. Программируемый контроллер прерываний

5.6.5. Программируемые БИС МПК К1821

6. Программирование алгоритмов

7. Оценка быстродействия

8. Оформление курсового проекта

Список использованных источников

Приложение А


Целью курсового проекта является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков самостоятельного проектирования микропроцессорных устройств систем сбора и обработки данных.


^ 1 ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ


Объектом курсового проектирования является система сбора и обработки данных, реализуемая на основе современной элементной базы - микропроцессорных комплектов больших интегральных схем (МПК БИС).

Система сбора и обработки данных (СОД) - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для информационного обслуживания пользователей и (или) технических объектов. В состав аппаратных средств входят устройства для ввода, хранения, преобразования и вывода данных. Программное обеспечение представляет собой совокупность программ, реализующих возложенные на систему функции. Функции СОД состоят в выполнении требуемых процедур обработки данных: ввода, хранения, преобразования и вывода.

Современные МПК БИС по принципам построения делятся на два основных класса: однокристальные и многокристальные (секционные) комплекты. Наибольшее распространение и применение в настоящее время имеют однокристальные комплекты. Они используются при построении как автоматизированных СОД, так и универсальных ЭВМ.

Секционные комплекты используются при построении проблемно-ориентированных и специализированных ЭВМ.

Исходные данные для проектирования:

- алгоритмы задач обработки данных, представленные на вербальном и (или) математическом уровнях;

- класс микропроцессорного комплекта;

- целевая функция проектирования.


^ 2 ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ


Проектирование микропроцессорных СОД включает следующие основные этапы, реализуемые обычно итерационно.

1. Системный анализ. Целью этого этапа является определение требований и ограничений на основные характеристики СОД.

Перечень требований включает: цель разработки и назначение СОД, класс или набор реализуемых алгоритмов, порядок и способ взаимодействия СОД с внешними устройствами или системами, типы и количество входных и выходных данных, характеристики СОД - точность, производительность, надежность и др.

В перечень ограничений включаются возможные пределы значений характеристик системы, отражающие современный уровень техники и технологии.

Результатом системного этапа является техническое задание на проектирование СОД. Качественный системный анализ существенно сокращает сроки и трудоемкость проектирования системы.

^ 2. Разработка алгоритмов функционирования. На этом этапе выбираются основные функциональные устройства СОД, их параметры, определяются способы ввода-вывода информации, форматы данных, организация памяти и т. д. и разрабатываются алгоритмы функционирования СОД.

Разработка алгоритмов сводится к их описанию. В зависимости от сложности системы описание алгоритмов может выполняться с различной степенью детализации - в виде иерархии описаний. На верхнем уровне иерархии описание осуществляется на уровне (в терминах) процедур. На других, более низких уровнях иерархии различные процедуры описываются более детально.

Описание алгоритмов на этом этапе обычно осуществляется в графической форме - в форме граф-схем алгоритмов (ГСА).

^ 3. Разработка структуры. На этом этапе путем анализа алгоритмов функционирования СОД производится разделение функций СОД между аппаратными и программными средствами. От решения этого вопроса существенно зависят две основные характеристики СОД - быстродействие и затраты оборудования: чем больше функций СОД будут реализованы на аппаратном уровне, тем выше быстродействие; напротив, программная реализация функций требует меньших аппаратных затрат, но уменьшает быстродействие. Сложность этой задачи состоит в том, что нет аналитических методов ее решения, поэтому требуется предварительная проработка нескольких различных вариантов реализации СОД.

Рациональное решение этой задачи можно получить путем использования методов имитационного моделирования, однако этот путь ведет к большой трудоемкости. Поэтому решение о разделении программных и аппаратных средств принимается проектировщиком на основании опыта разработки аналогичных систем. Принятое решение о разделении функций СОД может неоднократно корректироваться после выполнения последующих этапов проектирования.

Результатом этапа является состав структурных (аппаратных) модулей - устройств типа процессор, основная память и др.

^ 4. Разработка аппаратных средств. На этом этапе осуществляется выбор элементной базы и проектирование модулей, входящих в структуру СОД. А именно, выбор внутреннего и внешнего интерфейсов, проектирование центрального процессора, запоминающих устройств, контроллеров периферийных устройств и др.

Выбор элементной базы осуществляется в соответствии с ограничениями и требованиями по быстродействию, энергопотреблению, габаритам и др. Наиболее сложным и ответственным при этом является выбор МПК БИС. Выбор комплекта осуществляется на основе анализа целевой функции системы и требований (ограничений), указанных в техническом задании.

