4.Особенности проектирования микропроцессорных систем управления.

При проектировании контроллеров приходится решать одну из самых сложных задач разработки, а именно задачу оптимального распределения функций контроллера между аппаратурными средствами и программным обеспечением.

В настоящее время наибольшее распространение получил методологический прием, при котором весь цикл разработки контроллеров рассматривается как последовательность трех фаз проектирования:

1) анализа задачи и выбора (и/или разработки) аппаратурных средств контроллера;

2) разработки прикладного программного обеспечения;

3) комплексирования аппаратурных средств и программного обеспечения в прототипе контроллера и его отладки.

Фаза разработки программного обеспечения, т.е. фаза получения прикладных программ, в свою очередь, разбивается на два существенно различных этапа:

1) "от постановки задачи к исходной программе";

2) "от исходной программы к объектному модулю".

Этап разработки "от исходной программы к объектному модулю" имеет целью получение машинных кодов прикладных программ, работающих в МК. Этот этап разработки прикладного программного обеспечения легко поддается формализации и поддержан всей мощью системного программного обеспечения МК, направленного на автоматизацию процесса получения прикладных программ. "от постановки задачи к исходной программе", так как он практически не поддается формализации и, следовательно, не может быть автоматизирован. Проектная работа здесь носит творческий характер, изобилует решениями, имеющими "волевую" или "вкусовую" окраску, и решениями, продиктованными конъюнктурными соображениями. В силу перечислен-

ных обстоятельств именно на этапе проектирования "от постановки задачи к исходной программе" разработчик сталкивается с наибольшим количеством трудностей.

Особенности разработки аппаратурных средств МК-систем

Применение однокристальных МК в устройствах управления объектами привело к кардинальным изменениям в разработке аппаратурных средств устройств и систем. типовой состав аппаратурных средств ядра любой МК-системы оформляется конструктивно в виде одноплатных универсальных программируемых контроллеров которые предназначены для встраивания в контур управления объектом или процессом Если разработчик положит в основу проектируемого изделия такой одноплатный контроллер, то он будет избавлен от необходимости разрабатывать и сопровождать конструкторской и эксплуатационной документацией самую сложную, центральную часть изделия При использовании стандартного контроллера в качестве комплектующего системного элемента объем документации на аппаратурные средства изделия многократно сокращается и может содержать только документацию на аппаратуру сопряжения ядра системы с датчиками и исполнительными механизмами объекта управления. В результате этих структурных сдвигов объем трудозатрат на разработку аппаратурных средств изделия постоянно уменьшается по отношению к суммарным затратам на разработку и отладку прикладного программного обеспечения. Кроме того, во множестве конкретных применений для реализации ядра системы оказывается достаточно средств, содержащихся в единственной БИС микроконтроллера. Появление однокристальных МК иллюстрирует тот факт, что все более сложные функционально насыщенные части аппаратурных средств контроллеров в процессе интегрализации переходят из разряда подсистем в разряд комплектующих изделий. Так как эти комплектующие изделия являются сложно организованными приборами, функционирующими под управлением

программ, то удельный вес прикладного программного обеспечения МК-систем имеет устойчивую тенденцию к увеличению, а удельный вес аппаратурных средств — к снижению.

Особенности разработки прикладного программного обеспечения МК-систем

при проектировании МК-систем прежде всего возникает необходимость решения задачи об оптимальном распределении функций между аппаратурными средствами и программным обеспечением.

При этом в самом общем случае необходимо исходить из того, что использование специализированных интерфейсных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом, но сопряжено с увеличением стоимости, объема и потребляемой мощности. Больший удельный вес программного обеспечения позволяет сократить число компонентов системы и стоимость ее аппаратурных средств, но это приводит к снижению быстродействия и увеличению затрат и сроков разработки и отладки прикладных программ. до 60% ошибок прикладных программ МП-контроллеров вызваны не ошибками в машинных кодах, не логическими ошибками в программе, а ошибочной формализацией прикладной задачи. Трудоемкость устранения этих ошибок, наработанных "тандемом" (профессиональный программист - непрограммирующий профессионал), столь велика, что зачастую вынуждает приступить к разработке прикладной программы МК-системы заново и с иными средствами. Ресурсы, затрачиваемые собственно на программирование, т.е. на получение машинных кодов, столь незначительны по сравнению с ресурсами, затрачиваемыми на процесс формализации прикладной задачи и разработку алгоритма, что следует говорить не о проблеме разработки прикладного программного обеспечения МК-систем, а о проблеме формализации профессиональных знаний конечного пользователя микроконтроллерных изделий. Сложившаяся к настоящему времени структура трудозатрат в разработке МК-систем позволяет выделить три основные стадии проектирования прикладного программного обеспечения:

1) анализ предметной области с целью определения задач, автоматизация решения которых на основе МК обещает наибольший эффект;

2) разработку алгоритма решения поставленной задачи (или комплексазадач);

3) собственно программирование, или, точнее, сопровождение разработки прикладных программ системными средствами поддержки проектирования.

Распределение трудозатрат в процентах по этим трем стадиям выглядит примерно так: 40—50—10. Это означает, что если задача уже поставлена, то наиболее сложной, слабо формализуемой и трудоемкой стадией работы является стадия анализа задачи, ее инженерной интерпретации и разработки "функциональной спецификации" программы для формирования алгоритма решения поставленной задачи. Вся последующая работа по преобразованию алгоритма в машинные коды, т.е. создание прикладного программного обеспечения, представляет собой просто совокупность процессов трансляции. Эти процессы хорошо формализуемы. Именно вследствие этого собственно программирование требует только около 10% общих трудозатрат

Билет №5-6.