Характеристики на проектиране на системи с помощта на микропроцесорни инструменти. Микропроцесори
Основната задача при създаването на MPS е разработването на хардуера (физическата структура) на системата и програмирането на нейните функционални свойства, т.е. при настройването на MPS структурата за задачата.
Дизайнът на MPS е фундаментално различен от традиционните методи за логическо проектиране на системи, базирани на „твърда логика“. При проектирането на системи, базирани на "твърда логика", има разнообразен комплект логически елементи с фиксиран циферблат логически функции и задачата е да установяване на физически връзки между тях . При проектирането на MPS има малък комплект елементи, чиито функции са разнообразни и се определят от командната система . Проектната задача се свежда до избор на стандартна MPS структура и програмиране на нейните свойства .
Трябва да се отбележи, че броят на структурите, най-общо казано, е ограничен от рамката, която беше обсъдена в предишния раздел. Тъй като времето за разработване и усвояване на системите в производството става съизмеримо с жизнения им цикъл (времето на целесъобразното му съществуване преди появата на конкурентен аналог), е необходимо:
· стремеж към използване на вече познати стандартни решенияс поддръжката на CAD пакети, фокусирани върху развитието на MPS (въпреки че творческият специалист иска да създаде нещо оригинално);
· разработване на система, като се вземе предвид „екстраполацията на тяхното развитие“ (разширяване на функциите, повишена мощност, модулност, адаптивност).
Микропроцесорните системи отговарят на тези изисквания, като имат гъвкавост, ниска цена, кратко време за разработка и висока надеждност в сравнение със системите с „твърда логика“, тъй като имат значително по-малък брой взаимовръзки. MPS обаче губи пред системи, базирани на „твърда логика“ в случаите, когато се изискват високи скорости на обработка на информация или се разработва система с ниска сложност.
| Фиг.64 |
Фигура 64 показва препоръчителната процедура за разработка и отстраняване на грешки, която включва основните етапи на дизайна на MPS. развитие софтуер(софтуер), хардуер (AS) и инструменти за отстраняване на грешки (OS) се извършват едновременно. Тясната координация на работата на този етап се определя от пряката зависимост на софтуера от АС. В процеса на създаване на MPS се идентифицират грешки, за отстраняването на които трябва да се върнете към предишни етапи, т.е. Процесът на проектиране е итеративен „назад и през“, което не е отразено на Фиг. 64.
Нека разгледаме по-подробно всеки от етапите.
Формулиране на проблема.
Фигура 65 показва последователност от работа, която разкрива същността на етапа „Формулиране на проблема“.
Обхватът на възможните приложения на MP е много обширен. Има желание да се заемете с решението на грандиозен проблем. Въпреки това, ако предприятието е скептично настроено към MP, тогава провалът ще дискредитира самата идея за използване на MP. Затова е много важно правилен изборприоритетно заявление на МП, решено на първата стъпка от този етап.
 |
| Фиг.65 |
Основните критерии за постигане на целта на тази стъпка могат да бъдат разгледани:
1. Скорост на развитие и организация на масовото производство.
2. Ефективност на приложението (особено неговата яснота).
3. Минимални разходи (бързо изплащане). Таблица 1 може да ви помогне малко тук.
Таблица 1
При разработването на основна концепция се решава въпросът каква да бъде системата: система автоматично управление(ACS) или автоматизирана система за управление (ACS). ACS е проектиран да контролира TOU без човешка намеса и следователно е по-опростен в смисъл на липса на комуникация с хора и езикови интерфейси, но трябва да осигури всички възможни ситуации, които възникват в MPS.
За да направите това, е необходимо да имате пълен математически модел на TOU (процес). В автоматизираната система за управление решаването на аварийни ситуации е поверено на човек и има възможност за намеса в процеса. Решението за създаване на система за автоматично управление може да се вземе без точен модел на системата за техническо управление. Разработчикът обаче трябва да знае, че в този случай ще са необходими научни изследвания за изграждането му на етапа „Разработване на модел на управление“ (вижте фигурата). Конструктивната концепция на MPS в случай на самоходни оръдия е представена на фиг. 66.