^ 5. Разработка программных средств. На этом этапе осуществляется разработка программ (программирование) алгоритмов, полученных на втором этапе проектирования. Программирование осуществляется в терминах выбранного или заданного языка программирования (ассемблер или др.).

^ 6. Разработка средств контроля и диагностики. Степень сложности современных микропроцессорных СОД достигла такого уровня, что их эксплуатация существенно затруднена, если СОД не имеет встроенных средств контроля и диагностики, использование которых увеличивает достоверность получаемых результатов и обеспечивает автоматический поиск неисправностей. Поэтому алгоритм функционирования СОД должен содержать процедуры, обеспечивающие контроль достоверности обрабатываемой информации. Эти функции обычно реализуются за счет введения информационной и аппаратной избыточности в разрабатываемую СОД.

Одновременное выполнение этапов 4, 5, 6 повышает качество системы.

^ 7. Оценка эффективности проекта. На этом этапе осуществляется оценка качества разработанной системы путем вычисления значений критерия и различных характеристик системы (затраты оборудования, быстродействие и др.) и сравнения последних с заданными ограничениями. Нарушение одного или нескольких ограничений ведет к необходимости повторного проектирования системы или ее частей.

В настоящих методических указаниях основное внимание, в силу специфики курса “Схемотехника, ЭВМ и МП”, уделяется этапам 2, 3, 4, 5, 7.


^ 3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

В данном курсовом проекте функциональная схема СОД указывается в исходных данных к проекту, поэтому в настоящем разделе рассматриваются только вопросы разработки и описания алгоритмов функционирования СОД.

Для каждой задачи обработки данных разрабатывается алгоритм ее решения и производится его описание в форме ГСА.

ГСА состоит из описания слов и массивов, в котором указывается имя переменной, ее разрядность, функциональное назначение , и схемы алгоритма, отражающей последовательность выполнения процедур и операций. ГСА является основным документом, на базе которого проектируется СОД.

ГСА составляется в обобщенном виде и не отражает конкретные технические средства, с помощью она может быть реализована. Выбор технических средств ( микропроцессорного комплекта, элементной базы и т.д.) осуществляется на более поздних стадиях проектирования с учетом требований по быстродействию, габаритам, энергопотреблению.

В разработке алгоритмов важное место занимает задача выбора форматов представления данных, особенно чисел, так как выбор форматов их представления существенно влияет на точность результатов вычислений и затраты ресурсов.

В случае, когда диапазон представления чисел известен, предпочтение следует отдавать формату с фиксированной запятой. Достоинства этого формата - высокое быстродействие при выполнении арифметических операций. Формат с плавающей запятой при его программной реализации требует больших временных затрат, поэтому его применение целесообразно в случае, когда диапазон представления чисел велик или не определен. Уменьшения временных затрат можно достичь при аппаратной реализации операций с плавающей запятой при помощи соответствующего сопроцессора.

Разрядность чисел с фиксированной запятой определяется заданной точностью вычислений, а с плавающей - заданным диапазоном (разрядностью порядка) и точностью вычислений (разрядность мантиссы).

При описании алгоритмов используется формальное описание слов и массивов информации. Для описаний операций (действий по обработке информации) используется формализм под названием “оператор“.

Слова информации описываются в виде: A(n :m), где A - идентификатор слова; n, m - номера соответственно старшего и младшего разрядов.

Массивы информации описываются в виде: M[k : h](n : m), где M - идентификатор массива; k, h - границы номеров слов, составляющих массив.

При описании операторов используется знак присваивания “:=”. Слева от него указывается слово (часть слова или составное слово), а справа - выражение. Выражение описывает суть преобразования данных (операции) в виде описания слов и знаков операций над ними.

Например, вычитание двух чисел A (0:15) и B (0:15) можно описать в виде оператора C:=A-B, где A, B, C - шестнадцатиразрядные двоичные числа; “-” - знак операции вычитания двоичных кодов.

Арифметический правый сдвиг на один разряд записывается в виде

С(15:0)СПА(С(15).С(14:0)).

где “.” - знак конкатенации (склеивания).

Операция конъюнкции с константой:

С(3:0):=С (3:0)1011

Пересылка:

A(15:4):=B(11:0)

A(3:0):=C(15:12)

Порядок выполнения действий, описываемых операторами, зависит от логических условий (ЛУ). ЛУ - булева функция, описание которой осуществляется в виде

x =  (A, B, ...)

