155

поддержки соответствует введение базовых аппаратных модулей ЦОС типа звеньев РФ 2-го порядка или "бабочки" БПФ. При этом возможно одновременное выполнение аппаратных и программных операций, еще более повышающее скорость обработки. При реализации БПФ применяют также внешние ПЗУ для хранения адресов операндов и поворачивающих множителей, исключающие необходимость их программного вычисления [36].

Дальнейшие возможности наращивания быстродействия МПС ЦОС свя-

заны с переходом к многопроцессорным системам и матричным процес-

сорам, реализующим на программном и аппаратном уровнях принципы распараллеливания и конвейерной обработки данных. Скорость обработки таких систем возрастает пропорционально количеству параллельно работающих процессоров (транспьютеров) [37, 38]. Очевидно, что в той же мере возрастают и сложности, связанные с их разработкой, программированием и реализацией.

12.3.2. СИНХРОНИЗАЦИЯ И АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЦОС

Системы ЦОС реального времени выполняют циклическую последовательность операций ввода, обработки и вывода данных. Задача их синхронизации заключается в обеспечении жесткой привязки циклов ввода, обработки и вывода к заданному периоду (частоте) дискретизации сигнала, определяющему длительность временного цикла системы:

Тц = Твв + Тобр + Твыв + Тож =Тд = const.

Кроме времени ввода Твв, вывода Твыв и обработки Тобр он включает также время ожидания Тож, которое дополняет временной цикл до постоянного периода дискретизации сигнала Тд. В зависимости от реализации МПС это время может быть постоянным: Тож = const, если составляющие временного

цикла Твв, Тобр, Твыв постоянны, или переменным: Тож = var, если все или одна из составляющих Твв, Тобр, Твыв переменна, т. е. зависит от конкретных значений сигнала. Данные варианты или ситуации определяют выбор возможных способов синхронизации системы. По виду источника синхронизации различают внешнюю и внутреннюю синхронизации, а по способу реализации – аппаратную и программную.

При программной синхронизации длительность цикла системы задается программно, синхронизация возможна при Тож = const и является внутренней.

Аппаратная синхронизация может быть как от внутреннего источника (таймера), так и внешнего и осуществляется либо по прерыванию процессора, либо путем программного опроса регистра состояния (бита готовности)

данных АЦП. Такая синхронизация реализуема как при Тож = const, так и при

Тож = var.

156

Пример развернутой структурной схемы синхронизированной системы ЦОС представлен на рис. 12.11. Она включает процессор ЦОС, элементы аналого-цифрового интерфейса и синхронизации.

Рис. 12.11. Пример структурной схемы синхронизированной системы ЦОС

Внешний сигнал синхронизации или внутренний, сформированный процессором ЦОС (программно или с помощью таймера), переводит входное

устройство выборки-хранения УВХвв из режима слежения в режим хранения сигнала, запускает с некоторой задержкой АЦП, переписывает выходные данные из регистра временного хранения РВХ в регистр данных РДвыв ЦАП и с некоторой задержкой записывает выходной сигнал ЦАП в выходное устройство выборки-хранения УВХвыв. Процессор ЦОС по запросу прерывания сигналом синхронизации или сигналом готовности АЦП или его регистра состояния РС, который также может опрашиваться программно (на рис. 12.11 он совмещен с регистром данных РДвв), считывает регистр данных РДвв АЦП, обрабатывает данные, записывает их в РВХ и ждет нового сигнала синхронизации или формирует его (при внутренней программной синхронизации).

Иллюстрирующие работу системы временные диаграммы сигналов показаны на рис. 12.12.

Общий алгоритм работы системы представляется формализованно графсхемой алгоритма для конкретного используемого способа синхронизации системы. Граф-схема отражает выполняемые системой операции и их последовательность, возможное временное распараллеливание и способ реализации операций – программный или аппаратный. Наряду с вышерассмотренными к программно реализуемой относится также инициализация системы, включающая совокупность операций по подготовке ее к работе, например, начальной загрузки параметров и программного обеспечения от внешней ЭВМ, интерактивного ввода параметров, инициализации и программирования аппаратного обеспечения – аналого-цифрового интерфейса, контроллеров, таймера, инициализации алгоритмической обработки, например, очистки

Для МПС с аппаратной синхронизацией возможная граф-схема алгоритма работы и диаграмма временного цикла приведены на рис. 12.13, а, б.

Операции слева от пунктирной линии на граф-схеме (рис. 12.13, а) выполняются на программном уровне (за исключением проверки запросов прерывания, обрабатываемых контроллером прерываний), справа – на аппаратном уровне параллельно во времени. Прерывание процессора производится непосредственно сигналом синхронизации, поступающим с внутреннего программируемого таймера или внешнего источника синхронизации. Программирование таймера, как и разрешение пуска АЦП, представляется на графсхеме отдельными операциями, относящимися в общем случае к инициализации системы. Время цикла системы (рис. 12.13, б) определяется длительностью программных операций ввода, вывода, обработки и ожидания, поглощающей параллельно выполняемые аппаратные операции (записи в УВХ, пуска АЦП, аналого-цифрового преобразования и др.), имеющие, как правило, меньшую суммарную длительность.

На рис. 12.14 представлена граф-схема алгоритма работы системы также с аппаратной синхронизацией, но отличающаяся тем, что работа процессора синхронизируется сигналом регистра состояния АЦП, который либо вызывает его прерывание, либо опрашивается им программно. При этом после считывания регистра данных АЦП или одновременно с ним процессор осуществляет модификацию или сброс бита готовности регистра состояния АЦП. Данная граф-схема соответствует общему алгоритму работы лабораторной