3.3. Типы архитектур микропроцессорных систем

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для изучения темы следует воспользоваться рекомендуемой литературой /1, с.108-116/ и разобраться в следующих вопросах. Типы архитектур микропроцессорных измерительных систем: архитектура с общей шиной данных и команд (одношинная принстонская или фон-неймовская), архитектура с раздельными шинами данных и команд (гарвардская). Типы МПС: микроконтроллеры, контроллеры, микропроцессоры, компьютеры. Типичная структура МПС. Схема. Три основные части МПС: вычислительная, интерфейсная, электропитание. Назначение подсистем. Функции основных устройств МПС: процессора, памяти, устройств ввода-вывода. Шины МПС: шина адреса, шина данных, шина управления. Назначение. Работа МПС при выполнении программы.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные типовые структуры МПС и их особенности.

2. Привести примеры различных магистралей МПС, дайть их характеристики.

3. Организация пространств памяти и ввода-вывода в МПС

4. Организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода в МПС.

5. Циклы обращения в магистрали

3.4. Методология проектирования иис и приборов со встроенными мп и мк .

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для изучения темы следует воспользоваться рекомендуемой литературой /3/ и разобраться в основных этапах проектирования: системный, функционально-логический, схемотехнический. Разобраться в вопросе выбора и оценке микропроцессорных комплектов и МК при использовании в измерительной аппаратуре.

Процесс проектирования измерительных информационных систем и приборов со встроенными микропроцессорами включает два этапа: системный; функционально-логический и схемотехнический .

На этапе системного проектирования сначала проводится системный анализ задачи, поставленной перед измерительной системой или прибором, выявляются назначение, основные свойства, потребности, идеи реализации и другие особенности, достаточные для принятия решения о путях проектирования. Затем формулируются функциональное поведение системы и требования к ней с позиций обеспечения совокупности выполняемых функций, необходимой производитель­ности, выявления критических функций, определения состава периферийного оборудования системы, структуры входных и выходных данных, характеристик потоков данных и управляющей информации. Разрабатываются укрупненный алгоритм функционирования системы и формализованное описание алгоритма измерений.

Следующим шагом на этапе системного проектирования является анализ функциональной структуры ИИС и особенностей физической реализации устройств системы. Определяются требования к архитектуре системы, осуществляется распределение функций, реализуемых аппаратными или программными средствами, при этом особое внимание обращается на рациональное распределение функций между аналоговой и вычислительной частями измерительной цепи, обосновываются требования к интерфейсам. Необходимо сбалансировать требования к аппаратным и программным средствам системы с учетом заданного быстродействия и возможности уменьшения сложности и стоимости, сокращения сроков разработки. Чем больше функций реализуется аппаратно, тем выше быстродействие, но сложнее архитектура системы и дольше время разработки.

Важным моментом системного этапа проектирования является выбор элементной базы и конструктива измерительной части системы, а также типа микропроцессорного семейства и других БИС..

Этап системного проектирования в основном эвристический, и его результатом является функциональная схема микропроцессорной ИИС. После системного этапа проектирование разделяется на три направления:

разработка аппаратных средств, разработка программных средств и разработка вспомогательных средств, которые в свою очередь содержат и аппаратную, и программную части. Отличительные особенности проектирования измерительной аппаратуры и систем на основе микропроцессоров и микроЭВМ следующие:

1) необходимость совместной разработки и отладки технических средств и программного обеспечения, ориентированного на конкретную структуру технических средств;

2) использование принципиально новых методов и средств разработки и отладки микропроцессорных систем, таких как внутрисхемные эмуляторы, логические и сигнатурные анализаторы, отладочные комплексы и средства автоматизации программирования;

3) сильная взаимосвязь и даже интеграция этапов проектирования, при которой разработчик должен одновременно обладать опытом проектирования микропроцессорных систем, а также разбираться в конкретной области их применения.

На этапе функционально-логического проектирования на основе функциональной схемы микропроцессорной ИИС разрабатываются структурные и принципиальные схемы технических средств, алгоритмы и модули прикладных программ. Этот этап характеризуется широким использованием типовых схемных и программных решений и сильной взаимозависимостью технических и программных средств, разработка которых должна осуществляться параллельно на всех этапах.

Применение в аппаратуре микропроцессоров усложняет процесс отладки и тестирования, поскольку система представляет собой объединение аппаратных и программных средств. Отладка представляет собой наиболее трудоемкий этап функционально-логического и схемотехнического проектирования микропроцессорных систем, поэтому разработке средств встроенного контроля и методики использования стандартных отладочных средств должно уделяться такое же внимание, как и разработке аппаратных и программных средств. Для отладки требуются встроенные средства, программные и аппаратные, а также специальные приборы типа логических и сигнатурных анализаторов, отладочные комплексы, внутренние эмуляторы. Встраивание средств диагностики и контроля несколько растягивает и удорожает разработку системы, но значительно облегчает ее отладку и дальнейшую эксплуатацию.

Важной частью проектирования информационных измерительных систем является разработка метрологического обеспечения. Вопросы метрологического обеспечения ИИС должны прорабатываться на всех стадиях проектирования, при этом не только разрабатывается методика использования соответствующих стандартных средств поверки, но, при отсутствии последних, создаются необходимые метрологические средства. Разработка метрологического обеспечения связана с определением основных метрологических характеристик измерительных систем, их поверкой и метрологической аттестацией.

Проектирование системы заканчивается разработкой методического обеспечения, содержащего рекомендации по рациональному использо­ванию проектируемой ИИС и всю необходимую документацию.

Рассмотренные этапы проектирования относятся к стадии разработки технического задания и технического предложения и выполняются, как правило, в виде научно-исследовательской работы при участии относи­тельно небольшого числа высококвалифицированных специалистов.

Дальнейшие стадии проектирования выполняются обычно в виде опытно-конструкторских работ и

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные этапы разработки контроллера.

2. В чём суть разработки и отладки аппаратных средств.

3. В чём суть разработки и отладки программного обеспечения.

4 Перечислите основные инструментальные средства совместной отладки аппаратных и программных средств