где  - тип булевой функции; x - значение булевой функции, A, B ... - слова информации.

Например, сравнение двух слов А и B можно описать в виде

x : A = B

Значение ЛУ x определяется булевским выражением , где - символ логической операции сложения по модулю 2 с инверсией.

Для представления алгоритма в форме ГСА используются вершины четырех типов: начальная, конечная, операторная и условная (рисунок 1).





Рисунок 1 - Графическое обозначение вершин ГСА: а - начальная, б - конечная, в - операторная, г - условная


Начальная и конечная вершины означают соответственно начало и конец алгоритма. В операторной вершине представляется описание действий (операций) в виде операторов. В условной вершине указывается логическое условие. При описании логических условий могут использоваться знаки отношений: “=”, ”<“, ”>“, ”“, ”“ и т. п.

В приложении А в качестве примера приведен словесный алгоритм функционирования СОД и пример составления на его основе граф-схем алгоритмов различных уровней детализации: на уровне процедур и операций. Назначением СОД является обработка измерительной информации, получаемой с объекта исследования. Приведение измерительных данных (кодов) к физическому параметру (температуре, например) выполняется по схеме Горнера

P(y) = ((...(an y + an-1 ) y + an-2 ) y + ... + a1 ) y + a0 ,


которая в рекуррентном виде записывается следующим образом:


Si+1 = Si  y + an- i , (3.1)


где n - степень полинома P; an , ... , a0 - коэффициенты полинома; y - значение аргумента полинома; S1 = an . Вычисления по формуле (3.1) производятся n раз до получения значения Sn+1 , которое является значением полинома P(y).


^ 4 ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА СОД


При построении автоматизированных СОД используются устройства трех типов: операционные, запоминающие и ввода-вывода. Для объединения устройств в систему используются один или несколько интерфейсов.

Операционное устройство предназначено для выполнения операций из заданного набора операций. К классу операционных устройств относятся процессоры (в том числе центральный процессор), контроллеры периферийных устройств.

Запоминающие устройства (ЗУ) используются для построения памяти ЭВМ и СОД. Память ЭВМ строится на основе оперативных ЗУ (ОЗУ), постоянных ЗУ (ПЗУ), однократно программируемых ЗУ (РПЗУ) и внешних ЗУ (ВЗУ). ОЗУ, ПЗУ и РПЗУ используются для построения основной оперативной памяти ЭВМ. ОЗУ предназначены для хранения программ, данных и промежуточных результатов. ПЗУ используются для хранения неизменяемой части программ, констант, таблиц и т. п. информации. РПЗУ предназначены для тех же целей, что и ПЗУ, но их применение обеспечивает потенциальную возможность изменения функций СОД в процессе эксплуатации (или модернизации).

ВЗУ (накопители на магнитных дисках, лентах и т. п.) используются для организации внешней памяти ЭВМ.

Устройства ввода-вывода (УВВ) обеспечивают связь СОД с внешним миром: с объектом измерения (управления), с системами других уровней, с человеком (оператором СОД) и т. п. Назначение УВВ - обеспечение информационной и электрической совместимости источников (приемников) входной (выходной) информации с интерфейсом СОД. УВВ обычно состоят из двух функциональных блоков: блока преобразования (БП), осуществляющего преобразование физической величины в цифровой электрический сигнал или обратное преобразование, и контроллера, предназначенного для управления БП и интерфейсного согласования сигналов БП с интерфейсом СОД. Обычно БП и контроллер разделяются и конструктивно.

Интерфейс - это комплекс аппаратных и программных средств, реализующий стандарт по организации взаимодействия устройств (модулей), объединяемых в систему. Интерфейс обеспечивает информационную, электрическую и конструктивную совместимость модулей.

Типичная структура простейшей автоматизированной СОД представлена на рисунке 2. Она состоит из центрального процессора (ЦП), ОЗУ, ПЗУ, контроллеров периферийных устройств, аналогового мультиплексора АМ и аналого-цифрового преобразователя АЦП. АМ и АЦП используются для подключения к ЭВМ датчиков аналоговых сигналов, подключенных к объекту измерения, и преобразования аналоговых электрических сигналов в цифровую форму. Дисплей Д, клавиатура К, печатающее устройство ПУ используются для общения человека - оператора с СОД. Специализированный процессор СП увеличивает быстродействие ЦП при выполнении различных операций, например с плавающей запятой и др.





