Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

.

О.В. Гончаровский, Н.Н. Матушкин, А.А. Южаков

Встроенные микропроцессорные системы

Издательство

Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017г.

УДК 004.415.2

ББК 32.973.202-018.2

Рецензенты:

Начальник отдела ТО-5 ОАО «Стар»,

кандидат технических наук С.В. Березняков;

кандидат технических наук, доцент Т.С. Леготкина,

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Гончаровский О.В. Матушкин Н.Н., Южаков А.А.

Встроенные микропроцессорные системы:учеб. пособие / О.В. Гончаровский, Н.Н.Матушкин, А.А. Южаков – Пермь: Изд-во Перм.нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 1хх с

ISBN xxx-x-xxx-xxxx-x

В учебном пособии рассмотрены организация аппаратной части встроенных микропроцессорных систем. Рассмотрена методология проектирования компонент встроенных систем на программируемой логике по модели программно-управляемого автомата. Рассмотрена методология проектирования прикладного программного обеспечения встроенных систем ориентированная на модель, позволяющая освоить разработку функциональных спецификаций для систем управления двигателями летательных аппаратов.

Предназначено для студентов, обучающихся по профилю подготовки магистров 16070051.68 – Информационные технологии в разработке двигателей летательных аппаратов.

Учебном пособии может быть полезно студентам смежных направлений подготовки.

УДК 004.415.2

ББК 32.973.202-018.2

ISBN xxx-x-xxx-xxxx-x ПНИПУ, 2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………

МОДУЛЬ 1.

1. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВСТРОЕННЫХ СИСТЕМ ………………

1.1. Организация аппаратных средств встроенных микропроцессорных

систем ………………………………………………………………………………

1.2. Элементы архитектуры процессоров встроенных систем …………….

1.2.1. Множество команд ……………………………………………………..

1.2.2. Программная модель ……………………………………………………

1.2.2.1. Регистры ……………………………………………………………….

1.2.2.2. Типы данных …………………………………………………………..

1. 2.3. Модели памяти ………………………………………………………….

1. 2.3.1. Адресное пространство ……………………………………………….

1.2.3.2. Порядок байт …………………………………………………………..

1. 2.3.3. Когерентность памяти ………………………………………………..

1. 2.3.4. Защита памяти …………………………………………………………

1. 2. 4. Модель прерываний ……………………………………………………

1.2. 5.Модель управления памятью ……………………………………………

1.2.5.1. Страничная организация памяти ………………………………………

1.2.5.2. Сегментация памяти ……………………………………………………

1.3. Типы процессоров ………………………………………………………….

1.4. Формы параллелизма в процессорах ……………………………………..

1.4.1. Конвейеризация …………………………………………………………...

1.4.2. Параллелизм уровня команд ……………………………………………..

1.5.Технологии памяти ………………………………………………………….

1.5.1. Оперативная память ………………………………………………………

1.5.1. 1. Статическое ОЗУ ……………………………………………………….

1.5.1. 2. Динамическое ОЗУ ……………………………………………………..

1.5.2. Постоянное запоминающее устройство (ROM) ………………………...

1.6. Иерархия памяти ……………………………………………………………

1.6.1. Распределение или карта памяти ………………………………………...

1.6.2. Блокнотная и кэш память …………………………………………………

1.6.2.1. Кэш-память прямого отображения …………………………………….

1.6.2.2. Ассоциативная по множеству кэш-память ……………………………

1.6.2.3. Обновление кэш-памяти ………………………………………………...

1.6.2.4. Протокол когерентности кэширования с обратной записью ………..

1.6.2.5. Команды поддержки когерентности памяти …………………………..

1.7. Магистраль микропроцессорной системы …………………………………

1.7.1. Циклы обращения к магистрали ………………………………………….

1.7.2. Двухшинная магистраль ………………………………………………….

1.8. Базовые устройства ввода-вывода встроенных систем ……………………

1.8.1. Порты ввода-вывода общего назначения …………………………………

1.8.2. Таймер-счетчик …………………………………………………………….

1.8.3. Импульсно-кодовая модуляция ……………………………………………

1.8.4. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь …………………..

1.9. Базовые последовательные интерфейсы ввода-вывода встроенных систем

1.9.1. Асинхронный старт-стопный интерфейс …………………………………

1.9.2. Интерфейс SPI ………………………………………………………………

1.9.3. Интерфейс I2C ………………………………………………………………

1.9.4.Шина USB ……………………………………………………………………

1.9.4.1.Введение в USB ……………………………………………………………

1.9.4.2.Интерфейс Open Host Controller для USB ……………………………….

Вопросы для самопроверки ……………………………………………………………

МОДУЛЬ 2

1.10.Язык проектирования аппаратуры VHDL ………………………

1.10.1.Реконфигурируемая логика …………………………………

1.10.2. Введение в VHDL ………………………………………………………

1.10.2.1. Программирование на VHDL для моделирования и синтеза ………

1.10.2.2. Entity и architecture ……………………………………………………

1.10.2.3. Операторы присваивание и process …………………………………

1.10.2.4. Цикл моделирования VHDL ……………………………………….

1.10.2.5. Многозначная логика и стандарт IEEE 1164 …………………..

1.11. Проектирование устройств ввода-вывода и контроллеров интерфейсов

ввода-вывода по модели программно-управляемого автомата…………………..

1.12. Интегрированная среда разработки аппаратных средств Active-HDL^TM

Вопросы для самопроверки ……………………………………………………………

МОДУЛЬ 3