2. Разработка микропроцессорных систем.

Основная задача при создании МПС заключается в разработке аппаратных средств (физической структуры) системы и программировании их функциональных свойств, т.е. в настройке структуры МПС на задачу.

Проектирование МПС коренным образом отличается от традиционных методов логического проектирования систем на "жесткой логике". При проектировании систем на "жесткой логике" имеется разнообразный набор логических элементов с фиксированным набором логических функций и задача заключается в установлении физических связей между ними. При проектировании МПС имеется небольшой набор элементов, функции которых многообразны и определяются системой команд. Задача проектирования сводится к подбору типовой структуры МПС и программировании ее свойств.

Следует отметить, что количество структур, вообще говоря, ограничено теми рамками, которые были рассмотрены в предыдущем разделе. Так как время разработки и освоения систем в производстве становится соизмеримым с ее жизненным циклом (временем ее целесообразного существования до появления конкурентоспособного аналога), то необходимо:

• стремиться использовать уже известные типовые решения при поддержке пакетов САПР, ориентированных на разработку МПС (хотя творчески работающему специалисту хочется создать нечто оригинальное);

• разрабатывать систему с учетом "экстраполяции их развития" (расширение функций, наращиваемая мощность, модульность, адаптивность).

Микропроцессорные системы удовлетворяют этим требованиям, обладая гибкостью, малой стоимостью, небольшим временем разработки, высокой надежностью по сравнению с системами на "жесткой логике", так как имеют значительно меньшее число межсоединений. Однако МПС проигрывает системам на "жесткой логике" в случаях, когда требуются большие скорости обработки информации или разрабатывается система невысокой сложности.

Рис.64

На рис.64 приведен рекомендуемый порядок разработки и отлад­ки, включающий основные этапы проектирования МПС. Разработка программного обеспечения (ПО), аппаратных (АС) и отладочных (ОС) средств осуществляется одновременно. Тесная координация работ на этой стадии определяется прямой зависимостью ПО от АС. В процессе создания МПС выявляются ошибки, для устранения которых приходится возвращаться на предыдущие этапы, т.е. процесс проектирования "насквозь" итерационен, что не отражено на рис.64.

Рассмотрим более подробно каждый из этапов.

2.1. Формулировка проблемы.

На рис.65 дана последовательность работ, раскрывающая суть этапа "Формулировка проблемы".

Сфера возможного применения МП очень обширна. Возникает желание взяться за решение эффектной задачи. Однако, если на предприятии к МП относятся скептически, то неудача дискредитирует саму идею применения МП. Поэтому очень важен правильный выбор перво­очередного применения МП, решаемый на первом шаге этого этапа.

Рис.65

Основными критериями достижения цели на этом шаге можно считать:

1. Быстроту разработки и организации серийного производства.

2. Эффективность применения (особенно его наглядность).

3. Минимальность затрат (быструю окупаемость). Некоторую по­мощь здесь может оказать табл.1.

Таблица 1

Вид разработки	Эффективность (наглядность) результата	Сроки проектирования	Подготовка кадров	Сроки начала серийного производства
Замена ВТ на новую МПС	Плохо подлежит учету	Максимальны. Зависимость отладки от работы объекта, большой объем ПО	Не требуется	Затягиваются
Создание нового изделия (МПС)	Хорошая	Средние	Требуется	Затягиваются так как необходима переориентация производства
Замена "жесткой" логики на МП	Хорошая	Минимальные, так как все известно	Требуется	Определяются заинтересован-ностью изготовителя

При выработке базовой концепции решается вопрос о том, какой быть системе: системой автоматического управления (САУ) или авто­матизированной системой управления (АСУ). САУ предназначена для управления ТОУ без вмешательства человека и поэтому проще в смыс­ле отсутствия ВУ связи с человеком и языковых интерфейсов, но должна предусмотреть все возможные ситуации, возникающие в МПС.

Для этого необходимо иметь полную математическую модель ТОУ (процесса) . В АСУ же решение нештатных ситуаций возлагается на человека и имеется возможность вмешательства в процесс. Решение о создании САУ может быть принято и без наличия точной модели ТОУ. Однако разработчик должен сознавать, что в этом случае потребует­ся проведение научных исследований для ее построения на этапе "Разработка модели управления" (см. рис.). Структурная концепция МПС в случае САУ представлена на рис.66.

Рис.66	Рис.67
Рис.68

Если принято решение о создании АСУ, приступают к определению ее макрофункций: сбор данных, советник оператора, непосредственное или супервизорное управление. Целью режима "Сбор данных" (см. рис.67) является накопление информации о состоянии ТОУ при различных условиях для построения модели процесса (когда она неполна или неизвестна) и/или управления им со знанием ситуации. Данный режим всегда присутствует как подзадача в более сложных макрофун­кциях. Его особенность - разомкнутый контур управления, т.е. в качестве решающего устройства используется человек, а МП выполняет функции предпроцессора сбора/предварительной обработки данных и постпроцессора для формирования управляющих воздействий по закону, заданному человеком. В режиме "Советник оператора" помимо сбора данных МПС вычисляет по известной модели (или ее части) управляющие воздействия и предлагает их оператору, который и принимает решение. Число управляемых переменных невелико, чтобы человек был в состоянии удержать их в поле зрения и своевременно реагировать на изменение ситуации.

Замкнутый контур управления характерен для режима "Непосредственное управление". В этом случае АСУ отличается от САУ тем, что уставки в системе (рис.68) формируются человеком. Высшей макрофункцией АСУ является "Супервизорное управление". Система состоит из автономного контура управления ТОУ и контура управления уставкой для него. Человек же осуществляет контроль за появлением непредвиденных ситуаций.

И в завершение этапа осуществляется разработка технического задания (ТЗ) на основе исходных данных: конструкторской документации на оборудование, используемое в техпроцессе (включая принципиальные схемы); технологической документации на процесс, требований к выпускаемой продукции, функционированию процесса произ­водства; экономических, социальных, антропогенных, экологических и других ограничений; концепции построения МПС. Определяются текущие (и, возможно, будущие) задачи, решаемые МПС, ограничения на ее функционирование и создание по производительности, габаритам, потреблению, надежности, стоимости и т.д.

Формулировка проблемы плохо формализуема, осуществляется специалистом, знающим проблемную область, и решается, в основном, универсальными методами системотехнического проектирования и экономического прогнозирования [11] (например, поиск литературы, ан­кетный опрос, интервьюирование потребителей, мозговая атака, функционально-стоимостной анализ и др.).