Рисунок 2 - Структура системы сбора и обработки измерительной информации


Следует отметить, что для класса однокристальных МПК БИС структура СОД практически предопределена типом комплекта БИС и соответствующим (выбранным) интерфейсом, используемым для подключения устройств. Проектирование структуры СОД в этом случае сводится к выбору номенклатуры и характеристик устройств: типов, емкостей и быстродействия запоминающих устройств, типов контроллеров и внешних устройств, и основная тяжесть (трудоемкость) при проектировании таких СОД ложится на разработку программного обеспечения.

Типичные структурные решения на основе МПК К580 представлены на рисунках 1.6, 1.7, 1.32, 1.33 в работе [МП-ры]. Аналогичные решения на основе МПК К1810 представлены на рисунках 4.5, 4.6, 4.7 в [МП-ры].


^ 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ


Исходные данные для проектирования аппаратных средств определяются исходя из анализа требуемых технических характеристик, схемы алгоритма (ГСА) и структурной организации СОД. Проектирование микропроцессорной системы обработки данных (МСОД) целесообразно начинать с выбора принципов организации интерфейса, так как интерфейс является ядром любой микропроцессорной системы (МПС), влияющим на ее производительность, надежность, стоимость, аппаратные затраты.


^ 5. 1 Принципы организации интерфейс


Большинство магистрально-модульных МПС строятся на базе многоуровневых интерфейсов [1]. В данном курсовом проекте рассматриваются только одноуровневые интерфейсы. Применительно к МСОД выбор архитектуры интерфейса заключается в решении следующих задач:

- определение количества шин и линий интерфейса,

- обеспечение заданной скорости передачи информации,

- обеспечение информационной и конструктивной надежности.

Задача проектирования интерфейса может быть сформулирована следующим образом: обеспечить заданную скорость передачи информации и требуемую надежность при минимальном количестве линий интерфейса (или минимальной стоимости).

Чем меньше число линий интерфейса, тем выше конструктивная надежность и, в общем случае, ниже быстродействие. Информационная надежность обеспечивается выбором соответствующих протоколов обмена и средств контроля.

Исходными данными при проектировании интерфейса является ГСА, структурная организация и требуемые технические характеристики СОД.

Каноническим является трехшинный интерфейс, состоящий из шины адреса (ША), шины данных (ШД) и шины управления (ШУ).

Некоторые МПК на базе однокристальных микроконтроллеров могут быть построены на базе одной последовательной шины. Примером может служить шина (Intel Integrated Circiut Bus) фирмы Philips Semiconductor, использующая линию земли, линию синхронизации и линию последовательных данных, по которой передается информация в определенном формате. Для построения СОД необходимы специальные периферийные БИС, БИС памяти, способные воспринимать этот формат [?]

Достоинством двухшинной организации являются меньшие аппаратные затраты, меньшее взаимовлияние помех при передаче информации, большая конструктивная надежность. Целесообразность использования двухшинного интерфейса, у которого ША и ШД является совмещенной, определяется наличием соответствующих периферийных БИС. Структура этих БИС должна содержать встроенные аппаратные средства, позволяющие разделять информацию об адресе и о данных внутри микросхемы. Примером подобных БИС могут быть микросхемы 1821РУ55, 1821РФ(РЕ)51. Однако большинство микропроцессорных комплектов (МПК) не имеют в своем составе подобных БИС. Поэтому наиболее часто используется трехшинная организация интерфейса.

Разрядность ШД определяется требуемой скоростью передачи и особенностями согласования с периферийными устройствами. Для обеспечения максимального быстродействия разрядность ШД должна соответствовать разрядности микропроцессора (МП). При пониженных требованиях по быстродействию возможна параллельно-последовательная передача информации по ШД интерфейса. Однако всегда разрядность ШД кратна байту. В некоторых интерфейсах вводятся специальные линии, характеризующие количество используемых байт ШД.

Разрядность ША определяется требуемыми объемом памяти и числом адресуемых периферийных устройств (ПУ). При использовании раздельного обращения к памяти и внешним устройствам разрядность адресной шины определяется суммарным объемом ОЗУ и ПЗУ, так как число ПУ в МПС, как правило, незначительно.

Если обращение к ПУ осуществляется как к ячейкам памяти, разрядность ША определяется суммарным объемом ОЗУ, ПЗУ и ПУ.

