2 Рекомендации по выполнению курсовой работы

При выполнении курсовой работы необходимо иметь в виду, что любое МПУ – это совокупность взаимосвязанных аппаратных и программных средств: избранное схемное решение и алгоритм работы определяют программное обеспечение устройства.

Ниже приводятся основные этапы выполнения курсовой работы.

2.1 Изучение архитектуры базового мк или мп

Первый этап работы – изучение по рекомендованной литературе аппаратно- программных особенностей базового процессора (процессорного ядра) или микроконтроллера, на котором проектируется МПУ.

К ним относятся следующие компоненты:

• регистровая структура центрального процессора (ЦП), а для микроконтроллеров также пространство спецрегистров, с помощью которых производится программная настройка периферийных устройств, входящих в состав МК;

• адресные пространства памяти (постоянной (ПЗУ) – для хранения программы работы МПУ и оперативной (ОЗУ), в которую помещаются обрабатываемые данные);

• способы адресации внешних устройств, требующихся для подключения к процессорному ядру или МК и схемные особенности их подключения;

• подсистема прерываний;

• особенности синхронизации МП или МК и их основные машинные циклы;

• система команд и возможные методы адресации операндов;

• особенности организации системных шин МП или МК с учетом их внешних выводов.

Если по заданию требуется разработать внешнее устройство, подключаемое к системным шинам ПК или к стандартным портам ПК, необходимо изучить логику работы системной шины, организацию портов и сигналы, необходимые для реализации стандартного протокола обмена .

2.2 Разработка функциональной схемы мпу

Под функциональной схемой проектируемого устройства понимается изображение функциональных частей изделия и связей между ними. По мере продвижения работы по проектированию МПУ функциональная схема становится все более детализированной и приближается к принципиальной схеме.

Разрабатываемое МПУ обычно включает в свой состав следующие функциональные узлы: центральный процессор – ЦП, память программ – ПЗУ, память данных – ОЗУ, разнообразные внешние устройства (УВВ), соответствующие конкретному назначению МПУ, блок синхронизации, интерфейсные компоненты для объединения всех узлов в единое устройство.

Под ЦП понимается совокупность микропроцессора, системных шин, сформированных на основе его внешних выводов и схемы тактирования.

Для устройств, проектируемых на базе МП, прежде всего разрабатываются системные шины: однонаправленная шина адреса (ША), двунаправленная шина данных (ШД) и двунаправленная шина управления (ШУ). Как правило, к системным шинам подключается несколько микросхем: памяти программ (ПЗУ), памяти данных (ОЗУ), внешних устройств (УВВ). Поэтому системные шины должны обеспечивать высокую нагрузочную способность . Системные шины формируются с помощью соответствующих выводов МП или МК, соединенных для повышения их нагрузочной способности с буферизирующими схемами. Если МП имеет совмещенные выводы адреса/данных, потребуются также микросхемы для их разделения (типа стробируемых регистров- защелок).

Состав ШУ зависит от способа адресации внешних устройств и избранного разработчиком МПУ режима обмена информацией между ЦП и УВВ.

Если используется раздельное пространство памяти и УВВ, то системная шина должна содержать сигналы типа MEMR (чтение памяти), MEMW (запись в память), IOR (чтение УВВ), IOW(запись УВВ).

При использовании совмещенного адресного пространства памяти и УВВ системная шина включает сигналы R (чтение) и W (запись), при этом адреса ячеек памяти и УВВ не должны совпадать. На этом этапе принимается также решение о распределении адресных пространств УВВ, ОЗУ и ПЗУ.

Выбор режима обмена информацией между ЦП и УВВ также влияет на состав шины управления.

Программно-управляемый обмен реализуется наиболее просто: обращение к внешним устройствам осуществляется либо по командам ввода-вывода, если используется изолированное пространство УВВ, либо по командам обращения к памяти (при использовании совмещенного адресного пространства, например, пространство спец регистров МК). Поскольку тактовые частоты ЦП и внешних устройств различны, в ШУ дополнительно к вышеперечисленным сигналам могут вводиться сигналы типа:

• WAIT (сигнал запроса МП к внешнему устройству),

• READY (сигнал готовности от УВВ).

Если проектируется устройство управления (работа в реальном времени), то, как правило, используется обмен между ЦП и УВВ по прерываниям, когда инициатором обмена становится УВВ.

Современные МП и МК имеют развитую векторную подсистему прерываний, при которой каждое внешнее устройство (или отдельная ситуация, связанная с УВВ) обслуживается ЦП своей подпрограммой с индивидуальным начальным адресом (обработчиком прерывания). Для векторной подсистемы прерываний в ШУ требуется дополнительное введение следующих типовых сигналов:

• запрос на прерывание от УВВ (например, INT для МП 8086)

• ответный сигнал от ЦП – разрешение прерывания (например, INTA для МП 8086).

Для МК каждый из возможных источников прерывания имеет свой обработчик прерывания.

Для обмена информацией между ОЗУ и УВВ, без использования ЦП (на время обмена), применяется режим прямого доступа к памяти (ПДП). Этот режим осуществляется под управлением специального контроллера ПДП. В шину управления вводятся сигналы:

• от УВВ – запрос шины (типа – НLD для МП 8086)

• от ЦП ответный сигнал – разрешение шины (типа – НLDА для МП 8086) и управление обменом передается контроллеру ПДП.

При разработке функциональной схемы необходимо предусмотреть наличие блока синхронизации и управления МПУ, который обеспечивает устройство как сигналами тактирования – CLK, так и сигналом сброса и начальной установки (инициализации) МПУ – RESET.

Для микроконтроллеров такой блок обычно встроен в структуру МК, поэтому к соответствующим выводам МК обычно подключается только кварцевый резонатор.

В случае, когда базовым является МП, помимо кварцевого резонатора необходима специализированная микросхема генератора тактовых импульсов – ГТИ.

Если избранные внешние устройства не содержат адресных выводов, то к системным шинам ЦП они должны подключаться через специальные адресуемые регистры или порты ввода-вывода.

Для МПУ, построенного на базе МК, все внешние устройства подключаются через порты (последовательные или параллельные), имеющиеся в структуре МК. Также в структуре МК обычно имеется резидентная память (ОЗУ и ПЗУ), поэтому большая часть работы по проектированию МПУ связана с разработкой программного обеспечения.