![]() |
|
ВведениеПри проектировании микропроцессорной системы (МПС) необходимо четко представлять все задачи, которые данная система должна решать. Исходные данные для проектирования должны содержать требования к основным технико-экономическим показателям: производительности, энергопотреблению, стоимости, надежности, конструктивным и другим параметрам. Разработка архитектуры системы подразумевает определение оптимального состава аппаратных и программных средств для решения поставленных задач. При этом разработчик решает какие функции системы будут реализованы аппаратными средствами, а какие - программным обеспечением. В процессе разработки МПС удобно переходить от одного уровня ее представления к другому, более детальному. Каждая абстракция несет в себе только информацию, которая соответствует данному уровню, и не содержит каких-либо сведений относительно более низких уровней. Микропроцессорная система может быть описана, например, на одном из следующих уровней абстрактного представления: На уровне "черного ящика" МПС описывается внешними спецификациями; перечисляются внешние характеристики. Структурный уровень создается компонентами микропроцессорной системы - микропроцессорами, запоминающими устройствами, устройствами ввода-вывода, внешними запоминающими устройствами, каналами связи. МПС описывается функциями отдельных устройств и их взаимосвязью, информационными потоками. Программный уровень разделяется на два подуровня: команд процессора и языковой. Микропроцессорная система интерпретируется как последовательность операторов или команд, вызывающих то или иное действие над некоторой структурой данных. Кроме того, предварительно для управляющих систем должны быть определены реализуемые алгоритмы управления, для универсальных систем - классы выполняемых задач. Логический уровень присущ исключительно дискретным системам. На этом уровне выделяются два подуровня: переключательных схем и регистровых пересылок. Подуровень переключательных схем, образуется вентилями и построенными на их основе операторами обработки данных. Подуровень регистровых пересылок характеризуется более высокой степенью абстрагирования и представляет собой описание регистров и передачу данных между ними. Он включает в себя две части: информационную и управляющую. Информационная часть образуется регистрами, операторами и путями передачи данных. Управляющая часть обеспечивает зависящие от времени сигналы, инициирующие пересылку данных между регистрами. Сxемный уровень образуется резисторами и конденсаторами. Показателями поведения системы на этом уровне служат напряжение и ток, представляемые в функции времени или частоты. Основные этапы проектирования микропроцессорных систем, их характеристики, возможные ошибки на каждом из этапов и способы их устранения рассмотрены в учебнике "Микропроцессоры". Одним из важнейших вопросов при проектировании микропроцессорной системы является выбор микроконтроллера (МК). Разнообразие МК обеспечивает модульный принцип построения. Суть данного принципа состоит в том, что все микроконтроллеры одного семейства содержат в себе базовый функциональный блок, одинаковый для всех МК семейства и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей в пределах одного семейства. Базовый функциональный блок включает: центральный процессор (ЦП), внутренние шины адреса, данных и управления, схему формирования многофазной импульсной последовательности для тактирования ЦП и других модулей, устройство управления режимами работы МК. Изменяемый функциональный блок содержит модули различных типов памяти, модули периферийных устройств и модули генераторов синхронизации и некоторых других специальных режимов работы МК. В последнее время на российском рынке цифровых интегральных схем можно найти практически любые микроконтроллеры. Мы остановимся на шестнадцатиразрядных микроконтроллерах семейства MCS-96 фирмы Intel. МК этого семейства предназначены для использования в управляющих и контрольноизмерительных системах и приборах различного назначения в качестве встраиваемых микропроцессорных устройств. Основными достоинствами МК семейства MCS-96, отличающими их от микроконтроллеров других семейств, являются: - расширенная разрядная сетка, позволяющая выполнять операции с данными, представленными в форматах "байт" и "слово", а некоторые операции - в формате "двойное слово"; - улучшенная система операций, содержащая операции умножения и деления для чисел со знаком и без знака при разных форматах представления данных, операции сдвига на заданное число разрядов, операции групповой пересылки и др.; - совершенная система команд, имеющая в своем составе двухадресные и трехадресные команды арифметических и логических операций с различными способами адресации, что позволяет создавать компактные и быстродействующие программы; - многообразие расположенных на кристалле периферийных устройств, выполняющих функции ввода и вывода данных, событий и аналоговых сигналов, обслуживания запросов прерывания без прерывания текущей программы, контроля правильности функционирования МК, что позволяет разрабатывать малогабаритные и надежные устройства с минимальным числом дополнительных микросхем; - наличие большого числа программных и программно-аппаратных средств поддержки разработки аппаратуры на базе МК семейства MCS-96 и в том числе программно-аппаратного комплекса Project BUILDER, предназначенного для первоначального освоения МК этого семейства [6]. Таким образом, микроконтроллеры семейства MCS-96 - это достаточно сложные многофункциональные устройства, изучение которых поможет быстрее освоить МК других фирм. Ведь при проектировании конкретной микропроцессорной системы нужно выбирать оптимально подходящий МК, критерии выбора которого приведены ниже. |