4 Загальні засади створення мпс
Розробка систем пристроїв вимірювання різноманітних параметрів промислового обладнання та технологічних процесів на базі сучасних мікропроцесорів і однокристальних мікро-ЕОМ представляє собою складний творчий процес, який поєднує в собі розв’язок схемотехнічних питань та проблем розробок програмних засобів. Необхідність створення програмного забезпечення (ПЗ) значно перевищує трудоємкість розробки апаратурних засобів (АЗ).
Застосування засобів відлагодження та програмування суттєво прискорює процес розробки мікропроцесорних пристроїв і систем та швидкого переналагодження їх для роботи на іншому об’єкті.
4.1 Структура мпс
Типова узагальнена структура мікропроцесорної системи (МПС) містить мікропроцесор, ОЗП або пам’ять даних, ПЗП або пам’ять програм, канали або карти вводу/ виводу, схеми зв’язку і спряження з об’єктом (СЗО) і типи МПС та об’єкта (рис. 4.1) [2]. МПС побудовано на базі однокристальної мікро-ЕОМ (ОЕОМ), передбачає в своїй структурі тільки ОЕОМ і СЗО та відповідні типи, оскільки ОЕОМ об’єднує в одному корпусі мікросхеми МП, ОЗП, ПЗП і порти вводу /виводу. Вказаний структурний склад ПМС є практично типовим і постійним для різних МПС [2]. Функціональну індивідуальність МПС для роботи в певних умовах визначає тип МП або інакше ПЗ МПС. Із апаратурних засобів для конкретного об’єкта спеціально вибирають тип МП, кількість і тип ВІС ОЗП і ПЗП, розробляються схеми вводу/виводу, зв’язку і спряження з об’єктом.
Програмні засоби поряд з апаратурними визначають функції і ефективність роботи МПС. Для незмінного складу АЗ МПС шляхом зміни тільки ПЗ можна одержати різні нові функції для даного об’єкта, тобто мікропроцесор забезпечує властивість програмованості об’єкта керування.
Апаратурні засоби МПС забезпечують можливість зберігання ПЗ, даних для обробки, обробки і виконання програми і даних, зв’язку з об’єктом, а ПЗ шляхом керування АЗ і об’єктом реалізують необхідні функціональні можливості МПС і об’єкта, логічні і часові функції.
а)
б)
Рисунок 4.1- Узагальнена структура МПС на базі ВІС мікропроцесорного комплекта а) та на базі ВІС однокристальної мікроЕОМ б)
Таким чином, МПС має двояку основу: апаратурні і програмні засоби, які тісно пов’язані між собою. Також, в цьому випадку, можна говорити про функціонально-блочну систему АЗ та ПЗ, що дозволяє розділити їх проектування в часі і ввести його окремо і паралельно.
4.2 Основні етапи проектування мпс
Для визначення ролі та місця засобів програмування та відлагодження МПС розглянемо загальний процес і особливості їх проектування, Основні етапи проектування МПС показані на рис. 4.2.
На етапах визначення специфікацій і розробки системних вимог до МПС із загальної проблеми формулюються конкретні технічні вимоги до системи і режимів роботи. Крім того розглядають низку основних вимог, таких як швидкодія, габаритномасові, технологічні і вартісні [2].
На етапі системно-алгоритмічного проектування МПС, розробляється загальна структура алгоритму функціонування і виділяють функції, які реалізовуються апаратурно. Це дозволяє вести далі паралельну розробку.
Проектування апаратурних засобів МПС виконується традиційно, як для всякої електронної апаратури, а програмних засобів - співпадає з етапами розробки прикладних програм для ЕОМ і включає в себе: аналіз вимог до ПЗ; формалізацію задачі, тобто визначення входів і виходів, конкретних процесів обробки; проектування програми; кодування або власне програмування, які завершуються одержанням завантажування модуля в машинних кодах цільового мікропроцесора; тестування і автономне відлагодження.
