Выбор МП и построение структуры МПС.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 14Следующая ⇒

Основная задача данного этапа - сопоставление требований к МПС, оценка возможности их удовлетворения и построение структуры системы на базе выбранного МП. Исходные данные к нему выделяются из технического задания и вырабатываются на предыдущих этапах разработки. Дополнительно к этому необходимо располагать следующими фондами: микропроцессорных комплектов (МПК) и других комплектующих, типовых реализаций отдельных функций на " жесткой" логике, стандартных программ к МПК. Последовательность действий складывается из трех основных шагов.

1. Принятие решения о построении системы на основе МП или " жесткой" логики.

3. Выделение важнейших характеристик МП.

4. Выбор МП с синтезом структуры МПС.

Для ответа на вопрос первого шага проводится первичный анализ характеристик будущей системы. Решение о применении МП принимается в случае, если:

- алгоритм функционирования системы сложен;

- функции системы изменяются в процессе эксплуатации и ожидается дальнейшее их расширение;

- будут обрабатываться большие массивы информации;

- предвидится частое обращение к 3У;

- система должна содержать разнообразный набор ВУ;

- требуется высокая точность;

- оценочное количество интегральных схем, необходимое для реализации системы средствами " жесткой" логики, превышает несколько десятков.

Следует учитывать, что на выбор МПК влияет множество трудно учитываемых факторов с широким диапазоном значимости каждого; от возможности приобрести тот или иной МПК до личной симпатии разработчиков. Чаще всего список доступных МП ограничивается одним типом. Однако предполагается, что предприятие может заказать любой существующий МПК. Предварительный просмотр характеристик МП позволяет выбрать 3-4 модели.

Основная идея выбора МП состоит в том, что его главные характеристики тесно связаны с функциональными возможностями МПС и областью ее применения. Многообразие характеристик МП и сфер применения МПС затрудняют формализацию данного шага разработки " Выделение важнейших характеристик МП". Некоторую помощь здесь могут оказать таблицы, приводимые ниже. Так, в таблице 2 отражена связь между разрядностью и областью применения.

Таблица 2

Разрядность	Область применения
	Арифметические устройства измерительных приборов (осциллографы, вольтметры и т.д.), простые контроллеры, бытовые автоматы.
	Интеллектуальные терминалы, управление технологическими процессами, контроллеры, испытательное оборудование, управление транспортом; служебная, коммерческая, торговая аппаратура; бытовые автоматы.
4-16	Системы связи, системы сбора данных, ЦАП и АЦП, контрольно-распределительные системы, системы навигации, ЭВМ широкого назначения.
20-32	Системы связи, преобразователи Фурье, цифровые фильтры, ЭВМ широкого назначения.

В настоящее время МП изготавливаются по одной из принятых технологий: р-МОП, n-МОП, КМОП, КМОП/КНС, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И²Л, И³Л. МП на основе разных технологий отличаются быстродействием, мощностью и даже функциональными возможностями. Например, МП, выполненный по технологии И²Л, имеет регулируемое быстродействие с глубиной регулировки в 1000 раз с помощью изменения тока инжекции. Связь технологии изготовления МП с такими его характеристиками, как уровни напряжений питания и совместимость с ТТЛ-элементами, широко распространенными при построении ЭВС, представлена в таблице 3.

Таблица 3

Характерис-	Технология изготовления МП
тики МП	р-МОП	n-МОП	КМОП КНС	И²Л	ТТЛШ	ЭСЛ	КМОП
Уровень напряжения питания, В	+5 -12	+5 -5 +12 или +5	3...15	1...5	+5	-2 -4... -5, 2	3...15
Совместимость с ТТЛ	нет	да	да нет	да нет	да	нет	да нет

По табл 4 и табл.5 можно осуществить выделение важнейших характеристик МП на основе известных требований к характеристикам МПС и области ее применения, где ** - определяющая связь, * - связь существует, - - отсутствие связи. Следует помнить, что наличие связи может как улучшать, так и ухудшать характеристики МПС. Например, рост быстродействия МП (см. табл.4) повышает вычислительную мощность МПС, ухудшая одновременно надежность ее функционирования.