 |  |
| Фиг.66 | Фиг.67 |
 |
|
| Фиг.68 |
Ако се вземе решение за създаване на автоматизирана система за управление, те започват да определят нейните макро функции: събиране на данни, съветник на оператора, пряко или надзорно управление. Цел Режим "Събиране на данни".(виж Фиг. 67) е натрупването на информация за състоянието на TOU, когато различни условияда изгради модел на процес (когато е непълен или неизвестен) и/или да го управлява с познаване на ситуацията. Този режим винаги присъства като подзадача в по-сложни макро функции. Характеристиката му е отворен контролен контур, т.е. лице се използва като устройство за вземане на решения, а MP изпълнява функциите на пред-процесор за събиране/предварителна обработка на данни и пост-процесор за генериране на контролни действия съгласно закона, определен от лице. IN Режим "Съветник на оператора".В допълнение към събирането на данни, MPS изчислява управляващи действия по известен модел (или част от него) и ги предлага на оператора, който взема решението. Броят на контролируемите променливи е малък, така че човек може да ги държи в полезрението си и да реагира своевременно на променящите се ситуации.
Затвореният контролен контур е типичен за Режим "Директно управление".. В този случай ACS се различава от ACS по това, че настройките в системата (фиг. 68) се формират от човек. Висшата макрофункция на автоматизираната система за управление е "Надзорно управление". Системата се състои от автономен контролен контур на TOU и контролен контур на заданието за него. Лицето упражнява контрол върху възникването на непредвидени ситуации.
И в края на етапа се разработва техническа спецификация (TOR) въз основа на първоначалните данни: проектна документация за оборудването, използвано в процеса (включително схемни схеми); технологична документация за процеса, изисквания към произвежданата продукция, функциониране на производствения процес; икономически, социални, антропогенни, екологични и други ограничения; концепция за изграждане на MPS. Определят се настоящите (и евентуално бъдещи) проблеми, решавани от MPS, ограниченията върху неговата работа и създаване по отношение на производителността, размерите, консумацията, надеждността, цената и др.
Формулирането на проблема е слабо формализирано, извършва се от специалист, който познава проблемната област, и се решава основно универсални методипроектиране на системно инженерство и икономическо прогнозиране (например търсене на литература, проучване на въпросници, потребителски интервюта, мозъчна атака, функционален анализ на разходите и др.).
С натискане на бутона "Изтегли архив" ще изтеглите напълно безплатно необходимия ви файл.
Преди да изтеглите този файл, помислете за онези добри есета, тестове, курсови работи, дисертации, статии и други документи, които лежат непотърсени на вашия компютър. Това е ваша работа, тя трябва да участва в развитието на обществото и да носи полза на хората. Намерете тези произведения и ги изпратете в базата знания.
Ние и всички студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдем много благодарни.
За да изтеглите архив с документ, въведете петцифрен номер в полето по-долу и щракнете върху бутона "Изтегляне на архив"
Подобни документи
Анализ на вариантите на дизайнерски решения и избор на оптимално решение въз основа на него. Синтез на функционална схема на микропроцесорна система въз основа на анализ на изходни данни. Процесът на разработване на хардуер и софтуер за микропроцесорна система.
курсова работа, добавена на 20.05.2014 г
Теоретични основиразработване на микропроцесорна система на базата на микроконтролер и устройство за четене на електронни книги, анализ на техните технико-икономически показатели и сравнение с аналози. Основни норми по охрана на труда при работа с компютър.
дисертация, добавена на 13.07.2010 г
Възможността за използване на MP устройство. Архитектура на микропроцесорната система. Структурна организация BIS VT с изолирани шини. Съдържание и възможен фокус на микроконтролера. Обобщена структура на прост вграден микроконтролер.
резюме, добавено на 28.04.2011 г
Структурата на микропроцесорната система, алгоритъмът за нейното управление и предаване на сигнали. Карта на разпространение на адреси. Разработване на електрическа схема и избор на елементна база. Изчисляване на консумация на ток, захранване, софтуер.
курсова работа, добавена на 22.01.2014 г
Разпределение на функциите между хардуерната и софтуерната част на микропроцесорната система. Избор на микроконтролер, разработване и описание на структурна, функционална и електрическа схема. Избор на програмна среда, алгоритъмна диаграма и програмен списък.
курсова работа, добавена на 17.08.2013 г
Предназначение и конструкция на микропроцесорна система за управление. Описание на функционалната схема на микропроцесорната система за управление. Изчисляване на статичните характеристики на измервателния канал. Разработване на алгоритъм за функциониране на микропроцесорна система за управление.
курсова работа, добавена на 30.08.2010 г
Обща концепцияза микроконтролерите, тяхното използване и предназначение. Разработване на проект за микропроцесорна система за събиране на данни с помощта на стендове SDK 1.1 и SDX 0.9. Създаване на софтуер и зареждането му в лабораторния стенд SDK-1.1.