Хоча апаратурні та програмні засоби окремо проходять етапи випробувань і відлагодження, комплексне відлагодження є найважчим етапом, оскільки тут досліджується взаємодія та взаємозв’язок обох частин. Інтеграція ПЗ і АЗ вважається закінченою, а МПС повністю відлагодженою тільки тоді, коли МПС виконує всі необхідні функції і має всі необхідні характеристики і всі значення параметрів на реальних носіях інформації з реальними об’єктами і в реальному часі.
На завершальних етапах готується скоректована технічна документація на ПЗ і АЗ та виготовлення дослідних взірців МПС.
Рисунок 4.2 Основні етапи проектування МПС
Загальні засади і особливості програмування МПС
Етапи розробки ПЗ МПС, за виключенням етапу інтегрування ПЗ і АЗ та відлагодження в реальних умовах, співпадають з етапами програмування ЕОМ, одначе мають низку особливостей. З метою їх аналізу розглянемо спочатку основні структури керуючих систем на базі мікропроцесорів і мікроЕОМ.
МПС можуть будуватись на базі вмонтованих мікропроцесорних пристроїв або контролерів та на основі керуючих ЕОМ. Вмонтовані МПС - це пристрої керування на основі мікропроцесорів або однокристальних мікроЕОМ, що забезпечують визначення характеристик об’єктів, функціонують в їх складі і є їх апаратурно-програмним компонентом. Вимірювальна система на базі ЕОМ є автономною відносно об’єкта системою, яка зв’язана з ним через відповідні пристрої спряженням. Системи цих двох класів мають суттєві відмінності за структурою, функціонуванням і методами проектування. Керуюча ЕОМ має постійний склад і характеристики апаратурних засобів для різноманітних об’єктів дослідження; всі виконувані функції і операції реалізуються під дією прикладної програми. ЕОМ має повний набір периферійних пристроїв і системних програмних засобів для керування апаратурними засобами, процесом виконання операції та режимами роботи ЕОМ (операційна система), прикладна програма розміщується на зовнішньому магнітному диску (ГМД), в складі ЕОМ є необхідний набір резидентних апаратурних і програмних засобів програмування, цільовим об’єктом програмування є сама ЕОМ. Складена та відлагоджена на ЕОМ прикладна програма виконується на тій же ЕОМ.
Вмонтована МПС по суті є спеціалізованою для кожного об’єкта керування або групи близьких об’єктів, функції реалізовується МПС в результаті інтеграції ПЗ і АЗ, керуюча програма записана в ПЗП. В МПС відсутні периферійні пристрої і системні програмні засоби (операційна система), а також резидентні апаратурні і програмні засоби програмування МПС цільовим об’єктом програмування є МПС. Програмування МПС здійснюється на інструментальній ЕОМ, а виконання в МПС.
Системи програмування
Систему програмування МПС можна визначити як сукупність програмних засобів інструментального обчислювального комплексу, яка застосовується для автоматизації проектування та відлагодження мікропроцесорних програм (МП-програма).
Для забезпечення модульного принципу програмування в систему програмування включені засоби редагування зв’язків і компоновки. Редактор зв’язків виконує об’єднання окремих об’єктних модулів, формує завантажувальний модуль МП-програми, придатний для виконання в цільовому МП. Значне підвищення ефективності розробки МП-програм досягає наявність в системі програмування бібліотеки стандартних програм (програми арифметичних операцій підвищеної точності, тригонометричних функцій, операцій плаваючою комою, тощо). Автоматизоване підключення необхідних стандартних програм забезпечується засобами редагування зв’язків і компоновки з використанням спеціальних команд виклику в прикладній МП-програмі. Проте, бібліотека стандартних програм є не обов’язковим елементом в системах програмування МПС загальної структури.
Контрольні запитання до теми «Загальні засади створення МПС»
Що таке МПС і які її особливості?
Навести типову узагальнену структуру мікропроцесорної системи.
Що таке програмні засоби МПС?
Для чого потрібні апаратурні засоби МПС?
які є основні етапи проектування МПС?
В чому особливість кожного етапу проектування МПС?
В чому особливості програмування МПС?