3.3. Перспективы развития и применения микропроцессорных систем управления

Развитие МП-средств связано с совершенствованием и развити­ем технологии изготовления БИС и СБИС, а также с широким приме­нением МП в различных системах управления станками, станочными комплексами и другими устройствами. С повышением степени инте­грации БИС и развитием технологии СБИС, позволяющих реализо­вать на кристалле целые прикладные системы, существенно услож­няются функции однокристальных МП и микроЭВМ. Улучшение тех­нологии изготовления ведет к существенному повышению тактовой частоты работы центрального процессора (до 20 и более МГц) и, есте­ственно, повышению его производительности до нескольких миллио­нов 32-разрядных операций в секунду.

Возникает возможность исполнения на одном кристалле кон­троллеров и процессоров, которые подключаются к индикаторам, пе­реключателям, реле, датчикам: видоизмененная архитектура микро­ЭВМ и УЧПУ в направлении децентрализации функций и организа­ции микропроцессорных систем в виде сетей, включающих одноплат­ные микроЭВМ, персональные компьютеры, локальные микрокон­троллеры.

В перспективе планируется использовать:

1. Локальные сети микроЭВМ – это распределительные систе­мы, в которые объединяют локальные контроллеры, станции, терми­налы, персональные ЭВМ на расстоянии не более километра. При этом возможно подключение с помощью коаксиального кабеля в лю­бом месте, с помощью любого контроллера.

Доступ к линии осуществляется с «прослушиванием». Контрол­лер локальной сети обнаруживает несущую линию, выделяет сообще­ние, идентифицирует адрес, принимает информацию, формирует со­общение и передает его на следующий уровень, в управляющую мик­роЭВМ, для принятия решения. При передаче данных контроллер ожидает освобождения линии, передает информацию в соответствии с протоколом и контролирует ее прохождение в линии.

Разработан ряд стандартных протоколов, многоуровневых моде­лей связи в локальной сети, созданы контроллеры, реализующие эти модели программными средствами и обеспечивающие аппаратную поддержку. Выпускаются одноплатные контроллеры линий связи, ко­торые реализуют все функции управления, усиления, передачи и приема. Например, контроллер BITBUS для РТК и СЧПУ.

2. Специализированные однокристальные микроЭВМ и сопро­цессоры размещаются на одной плате и позволяют создавать кон­тактные системы, в которых обеспечивается высокая производитель­ность и сокращаются затраты на разработку ПМО.

Сопроцессоры i8087 и др. подключаются в максимальной кон­фигурации к 16-разрядному МП и выполняют собственную програм­му, выбирая соответствующие команды из общей памяти по приори­тетам.

Диалоговые языки, поддерживаемые интерпретаторами, стано­вятся все более популярными с развитием технологии БИС и могут быть реализованы в виде однокристальной языковой машины. Напри­мер, однокристальная БЕЙСИК-машина i8052AM-BASIC выполнена на основе однокристальной микроЭВМ i8052, в которой 8 Кбайт ПЗУ содержат интерпретатор языка с широкими возможностями управле­ния специальным оборудованием в реальном времени. Прикладная программа при адресном пространстве 64 Кбайт может храниться во внешнем ПЗУ, загружается из внешней памяти или по линиям связи.

Возможна более эффективная реализация языка диалогового типа ФОРТ в виде специализированного процесса, что позволяет по­высить производительность интерпретации почти на порядок по срав­нению с программной реализацией. Существенно расширяется об­ласть применения интерактивных средств управления в реальном времени, характерна тенденция интерактивных средств в микрокон­троллерах измерительных, робототехнических систем и ЧПУ. Унифи­цированные функции ОС также могут быть выполнены в ПЗУ и обес­печены необходимыми средствами управления в реальном времени – таймерами, блоками прерывания. Микросхема i80130 включает 16 Кбайт резидентного ПЗУ, блок программных прерываний, системный таймер, таймер задержки. В ОС реализованы стандартные функции iRMX86, в том числе управление почтовыми ящиками, управление задачами, синхронизация задач, динамическое распределение памяти. Микросхема подключается к МП i8086 и идентифицируется как эле­мент основного адресного пространства. Минимальное время обмена через почтовые языки – 0.3 мс, переключение управления по преры­ванию – 0.2 мс, точность отсчета интервалов времени – 1 мс. Инстру­ментальные средства позволяют объединить задачи с учетом включе­ния БИС i8030. Прикладные программы представляются на АС­СЕМБЛЕРЕ или ПЛ/М.

Инструментальная ОС СР/М866 реализована в конфигурации iАРХ86/50, которая включает МП i8086 и микросхему с резидентной ОС 80150. В ПЗУ сгенерирован полный набор функций ССР и BIOS. В последней сгенерирован полный набор предварительно определенных функций, возможно внешнее расширение драйверов. В качестве внешней памяти в конфигурации iАХ86/50 могут быть использованы НГМД или электронный диск ЭД в виде ОЗУ большой емкости и низ­ким потреблением мощности. Микросхема i80150 позволяет сущест­венно снизить трудоемкость разработки системного и прикладного ПМО контроллеров. Так, для управления внешними устройствами могут быть использованы стандартные функции BPOS, вызов и за­пуск прикладных программ обеспечиваются файловой системой BPOS, включения при сбоях питания предусмотрены в BIOS.

3. Сигнальные МП и однокристальные микроЭВМ – одно из пер­спективных направлений специализации БИС. На одном кристалле выполняются цифровые и аналоговые схемы, поэтому аналоговый сигнал поступает непосредственно на вход аналогового МП, преобра­зуется в цифровую форму, обрабатывается быстрым цифровым про­цессором и выводится в аналоговой форме. Повышение частотного диапазона обеспечивается быстрым встроенным аналогово-цифровым преобразователем и специализированным процессором.

Система обработки сигналов, выполненная на основе АЦП, ЦАП и МП i8086, работает при максимальной частоте входного сигнала на уровне нескольких сотен Герц. Проектирование, программирование и отладка сигнальных процессоров автоматизированы на инструментальных системах, использующих АССЕМБЛЕР, симулятор, эмуля­тор.

Однокристальные микрокомпьютеры (МК) широко применяются в массовых и нормативных приборах, локальных и встроенных СУ, в локальных регуляторах.

Номенклатура МК постоянно расширяется, в настоящее время можно выделить четыре класса МК, различающихся разрядностью:

1. Четырехразрядный МК 1820 BEL;

2. Восьмиразрядный быстрый МК 1816 ВМ48;

3. Восьмиразрядный быстродействующий МК 1816 ВЕ51 (замена КР580);

4. Шестнадцатиразрядный быстродействующий МК 180396 (в СНГ 1801 BEL на СЧПУ и С5-31 для приборов).

Развитие и совершенствование технологии БИС стимулирует появление высокопроизводительных однокристальных 32-разрядных контроллеров и специализированных микроЭВМ, однокристальных прикладных микропроцессорных систем.

Необходимо отметить большую и успешную работу в стремле­нии применить профессиональные персональные компьютеры в сис­темах управления. Для этой цели они имеют внешний интерфейс, до­пускающий расширение, подключение специализированных модулей обработки и преобразования. Совершенствование элементной базы, использование технологии матричных БИС позволяют реализовать их в виде нескольких БИС. Уменьшение габаритов вспомогательных эле­ментов позволяет встраивать их в виде управляющих ЭВМ и микро­контроллеров в разнообразное технологическое оборудование.