6. Проектирование микропроцессорных систем
6.1. Представление системы как объекта проектирования
МПС, как и любое устройство вычислительной техники, выполняет некоторое преобразование входной информации с целью получения требуемого результата. В общем случае она может быть представлена в виде "черного ящика", реализующего заданную функцию преобразования Y=F(X) (рис.6.1). Такое представление позволяет четко выделить входную X и выходную Y информацию МПС и осмыслить поставленную задачу.
Рис. 6.1. Представление МПС в виде "черного ящика"
Проектирование любой МПС включает в себя два аспекта: проектирование аппаратного и программного обеспечения. При этом одни и те же функции по обработке информации часто могут быть реализованы как аппаратным, так и программным путем. Аппаратная реализация, как правило, приводит к увеличению быстродействия, но усложнению устройства, а программная реализация к его упрощению, но уменьшению быстродействия.
Поэтому на начальном этапе проектирования необходимо решить вопрос о целесообразном разделении функций по обработке информации между аппаратными и программными средствами. При этом основным критерием выбора является требуемое быстродействие. Аппаратная обработка информации целесообразна только в тех случаях, когда программная обработка не обеспечивает требуемого времени решения задачи.
В результате этого разделения МПС в общем случае распадается на две части: аппаратные и программные средства. При этом аппаратные средства могут иметь двоякий характер. С одной стороны они являются материальной средой, в которой протекает процесс решения задачи. С этой точки зрения аппаратура практически не оказывает влияния на программу. С другой стороны они могут выполнять некоторые функции по обработке информации, что должно учитываться при разработке программы.
Таким образом, с точки зрения проектирования МПС может быть представлена в виде структуры, приведенной на рис.6.2. Очевидно, что разработка системы сводится к проектированию ее аппаратного и программного обеспечения, что требует их отдельного рассмотрения.
Рис. 6.2. Структура МПС как объекта проектирования
Более детальное представление о содержании и последовательности этапов проектирования МПС можно получить, рассматривая схему этого процесса.
6.2. Основные этапы проектирования
Проектирование МПС начинается с разработки технического задания (ТЗ) и заканчивается выпуском конструкторской документации (КД) на систему. Полная схема процесса проектирования МПС приведена на рис.6.3.
Разработка ТЗ опирается на системный анализ, позволяющий определить требования к проектируемой системе с точки зрения ее функций, производительности, надежности и т.д. и т.п.
Первым этапом собственно проектирования является разработка архитектуры МПС. На этом этапе решается задача целесообразного разделения функций по обработке информации между аппаратными и программными средствами.
Рис. 6.3. Схема процесса проектирования МПС
Затем процесс проектирования распадается на две ветви: разработка программных (ПС) и аппаратных (АС) средств МПС, которые могут выполняться параллельно. Ветвь ПС включает в себя разработку, тестирование и отладку программы, а также ее занесение на рабочий носитель, в качестве которого в МПС чаще всего используются ПЗУ. Ветвь АС включает в себя схемно-конструкторское проектирование, изготовление и настройку опытного образца системы.
Параллельные ветви процесса проектирования объединяются на этапе комплексной отладки МПС, целью которого является обеспечение совместного достоверного функционирования ее ПС и АС. На заключительном этапе проводятся испытания системы на соответствие всем требованиям ТЗ. Итогом проектирования МПС является комплект КД для ее дальнейшего тиражирования.
На любом этапе проектирования могут быть выявлены ошибки, которые исправляются путем внесения изменений в технические решения, принятые на предшествующих этапах. Эти действия представлены на рис.6.3 штриховыми линиями. После исправления ошибки на некотором этапе необходимо повторить все последующие этапы в естественном порядке.
Очевидно, что чем тщательнее выполняется каждый из этапов проектирования, тем меньше будет ошибок и возвратов на предшествующие этапы. Однако, полностью избежать ошибок при проектировании сложных систем невозможно даже для высококвалифицированного и опытного разработчика. Поэтому для обеспечения возможности их исправления основным критерием в процессе проектирования является простота и понятность принимаемых технических решений, а также высокая модульность построения АС и ПС.