курсова работа, добавена на 31.01.2014 г
Функции на инструмента за отстраняване на грешки
Времето и качеството на системното отстраняване на грешки зависят от инструментите за отстраняване на грешки. Колкото по-напреднали са инструментите на разположение на инженера-разработчик, толкова по-скоро може да започне отстраняването на грешки в оборудването и програмите и толкова по-бързо могат да бъдат открити грешки и локализирани източници, чието отстраняване би било по-скъпо на по-късен етап на проектиране.
Инструментите за отстраняване на грешки трябва:
1) контролират поведението на системата и/или нейния модел на различни нива на абстрактно представяне;
2) събира информация за поведението на системата и/или нейния модел, процес и я представя на различни нива на абстракция;
3) трансформирайте системите, придайте им свойства на управляемост;
4) симулира поведението на външната среда на проектираната система.
Контролирането на поведението на система или нейния модел се отнася до определянето и предоставянето на входни действия за стартиране или спиране на системата или нейния модел, за прехвърляне на последния в определено състояние. За да се определи местоположението на субективна неизправност, която може да бъде въведена на всеки етап от проектирането, е необходимо да можете да съберете информация за поведението на системата и да я представите във формите, които са приети за даден проект. Например, това могат да бъдат времеви диаграми, основни електрически схеми, език за прехвърляне на регистри, асемблер и др.
IN общ случайНевъзможно е да се локализира източникът на грешката на проектираната система, като има информация за поведението на системата само на нейните външни терминали, така че проектираната система се трансформира. Например, преди производството на едночипов микрокомпютър с един или друг ROM "хардуер", програмите се дебъгват на емулационен чип, в който основната линия се насочва към външни контакти и RAM се инсталира вместо ROM.
Микропроцесорните системи по своята сложност, изисквания и функции могат значително да се различават по параметри на надеждност, обем на софтуер, да бъдат еднопроцесорни и многопроцесорни, изградени върху един тип микропроцесорен комплект или няколко и др. В тази връзка процесът на проектиране може да бъде модифициран в зависимост от изискванията към системите. Например, процесът на проектиране на MPS, които се различават един от друг по ROM съдържание, ще се състои от разработване на програми и производство на ROM.
При проектирането на многопроцесорни микропроцесорни системи, съдържащи няколко типа микропроцесорни набори, е необходимо да се решат проблемите на организацията на паметта, взаимодействието с процесорите, организацията на обмена между системните устройства и външна среда, координиране на функционирането на устройства с различна скорост на работа и др. По-долу е дадена приблизителна последователност от стъпки, типични за създаване на микропроцесорна система:
1. Формализация на системните изисквания.
2. Разработване на структурата и архитектурата на системата.
3. Разработка и производство на системен хардуер и софтуер.
4. Цялостно тестване за отстраняване на грешки и приемане.
Етап 1. На този етап се изготвят външни спецификации, функциите на системата са изброени, техническите спецификации (TOR) за системата са формализирани и плановете на разработчика са официално посочени в официалната документация.
Етап 2. На този етап се определят функциите на отделните устройства и софтуер, избират се микропроцесорни комплекти, на базата на които ще бъде реализирана системата, взаимодействието между хардуер и софтуер и се определят времевите характеристики на отделните устройства и програми .
Етап 3. След определяне на функциите, изпълнявани от хардуера, и функциите, изпълнявани от програмите, дизайнерите на вериги и програмистите едновременно започват да разработват и произвеждат съответно прототип и софтуер. Разработването и производството на оборудване се състои от разработването на структурни и електрически схеми, производство на прототипи, офлайн отстраняване на грешки.
Разработката на софтуер се състои от разработване на алгоритми; писане на текст на изходни програми; преводи на изходни програми в обектни програми; офлайн отстраняване на грешки.
Етап 4. Вижте Цялостно отстраняване на грешки.
На всеки етап от проектирането на MPS хората могат да въведат грешки и да вземат неправилни дизайнерски решения. Освен това в оборудването могат да възникнат дефекти.
Качествените и количествените промени в елементната база на VT оборудването доведоха до
промяна на установените принципи на техния дизайн (като твърд
структура, последователно централно управление, линейна организация
памет и невъзможност за адаптиране на компютърната структура към особеностите
проблемът се решава).