Таблица 4

Характеристика МП	Характеристика МПС
Архитек-тура	Выч. мощность	Гибкость	Сложность проектиро-вания	Эксплуата-ционная устойчи-вость
Разрядность	*	**	*	-	*
Быстродействие	*	**	-	-	**
Выч. мощность команд	*	**	*	*	-
Микропрограммирова-ние	**	*	**	**	-
Число внутренних регистров	**	**	*	-	-
Наличие стековой памяти	**	*	-	-	-
Наличие прерывания ПДП	*	*	**	*	-
Раздельность шин адреса, данных, управления	*	**	*	*	*
Флаги	*	*	**	-	-
Вид электропитания, тип конструктива	-	-	-	*	**
Стоимость	-	**	-	**	**
Наличие в МПК БИС сопряжения и памяти	*	-	-	**	-

Таблица 5

Характеристика МП	Характеристика МПС
	Встроенная МПС	Управление в реальном времени	Научно- технические расчеты	Управление передачей сообщений
Быстродействие	-	*	*	-
Наличие команд обработки данных	-	-	*	*
Наличие команд обработки битов	*	*	-	*
Развитая адресация	-	-	*	*
Наличие сопроцессора	-	*	*	-
Многоуровневые прерываний	*	*	-	-
Развитый ввод- вывод	*	*	-	-
Наличие таймера	*	*	-	-
Система асинхронного управления	*	*	-	-
Наличие ПДП	-	-	-	*
Защита питания	-	*	-	-
Высокая надежность	*	*	-	-
Автоматический перезапуск при сбое	*	*	-	-
Наличие кросс-обеспечения	*	-	*	-
Средства взаимодействия с пользователем	-	-	*	-

Для построения исходного варианта структуры МПС используются рекомендации, изложенные в разделе " Архитектура МПС" данного учебного пособия. Для распределенной в пространстве МПС вырабатываются требования к линиям связи по пропускной способности, протяженности, помехозащищенности, условиям эксплуатации и т.д. Один из основных критериев данного шага - все, что можно, выполнять программно, а не аппаратными средствами. Целесообразно опираться на многочисленные примеры (по аналогии), приводимые в различных источниках, посвященных построению микропроцессорных систем управления.

Рис.72

Значительное число характеристик МП, МПС и требований к ним с необходимостью предполагает использование для выбора " МП кандидатов" метода взвешенных оценок с предварительной сверткой критериев (аддитивной, мультипликативной, минимаксной и др.).

На заключительном шаге данного этапа осуществляют окончательный выбор МП из группы кандидатов с соответствующей доработкой модульной структуры МПС. В качестве главного критерия выбора используют такую характеристику МП, как быстродействие. Рекомендуемый алгоритм выбора МП показан на рис.72.

При балансировании между быстродействием и стоимостью следует принимать во внимание эмпирический закон Гроша, устанавливающий связь между затратами на приобретение оборудования P и производительностью системы К

К = а * Р². (4)

Время выполнения некоторых операций в МП служит лишь грубой оценкой. Наибольшая точность, безусловно, может быть получена только из анализа использования МП для предполагаемого применения. Самым распространенным методом такой оценки является бенчмарковская программа - программа решения на анализируемом МП такой задачи, которая по составу операций соответствует классу задач предполагаемого применения. Ее обычная длина - 100...200 команд. Если разрабатываемая программа небольшая, то она сама может выступать в качестве теста. В состав тестовой программы обязательно должны входить операции по вводу-выводу информации. Она не только определяет время решения задачи на конкретном МП, но и вскрывает достоинства и недостатки его системы команд для заданной области применения. Время выполнения бенчмарковской программы оценивается для трех случаев: простейшего, среднего и наихудшего. Поскольку в ней, вероятно, будут использованы не все виды обработки, характерные для реального применения, целесообразно полученные оценки по времени удвоить.

Таким образом, применяя алгоритм, приведенный на рис.72, этап выбора МП заканчивают, по сути, выработкой программно-схемных соглашений (какие функции в МПС выполнять аппаратными средствами, а какие возлагать на программное обеспечение).

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