При работе с МП фирм Intel, Zilog разработчику предоставляется право выбора способа обращения к ПУ. Достоинством единого обращения к памяти и ПУ являются: большие операционные возможности МПС, так как источником или приемником данных ПУ может быть любой программно-доступный регистр или ячейка памяти, возможность обработки данных ПУ без их пересылки в регистр или ячейку памяти. При раздельном обращении к памяти и ПУ обмен данными возможен только через аккумулятор.

Некоторые микропроцессоры не имеют команд ввода-вывода (например, фирмы Motorolla). Поэтому обращение к внешним устройствам возможно только как к ячейкам памяти.

Способ разделения адресного пространства между памятью и ПУ выбирается исходя из конфигурации системы и условия минимизации аппаратных затрат. Например, при использовании МП Intel 8080/8085 разделение адресного пространства может быть реализовано разрядом шины адреса А15. Младшие адреса предназначены для памяти А15=0, старшие - для ПУ А15=1.

В МПС на базе Intel 8086 зона адресов ПУ должна располагаться в середине, так как младшие адреса зарезервированы за зоной векторов прерываний, а в старших адресах располагается ПЗУ. При работе со стандартными интерфейсами, например ISA, адреса ПУ пользователей являются заданными.

В МПС на основе MC 68000 в младших адресах (1 Кб) находится зона векторов прерываний, младшие 8 байт памяти содержат вектора начальной установки, которые могут содержать любой адрес. Поэтому адреса ПУ могут находится в любом месте. Однако, как правило, для них выделяются старшие адреса (4 Кб).

Разрядность ШУ определяется выбранным способом обмена информации, количеством адресуемых устройств, способом обращения к ПУ. ШУ можно разделить на группу специальных линий, состав которой определяется выбранным способом обмена информации, и группу линий общего назначения.

Для передачи информации параллельного интерфейса обычно используется один из двух способов — синхронный и асинхронный.

При синхронном способе управления обменом информации между устройствами, подключенными к интерфейсу, осуществляется сигналом синхронизации (стробом), который вырабатывается передающим устройством и подается в приемное устройство. Продолжительность сигнала определяется временем распространения электрических сигналов по цепям интерфейса и временем приема информации в приемном устройстве(регистре или ячейке памяти). Если к интерфейсу подключается несколько устройств, отличающихся быстродействием, продолжительность “строба” определяется для самого медленного из них. Отсюда следует, что при обмене с более быстрыми устройствами будут неизбежны потери времени на передачу информации. Достоинством синхронного способа обмена являются его простота и минимальные аппаратные затраты. К недостаткам относятся значительные потери времени при обслуживании скоростных устройств, а также необходимость изменения длительности сигнала синхронизации при изменении состава устройств и длины линий интерфейса.

Более эффективным в смысле потерь времени на обмен является второй способ — асинхронный (обмен типа запрос-ответ). Сущность асинхронного обмена рассмотрим на примере однонаправленного (симплексного) интерфейса. В этом случае передающее устройство выставляет данные на шину данных и сопровождает их специальным сигналом запроса, который передается в приемное устройство по цепи запроса. Приемное устройство по сигналу запроса принимает данные и после этого вырабатывает ответный сигнал, который передается в передающее устройство по цепи ответа. Передающее устройство, приняв сигнал ответа, снимает данные с шины данных и сбрасывает сигнал запроса. На этом цикл обмена заканчивается и передающее устройство может генерировать новый цикл обмена.

Программно-управляемый ввод-вывод под управлением процессора (ПВУП) используется, если быстродействие УВВ соизмеримо с быстродействием МП (tУВВ  3-5 tКВВ ), где tУВВ - время выполнения процедуры ввода-вывода, tКВВ - время выполнения команды ввода-вывода. Если быстродействие МСОД не является определяющим, то ПВУП применяется с целью сокращения аппаратных затрат.

Возможны два способа реализации ПВУП.

Синхронный обмен используется для обслуживания УВВ, быстродействие которых априорно известно. В этом случае обмен информации реализуется в фиксированные моменты времени. При обслуживании группы устройств, отличающихся быстродействием, скорость ввода-вывода будет определяться наиболее медленным устройством. Достоинством синхронного ПВУП является минимальные аппаратные затраты. К недостаткам относятся: значительные потери времени при обслуживании группы устройств, существенно отличающихся по быстродействию, необходимость перестройки частоты опроса при изменении состава УВВ и длины линий связи.