Класическите принципи на фон Нойман за организиране на компютърни системи бяха заменени от идеите за проблемна ориентация на MPS, паралелна и конвейерна обработка на информация, използване на таблични методи за обработка на данни, принципи на редовност и хомогенност на MPS структурите; става истинско
възможност за създаване на адаптивно преконфигурируеми системи, както и
хардуерна реализация на софтуерни функции. Следователно, в момента
време при проектиране на компютърни системи, базирани на получени MPS
прилагане на така наречения принцип “3M”: модулност, транкинг,
микропрограмируемост.
Принципът на модулната организациявключва изграждането на изчислителни и
контролиране на MPS на базата на набор от модули: структурни, функционални и
електрически завършени изчислителни устройства, които ви позволяват самостоятелно
или в комбинация с други модули за решаване на проблеми от този клас. Модулен
подходът към проектирането на микрокомпютри и системи позволява (когато се изпълнява като
универсални и специализирани модули) за осигуряване на създаването на семейства
(редове) от MPS, различни по функционалност и характеристики,
покривайки значителен набор от приложения, помага за намаляване
разходи за проектиране, а също така опростява разширяването на капацитета и
преконфигуриране на системи, забавя остаряването на компютрите
Гръбначен метод за обмен на информацияза разлика от начина на организация
произволни връзки (според принципа „всеки с всеки“) ви позволява да организирате и
минимизиране на броя на връзките в MPS. Улеснява обмена на информация между
използване на функционални и структурни модули от различни нива
магистрали, свързващи входни и изходни шини. Има един-, два-,
три- и многолинейни връзки. Необходимо е да се отбележи връзката
схемотехника и структурни решения, които се появяват по време на изпълнението
този метод на обмен под формата на създаване на специален двупосочен буфер
каскади с три стабилни състояния и използване на временни
мултиплексиране на канали за обмен.
Контрол на фърмуераосигурява най-голяма гъвкавост в организацията
многофункционални модули и дава възможност за ориентиране в проблема
MPS, а също и да използват макро операции в тях, което е по-ефективно от използването
стандартни съчетания. В допълнение, предаване на контролирани думи във формата
криптираните кодови последователности съответстват на условията за минимизиране
брой VLSI пинове и намаляване на броя на връзките в модулите.
В допълнение към основните характеристики на дизайна на MPS, изброени по-горе, трябва да бъде
отбелязват принципа на редовността, който предполага естествен
повторяемост на елементите от структурата на МПС и връзките между тях. Приложение на това
Принципът ви позволява да увеличите интегралната плътност, да намалите дължината на връзките
на чип, намалява топологичното и времето за проектиране на веригата
проектиране на LSI и VLSI, намаляване на броя на пресичания и видове функционални
и структурни елементи.
При разработването на MPS архитектурата (системен етап) е необходимо да се реши следното
Опишете концептуалната структура на функционалното поведение на системата с
позиции за отчитане на интересите на потребителя при изграждането и организирането му
изчислителен процес в него;
Определете структурата, номенклатурата и характеристиките на изграждането на софтуер и
микропрограмни инструменти;
Опишете характеристиките на вътрешната организация на потоците от данни и контрол
информация;
Извършете анализ на функционалната структура и особеностите на физическото
внедряване на системни устройства от гледна точка на баланса на софтуера,
микропрограма и хардуер.
Основните етапи на проектиране на MPS са показани на фиг. 3.1.
В началния етап на проектиране MPS може да бъде описан в един от
следните концептуални нива: „черна кутия”, структурно, програмно,
логически, верига.
На ниво „черна кутия“ MPS се описва чрез външни спецификации, където
изброени са външни характеристики.
ориз. 3.1. Етапи на проектиране на MPS
Структурното ниво се създава от хардуерните компоненти на МПС, които
описани чрез функциите на отделните устройства, техните взаимовръзки и информация
потоци.
Нивото на софтуера е разделено на две поднива (инструкции на процесора и
език) и MPS се интерпретира като последователност от твърдения или
команди, които предизвикват едно или друго действие върху определена структура от данни.
Логическо нивое присъщо изключително на дискретните системи и се разделя на
две поднива: комутационни вериги и регистрови трансфери.
Първото подниво се формира от гейтове (комбинационни схеми и елементи на паметта) и изградени на тяхна база оператори за обработка на данни. Второто подниво се характеризира с по-висока степен на абстракция и представлява описание на регистрите и трансфера на данни между тях. Тя включва две
части: информационна и контролна: първата се формира от регистри,
оператори и пътища за предаване на данни, вторият осигурява в зависимост от
времеви сигнали, които инициират трансфер на данни между регистрите.
Нивото на веригата се основава на описание на работата на дискретни елементи на устройството.
IN жизнен цикъл MPS, като всяка дискретна система, има три етапа:
проектиране, производство и експлоатация.
Всеки етап е подразделен на няколко фази, за които има вероятност от структурни или физически повреди. Повредите се класифицират според причините за тях: физически, ако причината са дефекти в елементите, и субективни, ако причината е грешка в дизайна.
Субективните грешки се разделят на дизайнерски и интерактивни. Дизайн
неизправностите са причинени от недостатъци, въведени в системата на различни етапи
изпълнение на първоначалната задача. Възникват интерактивни грешки в
работен процес поради повреда обслужващ персонал(оператор). Резултатът
прояви на неизправност е грешка и една неизправност може
причинява редица грешки и същата грешка може да бъде причинена
много неизправности.
Съществува и концепцията за дефект - физическа промяна в параметрите
системни компоненти отвъд допустими граници. Дефектите се наричат
неуспехи, ако са временни, и неуспехи, ако са постоянни.
Дефектът не може да бъде открит, докато не са налице условията за
възникването на неизправност, дължаща се на него, резултатът от който трябва да бъде в неговия
опашка, предадена на изхода на обекта, който се изследва, за да направи
видима неизправност.
Диагностиката на неизправност е процес на определяне на причината за грешка чрез
резултати от тестове.
Отстраняването на грешки е процес на намиране и определяне на грешки
източници на появата им въз основа на резултатите от тестовете по време на проектирането на MPS.
Средствата за отстраняване на грешки са устройства, комплекси и програми. Понякога под
Отстраняването на грешки се отнася до откриването, локализирането и отстраняването на грешки. Успех
отстраняването на грешки зависи от това как е проектирана системата, дали
свойства, които го правят удобен за отстраняване на грешки, както и от използваните инструменти
за отстраняване на грешки.
За да извърши отстраняване на грешки, проектираният MPS трябва да има
свойства на управляемост, наблюдаемост и предвидимост.
Управляемост –свойство на система, при което нейното поведение е податливо на
управление, т.е. Възможно е спиране на работата на системата в
определено състояние и рестартирайте системата.
Наблюдаемост– свойство на система, което позволява да се наблюдава нейното поведение
система, зад изменението на нейните вътрешни състояния.
Предсказуемост– системно свойство, което позволява системата да бъде инсталирана
състояние, от което могат да бъдат предвидени всички следващи състояния.
MPS може да варира значително по своята сложност, изисквания и функции
експлоатационни параметри, обем на софтуера, вид
микропроцесорен комплект и др. В тази връзка процесът на проектиране може
варират в зависимост от изискванията към системата.
Процесът на проектиране е итеративен процес. Неизправностите, открити по време на етапа на тестване за приемане, могат да доведат до коригиране на спецификацията и
следователно до началото на проектирането на цялата система. Намерете
неизправностите трябва да бъдат открити възможно най-рано; за това трябва да контролирате
коректност на проекта на всеки етап от развитието. Съществуват следните методи
контрол на правилността на дизайна: проверка (формални методи
доказателство за коректността на проекта); моделиране; тестване.
Напоследък се появи много работа по проверката на софтуера
софтуер, фърмуер, хардуер. Въпреки това, тези произведения са все още
теоретичен характер. Затова в практиката по-често се използва моделирането
поведение на обекта и тестване на различни абстрактни нива
системни представителства.
На етапа на формализиране на системните изисквания, наблюдение на коректността на проекта
особено необходимо, тъй като много цели на дизайна не са формализирани или
по принцип не може да се формализира. Функционалната спецификация може
анализирани от екип от експерти или симулирани и тествани в
експериментално за идентифициране на постигането на желаните цели. След одобрение
функционалната спецификация започва разработването на тестови програми,
предназначени да установят правилната работа на системата в съответствие с
неговата спецификация. В идеалния случай тестовете се разработват изцяло
въз основа на тази спецификация и позволяващи проверка на всякакви
внедряване на система, която е обявена за способна да изпълнява функциите
посочени в спецификацията. Този метод е пълна противоположност на другите,
където тестовете са изградени във връзка със специфични реализации. На практика обаче
разработката на тестове често се дава на по-нисък приоритет от
проект, така че тестовите програми се появяват много по-късно от него