Для реализации синхронного обмена необходима линия системной синхронизации. В некоторых случаях она может отсутствовать, тогда считывание/запись информации УВВ выполняется программно в фиксированные моменты времени.

Более универсальным является асинхронный ПВУП, при котором в процедуре обмена участвуют дополнительные сигналы (сигналы квитирования, handshake): запрос и подтверждение готовности. В частном случае при асинхронном обмене можно ограничиться контролем сигнала готовности, который формируется в ответ на сигналы записи/чтения. Использование асинхронного обмена несколько увеличивает время обмена, а также аппаратные затраты. Достоинством асинхронного обмена является повышение достоверности информации, возможность работы с УВВ различного быстродействия без перестройки частоты синхронизации, большая производительность при обслуживании группы устройств с различным быстродействием. Реализация асинхронного обмена возможна двумя способами: с занятием шины данных в процессе ожидания сигнала готовности (рисунок а) и совмещенный ввод/вывод , при котором отсутствие сигнала предполагает выполнение процедуры, следующей за вводом/выводом(рисунок б) и возврат к проверке готовности.

Более предпочтительным является второй способ, так как уменьшает простои процессора в циклах ожидания.





Рисунок 3. Способы ввода/вывода при асинхронном обмене.

Время ожидания сигнала готовности обычно контролируется, чтобы МП не “завис” в состоянии ожидания. В стандартных интерфейсах при превышении допустимого времени возникает прерывание. При проектировании нестандартных МСОД алгоритм может быть представлен в виде:





Рисунок 4. Алгоритм анализа сигнала готовности.

В общем случае для реализации асинхронного ПВУП в состав ШУ должны входить линии запроса готовности и подтверждения готовности УВВ. Количество этих линий определяется особенностями проектируемой системы.

Асинхронный обмен может быть реализован путем анализа содержимого программно доступных регистров состояния или использованием входа готовности READY. Сигналы от нескольких устройств могут быть объединены на входе READY по схеме “монтажное ИЛИ”, а определение конкретного устройства реализуется методом поллинга. Нахождение МП в состоянии ожидания индицируется сигналом WAIT или на основании анализа сигналов состояния.

Программно-управляемый ввод/вывод по прерыванию (ПУВП) используется в том случае, если “простои” процессора в циклах ожидания являются недопустимыми. Ввод/вывод по прерыванию повышает производительность МСОД, но для его реализации требуются дополнительные программно-аппаратные ресурсы. Поэтому его применение должно быть экономически и технически обосновано. Необходимо учесть, что скорость ввода-вывода определяется временем реакции на прерывание и временем работы подпрограммы обработки прерываний. Это снижает скорость по сравнению с ПУВП.

Для обеспечения ПУВП в состав ШУ должны входить, как минимум, два сигнала: INTR - запрос прерывания, INTA - подтверждение прерываний. В стандартных интерфейсах магистраль обычно содержит линии запросов прерываний IRQ0-IRQ7 и линию INTA. Такая конфигурация обеспечивает в случае необходимости каскадное соединение контроллеров прерываний.

Режим прямого доступа к памяти (ПДП) используется в том случае, если требуется максимальная скорость ввода/вывода. Принцип организации линий ПДП аналогичен линиям прерываний. Минимальный состав линий: требование ПДП- HOLD и подтверждение ПДП- HLDA. Максимальное количество линий, как правило, определяется функциональными возможностями контроллера ПДП. а. Соответственно требуемым количеством каналов ПДП на шину выводятся сигналы запроса ПДП DREQi и подтверждение ПДП DACKi. При организации многопроцессорных систем дополнительно вводятся линии “Занято” (BUSY) и общий запрос магистрали CBRQ, а также линии модуля арбитра, обеспечивающий управление магистралью [ ].

К числу линий общего назначения относятся системная синхронизация, запись/чтение памяти и УВВ, сброс.

На линии системной синхронизации могут выводиться тактовая частота микропроцессора и/или частота синхронизации периферийных БИС.

Число линий записи/чтения памяти и УВВ определяется способом использования адресного пространства.

В состав магистрали интерфейса могут входить также шины специальных управляющих сигналов. К ним относятся линии питания, внутрисистемной диагностики, линии команд (пуск, останов, начальная установка), резервные линии [ ].


^ 5.2. Организация процессорного блока





Скачать 0,81 Mb.
оставить комментарий
страница1/4
Дата28.09.2011
Размер0,81 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх