Основы бортовых вычислительных машин
 Скачать 3.2 Mb.
|
|
a b r a n b + + = = = = − ∑ ∑ Использование многоступенчатого кодирования, где на каждой ступени используется свой избыточный код, обеспечивает высокую эффективность кодирования при сравнительно меньших значениях избыточности. Рисунок 6.1 Рисунок 6.2 Вероятностная оценка эффективности схемного контроля. В БЦВМ с большой достоверностью можно считать ошибки в различ- ных разрядах кода х независимыми случайными величинами, имею- щими одинаковую вероятность появления. Тогда для i – кратных ошибок в п – разрядном коде будет справедлив биноминальный закон распределения, а вероятность появления в п – разрядном устройстве ровно i ошибок имеет вид ( ) 1 i n i i n i q q C Р − − = Здесь ∑ − = − − N j j t e q 1 1 λ - вероятность появления хотя бы одной ошибки в отдельном разряде в течение одной операции; λ j – интенсивность от- казов j – го элемента; N – количество элементов в разряде. Если принять вероятность появления ошибки в отдельном раз- ряде контролируемой и контрольной частях одинаковой и равной q, то вероятность появления не менее i ошибок в контролируемом и контрольном устройствах 3 К 2 n 1 a 2 a 3 a 4 a 1 b 4 К 1 К 3 К 2 К 2 b 3 b 4 b 1 L 2 L 3 L 4 L 1 n 1 b 1 К 2 К 2 b 3 b 1 L 2 L 3 L 4 L 1 n 2 n 1 a 2 a 3 a 4 a 248 ( ) ∑ ′ + = − ′ + ′ + − = n n t i n n i i n n q q C Р 1 , 1 где п – количество контрольных разрядов. Для оценки эффективности схемного контроля введен коэффи- циент качества устройства с контролем ( ) ( ) ∑ ′ + = − ′ + ′ + − − = n n t t n n i i n n i q q C P t k 2 , 1 1 где i P - вероятность не обнаружения i – кратной ошибки (если кон- троль обнаруживает i – кратную ошибку, то i Р = 0). При условии n i n n << << ′ , и m ≤ 7 можно показать, что вероят- ность не обнаружения i – кратной ошибки при контроле по модулю m равна ( ) ( ) ( ) 1 / 1 / 1 / 1 i i m m m m Р − − − + = Схемный контроль не всегда обеспечивает необходимую сте- пень проверки правильности функционирования машины. Поэтому наиболее рациональной организацией системы контроля является комбинированный метод контроля и удовлетворяющий всем требова- ниям, предъявляемым к системам контроля БЦВМ. Основной про- блемой использования комбинированного метода контроля является определение оптимального соотношения программного и схемного методов контроля, которое зависит от условий работы и применения БЦВМ. 249 Глава 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ 7.1 Краткая характеристика бортовых вычислительных систем и их классификация Условия ведения современного воздушного боя требуют широ- кого внедрения вычислительных средств в состав бортового радио- электронного комплекса. При этом существует потребность в реше- нии все более и более сложных задач. Для удовлетворения этой по- требности необходимо совершенствовать бортовые средства вычис- лительной техники. Целью такого совершенствования является по- вышение скорости вычислений, увеличение надежности и живучести и улучшение технико-экономических показателей. Прогресс в вычис- лительной технике основан на поиске новых архитектурных и струк- турных решений, на реализации новых принципов обработки инфор- мации и принципов построения вычислительных средств. Длительный период развития ЭВМ (и БВМ в том числе) заклю- чался в совершенствовании структуры, предложенной в конце 40-х годов Дж. фон Нейманом. Концептуальную основу автоматизации вычислений составляла модель человека-вычислителя. Повышение быстродействия и надежности ЭВМ обеспечивалось главным образом благодаря увеличению скорости и надежности работы элементов, из которых она собиралась. В настоящее время возможности модели одиночного вычислителя исчерпаны, а скорость работы элементов близка к теоретически достижимой для используемой технологии их производства. На смену модели одиночного вычислителя пришла модель кол- лектива вычислителей, предложенная академиком Э.В. Евреиновым в начале 60-х годов. Данная модель не накладывает ограничений на скорость вычислений, на значение показателей надежности и живуче- сти. Основным принципом модели коллектива вычислителей явля- ются параллельность выполнения операций, программируемость структуры и конструктивная однородность элементов. Аппаратурно- программные средства, удовлетворяющие данным принципам (пусть даже частично), называют вычислительными системами. Появление бортовых цифровых вычислительных систем (БЦВС) 250 было обусловлено значительным несоответствием характеристик су- ществующих бортовых ЦВМ и требований к ним со стороны ком- плексов бортового оборудования по производительности и точности. Кроме того, успехи современной интегральной технологии, обеспе- чивающие существенное снижение массы, объема и потребляемой мощности отдельных ЦВМ и наличие естественного параллелизма решаемых ими задач, облегчают размещение на борту нескольких взаимосвязанных устройств обработки и хранения информации. Принципы построения БЦВС отражают опыт, накопленный при создании наземных вычислительных систем. Наличие большого числа вычислительных структур привело к появлению различных вариантов их классификации. При выборе схе- мы классификации необходимо обращать внимание на следующие обязательные качества: возможность классификации всех, как существующих, так и предвидимых, вычислительных структур; дифференциацию существенно различных вычислительных структур; однозначность классификации любой вычислительной структу- ры; наглядность, простоту и практическую целесообразность клас- сификационной схемы. Практическое применение в настоящее время нашли следующие классификационные схемы: расширенная схема классификации Флинна; классификационная система Шора; Эрлангенская схема классификации. В таблице 7.1 приведены классификационные признаки перечислен- ных классификационных схем. Существующие бортовые ЦВС наиболее полно описываются классификационной схемой Флинна, поэтому целесообразно рас- смотреть ее подробно. В соответствии с двумя первыми признаками расширенной схе- мы классификации Флинна по типам потоков команд и данных (оди- ночный поток команд (ОК), множественный поток команд (МК), оди- ночный поток данных (ОД), множественный поток данных (МД)) вводятся понятия четырех основных классов вычислительных систем: ОКОД - системы с одиночным потоком команд и одиночным 251 потоком данных; МКОД - системы с множественным потоком команд и одиноч- ным потоком данных; ОКМД - системы с одиночным потоком команд и множествен- ным потоком данных; МКМД - системы с множественными потоками команд и дан- ных. Под потоком команд понимается последовательный ряд команд, выполняемых системой, а под потоком данных - последовательный ряд данных, вызываемых потоком команд, включая промежуточные результаты. Множественность потоков команд или данных определя- ется как максимально возможное число операций (команд) или опе- рандов (данных), находящихся в одинаковой стадии обработки. Таблица 7.1 Классификационная схема Признаки классификации Флинна Тип потока команд; тип потока данных; способ обработки данных; степень связности функ- циональных элементов; тип связи между эле- ментами БЦВС. Шора Способ соединения составных частей вычисли- тельной системы; способ обработки данных. Эрлангенская Число устройств управления; число устройств обработки; длина машинного слова. Упрощенные структурные схемы вычислительных систем при- ведены на рисунках 7.1 (ОКОД), 7.2 (МКОД), 7.3 (ОКМД) и 7.4 (МКМД). На рисунках поток данных для обработки обозначен {X} , а поток данных после обработки (результаты) - {У}. 252 Рисунок 7.1 Рисунок 7.2 Рисунок 7.3 Рисунок 7.4 Основные типы наиболее часто используемых в настоящее вре- мя бортовых цифровых вычислительных систем в соответствии с классификационной схемой Флинна представлены на рисунке 7.5. 253 Рисунок 7.5 - Основные типы БЦВС Матричные ВС основаны на том, что общее устройство управ- ления определяет независимым однородным процессорным элемен- там одинаковые команды для каждого этапа вычислений программы (см. рисунок 7.3). Все процессоры одновременно выполняют одну и ту же операцию - каждый из них над своими данными, которые хра- нятся в локальных запоминающих устройствах процессоров. Данные должны быть однотипными (например, элементами матрицы). Работа конвейерной вычислительной системы основана на вы- полнении двух или более команд одновременно, хотя и на разных стадиях (см. рисунок 7.2). Например, одна из команд может нахо- диться в состоянии завершения, другая - в состоянии ожидания опе- ранда из оперативной памяти. Общее устройство управления обслу- живает несколько различных по назначению и структуре функцио- нальных процессоров (ФП). Каждый ФП выполняет операцию над блоком данных, после чего передает его следующему процессору, а сам от предыдущего процессора принимает на обработку новый блок данных. Многомашинная ЦВС представляет собой комплекс, объеди- няющий несколько вычислительных машин, каждая из которых включает в свой состав центральный процессор, память, каналы вво- да-вывода. Отдельная часть такой ЦВС (одна из ЦВМ) может пред- ставлять собой также вычислительную систему. 254 Многопроцессорная ЦВС - это совокупность вычислительных средств, включающая два или более процессора, которые функциони- руют под управлением единой операционной системы на основе со- вместного использования общей памяти и каналов информационного обмена. Однородные вычислительные среды (ОВС) являются одной из разновидностей многопроцессорных ЦВС и представляют собой двухмерную решетчатую структуру, в узлах которой располагаются функциональные устройства обработки информации (рисунок 7.6). Рисунок 7.6 - Структура двухмерной решетки однородной вы- числительной среды Эти устройства представляют собой логические автоматы, назы- ваемые вычислительными ячейками (ВЯ). Вычислительные ячейки обеспечивают выполнение функционально полного набора элемен- тарных операций. Организация функционирования ОВС строится на основе моделей коллектива вычислителей с использованием принци- пов параллельного выполнения произвольного числа операций. Структура вычислителя настраивается программно на конкретную решаемую задачу. При этом определяется для каждой вычислитель- ной ячейки выполняемая ей функция (функции) и связи с соседними ячейками. Для согласования во времени параллельно протекающих вычис- лительных процессов в структуру ОВС могут быть введены элемен- тарные запоминающие ячейки (ЗЯ), осуществляющие хранение дан- ных определенное количество тактов. Внутренняя организация вы- числительного и запоминающего элементов одинакова и содержит запоминающее (вычислительное) устройство, средства программной настройки выполняемых функций и логическое устройство транзит- ной передачи информации (рисунок 7.7). 255 Рисунок 7.7 - Структурная схема вычислительной (запоминаю- щей) ячейки Бортовые вычислительные система современных истребителей являются многомашинными, причем некоторые вычислительные ма- шины являются многопроцессорными (например, Ц-100 содержит ос- новной процессор и процессор ввода-вывода). Структура и характеристики многомашинных БЦВС определя- ются требованиями каждого конкретного применения и поэтому от- личаются большим разнообразием вариантов. Общие концепции построения многомашинных ЦВС бортового применения могут быть сформулированы следующим образом: многоуровневая иерархическая организация структуры, соответ- ствующая иерархическому характеру решаемых функциональных за- дач; программируемость структуры с обеспечением возможности ор- ганизации на верхних уровнях вычислительных сетей с динамиче- ским перераспределением задач по ресурсам системы; использование иерархических и программно-управляемых средств информационного обмена на основе унифицированных кана- лов; модульность структуры и конструкции как элементов БЦВС, так и системы в целом за счет применения унифицированных конструк- тивно-функциональных модулей; 256 наличие развитых средств функционального контроля и диагно- стики. Многоуровневая иерархическая организация многомашинной БЦВС определяется необходимостью разделения задач по уровням обработки информации, каждый из которых характеризуется различ- ной степенью обобщения информации, используемой для решения задач данного уровня. Например, задачи авиационного радиоэлектронного комплекса могут быть распределены по четырем иерархическим уровням: задачи, решаемые на основе информации только одного датчика; задачи обработки информации ряда (часто функционально близ- ких) датчиков; задачи общекомплексного характера - основные задачи ком- плекса, обобщающие в процессе решения информацию, по крайней мере, от двух различных функциональных подсистем; задачи функционального контроля, индикации и управления комплексом, решаемые на основе обобщения всей поступающей ин- формации. Структурную схему реальной БЦВС рассмотрим на примере БЦВС самолета МиГ-31 (рисунок 7.8). На самом высоком уровне расположена бортовая ЦВМ A-15A. Она служит для решения задач общекомплексного характера на осно- ве информации, поступающей от всех сопрягаемых с комплексом систем. Эта же машина обеспечивает решение задач функционально- го контроля, индикации и управления работой радиоэлектронного комплекса, полетом самолета и средствами поражения. Связь БЦВМ с внешними элементами системы обеспечивается с помощью устройст- ва ввода-вывода (УВВ). УВВ выполняет следующие функции: выработку синхронизирующих сигналов для всех систем авиа- ционного радиоэлектронного комплекса; передачу данных между БЦВМ A-15А и системами авиационно- го комплекса с их преобразованием; формирование требований на реализацию режимов обмена. 257 Рисунок 7.8 - Структурная схема БЦВС самолета МиГ-31 УВВ имеет каналы обмена последовательными и параллельными двоичными кодами, а также входы и выходы аналоговых сигналов в виде напряжения постоянного и переменного токов и импульсов. БЦВМ навигационного комплекса обеспечивает вторичную об- работку информации, поступающей от элементов навигационного комплекса. На самом нижнем - первом уровне расположены встроен- ные вычислители различных подсистем. 7.2 Особенности функционирования БЦВС авиационных радио- электронных комплексов 7.2.1 Программное обеспечение БЦВС АРЭК Под программным обеспечением БЦВС АРЭК следует понимать совокупность программ, обеспечивающих решение общекомплекс- ных задач, возложенных на ЦВМ верхнего уровня. Функциональное назначение программного обеспечения (ПО) вычислительной системы заключается в управлении самолетом, его 258 вооружением и бортовым оборудованием. Для программного обеспе- чения управляющих систем характерны следующие особенности: выполнение вычислений в реальном масштабе времени; большой объем программ и используемой числовой информа- ции, одновременно задействованной в ЦВМ; сильная взаимосвязанность программ по последовательности их включения и по используемым переменным величинам; мультипрограммный характер выполнения программ в режиме разделения времени и наличие обмена информацией с внешними або- нентами во время решения основных функциональных задач; многорежимность функционирования программ с использовани- ем одной и той же программы в различных сочетаниях с другими в соответствии с изменением режимов работы управляющей системы; применение буферных накопителей для хранения входной и вы- ходной информации, поступающей в накопители в случайные момен- ты времени при взаимодействии с несколькими абонентами; большой удельный вес в программах операций логического пре- образования, поиска и упорядочивания информации с преобладанием этих операций над операциями чисто вычислительного характера; использование программно-логических способов защиты от сбо- ев и отказов аппаратуры и от ошибок в поступающей информации. В состав ПО БЦВС входят программы, выполняющие задачи управления БРЛС, самолетом, вооружением, программы навигации, программы встроенного контроля и программы связи с другими са- молетами при работе в группе. Эти программы обеспечивают реше- ние основных функциональных задач и поэтому называется функцио- нальными. Кроме них в состав ПО БЦВС входят также программы, организующие вычислительный процесс, называемые управляющими или диспетчерскими. При разработке управляющих программ должны учитываться следующие особенности работы ЦВС: ЦВС выполняет множество функций и обменивается информа- цией с большим количеством внешних абонентов; данные от абонентов могут поступать в ЦВМ периодически, а также в случайные моменты времени вследствие асинхронности ра- боты разных систем комплекса, поэтому требования на решение от- дельных задач формируются в ЦВС периодически с определенной частотой или возникают асинхронно при поступлении данных от 259 внешних абонентов; в ЦВС необходимо непрерывно учитывать все заявки, на реше- ние отдельных задач и определять в каждой ситуации оптимальную последовательность их реализации; длительность решения задач и темп выдачи информации долж- ны соответствовать режимам работы и текущим состояниям управ- ляемых объектов. С учетом этих требований и особенностей системы прерывания БЦВМ A-15A в БЦВС самолета МиГ-31выбрана следующая органи- зация вычислительного процесса (рисунок 7.9). В системе использо- ваны внешние прерывания первого (ВП-1), второго (ВП-2) и третьего (ВП-3) классов. Внешние прерывания ВП-0 используются для контроля ЦВМ и для обслуживания режима регистрации полетной информации. Зада- чи этого класса являются самыми приоритетными и могут прерывать любые задачи, у которых нет маски (запрета) на ВП-0. Функциональ- ные задачи разделены на две группы: задачи ТАБЛИЦЫ РЕЖИМОВ (TP), жестко связанные с вре- менной диаграммой, периодичные, следующие друг за другом в строгой последовательности; задачи, решаемые по заявкам, как правило, менее связанные с временной диаграммой. Рисунок 7.9 – Диспетчерские программы БЦВС Время решения задач первой группы невелико, меньше длитель- ности такта. Время решения задач, решаемых по заявкам, как прави- ло, более одного такта. 260 Задачи, решаемые по заявкам, могут прерываться задачами ТР. Отсюда возникает необходимость запоминания состояния прерван- ных задач для последующего восстановления и продолжения реше- ния. Задачи по заявкам ставятся на очередь и на исполнение в уста- новленной при помощи приоритетного ряда последовательности про- граммой обработки заявок (ПРОЗ). Задачи ТР включаются по ВП-2, задачи встроенного контроля включаются по ВП-1. Данное разделение введено для большей поме- хозащищенности системы. Для увязки работы подсистем, имеющих, как правило, собствен- ные временные диаграммы, с работой системы в целом используются ВП-3. Они обслуживают группу срочных задач и могут прервать за- дачи по заявкам и задачи ТР. Для каждого из прерываний есть соответствующая программа обработки. Программа ОБРАБОТКА ВП-1 (ОВП-1) организует включение программ встроенного контроля с частотой 96 Гц. Про- грамма ОБРАБОТКА ВП-2 (ОВП-2) организует работу системы в ре- альном масштабе времени и включает программу ТАБЛИЦА РЕЖИМОВ также с частотой 96 Гц. Максимальная частота выполне- ния программ определяется периодом следования импульсов синхро- низации радиолокационного комплекса равным 10,24 мс. Этот вре- менной интервал называется также элементарным тактом работы комплекса. Программа ОБРАБОТКА ВП-3 (ОВП-3) организует вы- полнение отдельных задач в соответствии с требованиями на их включение, а также для контроля и отладки программ совместно с сервисным прибором ПС 8-01. 7.2.2 Выполнение программ, жестко связанных с временной диаграммой Частные (функциональные) программы, жестко связанные с временной диаграммой, запускаются на решение программой Табли- ца режимов. Таблица режимов является частью общего диспетчера. Она обеспечивает последовательное подключение программ в соот- ветствии с заданными временными диаграммами и логикой работы радиоэлектронного комплекса, осуществляет генерацию заявок на частотные и асинхронные задачи, а также организует все многообра- зие режимов работы комплекса. 261 Все частотные программы, входящие в ТР, подразделяются на несколько классов (уровней). Каждый уровень объединяет программы одинакового функционального назначения, но соответствующие раз- ным режимам работы радиолокационного комплекса. Таким образом, любой конкретный режим предполагает включение на каждом уровне только одной программы. Выбор задач на каждом уровне осуществ- ляется в соответствии с режимом работы комплекса и задается фор- мированием ключей каждого уровня. Ключ - это ячейка оперативно- го запоминающего устройства, в которой находятся начальный адрес конкретной программы. Ключи формируются как в самой Таблице режимов, так и в других программах. Первоначально ключи форми- рует программа ПУСК. Такая структура обеспечивает простоту пере- ключения режимов путем смены содержимого ключей. Другое досто- инство такого построения ТР состоит в возможности подключения новых режимов путем наращивания программ в каждом уровне, не изменяя общей структуры программного обеспечения. Для осуществления контроля за правильностью хода программы и восстановления программы в случае сбоя каждый уровень ТР за- ключен в так называемые контрольные ромбы. То есть в начале уров- ня запоминается слово состояния программы (ССП), одним из эле- ментов которого является начальный адрес уровня. В конце уровня проверяется начальный адрес и, если проверяемый адрес не совпадает с записанным в ССП, значит, произошел сбой и необходимо восста- новить правильность хода программы. Операторы записи и проверки ССП на схеме алгоритма изображены ромбами, поэтому они и носят названия контрольных ромбов. Программы уровня Б (рисунок 7.10) предназначены для обра- ботки информации от БРЛС в разных режимах. Конкретный режим для каждого интервала задает программа КОД ИНТЕРВАЛА, она же и назначает соответствующую ветвь уровня Б. Частота включения уровня Б, как и всей программы ТР, составляет 96 Гц. Но каждая кон- кретная ветвь этого уровня подключается со своей определенной час- тотой. Если в такте нет задач данного уровня, в ключ Б записывается адрес холостой ветви, которая передает управление на следующий уровень. Второй уровень ТР называется "Дешифратор счетчика элемен- тарных тактов" и обозначен на схеме (см. рисунок 7.10) как уровень С. 262 В общей ветви этого уровня с частотой 96 Гц работает програм- ма выдачи информации в систему регистрации и на обзорный инди- катор. Уровень Т является определяющим для таблицы режимов, ему программа обязана и своим названием. На этом уровне собраны про- граммы, называемые КОД ИНТЕРВАЛА, каждая из которых опреде- ляет содержание соответствующего интервала, а именно: назначает код интервала, рассчитывает и выдает в обменные ячейки необходи- мую в данном интервале информацию, назначает ветви обработки формированием ключей Б и Д. Каждому режиму работы комплекса соответствует своя определенная последовательность интервалов, ко- торая задается таблицей начальных адресов программ КОД ИНТЕРВАЛА. Эти таблицы называются таблицами режимов. Отсюда и название всей программы. Каждая таблица содержит 25 адресов, задающих последователь- ность программ КОД ИНТЕРВАЛА для полного цикла. Количество таблиц определяется количеством режимов работы комплекса и мо- жет наращиваться, если вводятся новые режимы. С уровня Т осуществляется передача управления на уровень Д. Нa этом уровне собраны программы, функциональное назначение ко- торых - расчет угловых позиций и выдача их в БРЛС. Уровень Д по- следний в таблице режимов, после его выполнения управление пере- дается в программу обработки заявок. 7.2.3 Выполнение программ по асинхронным заявкам Программное обеспечение БЦВС содержит ряд программ, время исполнения которых больше длительности такта с учетом необходи- мости решения в такте более приоритетных задач. Кроме этого, су- ществует также наложение по времени исполнения двух или несколь- ких программ, обусловленное их приоритетностью. Для обеспечения решения этих задач в соответствии с их при- оритетностью и сохранения синхронности работы центральной ЦВМ и внешних устройств выполнение таких программ организовано по заявкам с разрешением прерывания заявок. Управляющая программа, обслуживающая данную группу функциональных программ, является составной, частью диспетчера и называется программой обработки заявок (ПРОЗ). 263 Рисунок 7.10 – Схема алгоритма программы ТР Принцип работы ПРОЗ заключается в следующем. Все задачи, решаемые по заявкам, распределены по приоритету. Каждой частной 264 программе (ЧП) соответствует определенный разряд регистра заявок. Регистр заявок PЗ1*РЗ2 - это двойное слово ОЗУ. Приоритетность заявок уменьшается с увеличением номера разряда. Заявки первого слова приоритетней заявок второго слова. Ситуация, соответствую- щая заявке от частной программы, характеризуется наличием 1 в за- крепленном за ней разряде регистра заявок. Кроме регистра заявок в ОЗУ организован регистр прерванных заявок РПЗ1*РПЗ2, а в долго- временной памяти с возможностью смены информации (ДЗУС) — регистр неисполняемых заявок (PHЗ1*РНЗ2). Оба регистра имеют распределение разрядов, аналогичное PЗ1*РЗ2. Заявки на выполнение ЧП ставятся в программе ТР или при поступлении требования от внешних абонентов по ВП-3. ПРОЗ обеспечивает обслуживание в первую очередь заявки, имеющей наименьший номер из всех уста- новленных в разрядах единиц. Поэтому возможно прерывание одной частной программы другой более приоритетной. В этом случае ПРОЗ подключает более приоритетную программу, запоминая все величи- ны, необходимые для продолжения выполнения прерванной про- граммы. Запоминание происходит в определенном участке ОЗУ, на- зываемом карманом магазина. Всего имеется 5 карманов, в которых может храниться пять прерванных ЧП. По окончании исполнения те- кущей ЧП и отсутствия более приоритетных заявок из карманов вы- бираются по очереди прерванные программы и исполняются. В каждом кармане магазина имеется 11 ячеек со следующим словами: № базы - в ней содержится собственный адрес данной ячейки для контроля настройки на карман магазина; ССП1*ССП2 ТЕК - слово состояния программы на момент преры- вания; ССП1*CCП2 БЛ - ССП начального блока прерывающей програм- мы; PC1*РС2, РИ1*РИ2 - содержимое регистров сумматора и ин- дексных регистров; Счвр1*Счвр2 - счетчик зацикливания - момент времени, до ко- торого задача должна быть решена. Он определяется при выборке но- вой задачи как текущий счетчик времени плюс время, отведенное для решения данной задачи. Время решения задачи складывается из вре- мени на решение собственно данной задачи и времени решения более приоритетных задач, прерывающих ее. 265 Цена младшего разряда счетчика зацикливания равна одному такту (10,24 мс). Для настройки на карман магазина служит ячейка РИМ (индекс- ный регистр магазина), в которой всегда хранится адрес последнего занятого кармана магазина. Для случая, когда прерванных заявок нет, в РИМ посылается РИМ0 - адрес нулевого кармана магазина, состоя- щего из одной ячейки - базы кармана. В целом временная диаграмма выполнения программ имеет вид представленный на рисунке 7.11. Рисунок 7.11 – Временная диаграмма выполнения программ Программы таблицы режимов связаны с внешними прерывания- ми и выполняются с частотой 96 Гц за один цикл. Частные програм- мы, исполнение которых требует большего времени, загружаются на решение программой ПРОЗ. Они могут быть прерваны как друг дру- гом, так и программой ТР. Прерывание самой ПРОЗ невозможно. На рисунке 7.12 показана схема алгоритма ПРОЗ. Вход в ПРОЗ осуществляется из программы ТР. После входа осуществляется маскирование всех прерываний, кроме прерываний по сбою оборудования, и из регистра заявок и регистра прерванных заявок извлекаются значения старших разрядов. По каждому из раз- рядов возможны четыре различные ситуации, определяемые сочета- нием битов a и b При сочетании битов a =1 и b =0 - новая заявка сформирована, а прерванных заявок этого уровня нет, осуществляется выполнение но- вой частной программы. Выполнение начинается с выяснения, нет ли этой заявки в регистре неисполняемых заявок, для чего проверяется РНЗ в ДЗУС. Если заявка есть в РНЗ, то ее необходимо сбросить не выполняя, и перейти на выборку новой заявки, т.е. на начало ПРОЗ. 266 Если же состояние i-го разряда РНЗ равно нулю, то из ПЗУ загружа- ется слово состояния программы, соответствующее заявке, и осуще- ствляется её исполнение. В процессе исполнения возможно прерыва- ние частной программы программами более высокого приоритета или управляющей программой (ТР). В этом случае в регистр прерванных заявок в i -й разряд записывается единица и происходит выход из ПРОЗ в таблицу режимов. При нормальном завершении частной про- граммы ПРОЗ обнуляет Р3 i , обеспечивает увеличение i на единицу и переходит к заявкам следующего (меньшего) приоритета. Рисунок 7.12 - Схема алгоритма программы обработки заявок При сочетании битов a =0 и b =1 - новая заявка не сгенерирова- на, а старая прервана, происходит восстановление слова состояния прерванное программы по содержимому соответствующего кармана магазина и ее выполнение. 267 При сочетании битов a =0 и b =0 - новая заявка не сгенерирова- на, а старая выполнена, ПРОЗ переходит к проверке следующей пары битов РЗ 1 i + и РПЗ 1 i + , соответствующих заявкам более низкого приоритета. После выполнения всех заявок происходит запуск тестов текущей самопроверки. При сочетании битов a =1 и b =1- новая заявка сгенерирована, а старая не выполнена, возникает конфликтная ситуация. В этом слу- чае новая заявка аннулируется и продолжается выполнение старой за- явки - восстановление ССП. Таким образом, частота счета данной за- явки понижается. Если время выполнения программы превысило за- данное время, то заявка сбрасывается, этот сброс фиксируется в счет- чике отказов. Если происходит аппаратный сбой, он также фиксиру- ется в счетчике отказов. В этом случае регистры заявок и прерванных заявок обнуляются, остается только заявка на контроль, а в регистр индекса магазина (РИМ) посылается адрес нулевого кармана магази- на. 7.3 Надежность бортовых вычислительных систем БЦВС как объект исследования при количественном описании надежности представляет собой совокупность информационно- взаимосвязанных аппаратных и программных средств, функциони- рующих под управлением единой операционной системы. Отличие БЦВС от других объектов определяет необходимость учета следую- щих особенностей при рассмотрении вопроса ее надежности: реальный масштаб времени реализации заданного класса алго- ритмов; многокомпонентность, определяемая большим количеством функциональных элементов БЦВС; многорежимность, определяемая необходимостью решения большого числа задач; функционирование в сложном информационно-управляющем поле, характеризующимся большим количеством источников и по- требителей информации; периодичность решения относительно устойчивого класса задач; широкий диапазон внешних воздействующих факторов, наличие различных видов избыточности (временной, структур- ной, информационной, функциональной, алгоритмической); 268 развитая система технического обслуживания и ремонта, суще- ственно влияющая на уровень эксплуатационной надежности БЦВС; широкое разнообразие используемых вычислительных средств с различными уровнями надежности и видами отказов; зависимость общих критериальных показателей надежности БЦВС от состава и структуры аппаратных и программных средств. Создание высоконадежной вычислительной системы в этих ус- ловиях связано с определением вероятности корректной реализации системой заданного класса алгоритмов в реальном масштабе времени. Эта вероятность определяется завершенностью, безошибочностью, точностью и своевременностью решения поставленных задач. При этом следует учитывать не только обеспечение требуемого уровня надежности БЦВС по отношению к устойчивым отказам, но и обес- печение надежности системы по отношению к неустойчивым, само- устраняющимся отказам - сбоям. Если задать величину временного порога ОТ τ , то определения для сбоя и отказа могут быть сформулированы следующим образом. Сбой - событие, вызывающее временное нарушение реализации системой заданного класса алгоритмов, длительность которого не превышает временного порога ОТ τ , а восстановление работоспособ- ного технического состояния не требует реконфигурации структуры БЦВС. Отказ - событие, приводящее к нарушению реализации заданно- го класса алгоритмов, длительность которого превышает временной порог ОТ τ , а для восстановления работоспособного технического со- стояния необходима реконфигурация структуры БЦВС. Результатом отказов в БЦВС являются систематические ошибки, приводящие к необходимости восстановления аппаратуры, а резуль- татом сбоев - случайные ошибки, вызывающие необходимость вос- становления информации, искаженной ошибкой. На начальных этапах использования БЦВМ основное внимание уделялось вопросам обеспечения надежности аппаратных средств. По мере появления вычислительных систем чрезвычайно острой стала проблема повышения надежности программного обеспечения, по- скольку БЦВС, надежная для одного класса решаемых задач и одних условий эксплуатации, может оказаться недостаточно надежной для другого класса задач и других условий эксплуатации. 269 Вероятность устойчивости БЦВС к сбоям C У P определяется как произведение вероятностей безошибочной работы B P и своевремен- ной реализации системой C P заданного класса алгоритмов, при усло- вии соблюдения точностных характеристик алгоритмов (максималь- ных абсолютных и относительных погрешностей результирующих и промежуточных величин, количества достоверных двоичных разря- дов, необходимых для представления промежуточных и результи- рующих величин, распределения операндных величин по количеству достоверных разрядов и т.п.): C У P = B P ⋅ C P . Вероятность устойчивости БЦВС к отказам O У P определяется как произведение вероятности пребывания БЦВС в работоспособном техническом состоянии PC P в начальный момент времени и веро- ятности проведения реконфигурации структуры системы P P при воз- никновении отказа в пределах заданного времени: O У P = PC P ⋅ P P . В теории надежности разработано значительное количество ма- тематических моделей, использующихся для анализа уровня надеж- ности БЦВС. К числу наиболее распространенных законов распреде- ления, необходимых для анализа основных характеристик дискрет- ных и непрерывных случайных величин, характеризующих сбои и от- казы БЦВС, относятся следующие: ступенчатое распределение; экс- поненциальное распределение; распределение Вейбулла; гамма- распределение; нормальное распределение; логарифмически нор- мальное распределение. Выбор закона распределения осуществляется или по статистиче- ским данным, полученным в процессе испытаний, или на основе ана- лиза физических процессов, вызывающих отказы. При построении математических моделей оценки уровня надежности БЦВС целесооб- разно учитывать два обстоятельства: во-первых, выбранная модель не должна противоречить экспериментальным данным; во-вторых, должно быть обеспечено простое формальное описание модели и удобство ее использования при количественной оценке уровня на- дежности БЦВС. В соответствии с выбранным законом распределе- ния осуществляется расчет временных и вероятностных характери- стик по известным формулам. 270 7.4 Повышение живучести системы за счет автоматической ре- конфигурации Бортовые вычислительные системы, работающие в реальном времени в составе АРЭК, должны обеспечивать непрерывное дли- тельное функционирование, не допуская возникновения аварийных ситуаций или отказов РЭО при сбоях или отказах в оборудовании вы- числительной системы. Обычно функции (программы), реализуемые БЦВС, неравнозначны, и временная утрата некоторых второстепен- ных функций при сохранении, основных жизненно важных допусти- ма. Поэтому, для БЦВС основной характеристикой надежности сле- дует считать не среднее время наработки на отказ, используемое для оценки надежности БЦВМ, а вероятность утраты на заданном интер- вале времени любой из основных функций вследствие отказов от- дельных, элементов системы. Эта вероятность может быть принята за меру живучести системы. Повешение живучести системы обеспечивается введением избы- точного оборудования и специальной логической организацией, по- средством которой достигается автоматическая реконфигурация сис- темы для сохранения при возникновении отказов в оборудовании жизненно важных функций с, быть может, утратой второстепенных. Основными принципами построения систем повышенной живу- чести на основе автоматической реконфигурации являются: много- устройственность (в том числе многопроцессорность); общие поля процессоров, оперативной памяти, каналов и периферийных уст- ройств; динамическое распределение функций между однотипными устройствами. Многоустройственность предполагает, что система должна со- держать несколько экземпляров однотипных устройств (процессоров, модулей оперативной памяти (ОП), каналов и др.). При этом должна быть обеспечена избыточность устройств всех типов по отношению к минимальному набору, необходимому для выполнения жизненно важных функций (рисунок 7.13). 271 Рисунок 7.13 - БЦВС с общими полями памяти, процессоров, каналов, периферийных устройств Под общим полем понимается равнодоступность устройств. Что в свою очередь предполагает, что все модули ОП доступны всем про- цессорам и каналам; все каналы идентичны и доступны любому про- цессору системы; все периферийные устройства доступны любому каналу. Динамическое распределение функций означает, что программы не привязаны жестко к процессорам и могут выполняться на любом процессоре комплекса, а операции ввода-вывода не привязаны жестко к каналам и могут производиться любым каналом. В случае динамического распределения функций заранее не из- вестно, какое из однотипных устройств будет выполнять данную 272 функцию. Более того, работа может быть начата на одном, продолже- на на другом и закончена на третьем устройстве. Наличие общих полей и динамического распределения функций между однотипным оборудованием позволяет системе в принципе со- хранять работоспособность, пока имеется хотя бы по одному исправ- ному устройству каждого типа. Для практической реализация вычислительных систем необхо- димо обеспечение следующих логических свойств: многосвязный ин- терфейс, неявную адресацию и динамическое распределение (диспет- чирование) программ. Эти свойства в совокупности обеспечивают ав- томатическое выполнение реконфигурации за минимальное время, сохранение наиболее важных функций, автоматическое восстановле- ние программ, прерванных сбоями и отказами. Многосвязные интерфейсы (рисунок 7.14) позволяют устройст- вам связываться друг с другом по независимым шинам. В отличие от характерных для БЦВМ односвязных интерфейсов, в которых общие шины разделяются устройствами во времени, в многосвязном интер- фейсе исключается выход из строя межмашинного интерфейса при неисправности одной из шин. Это требует дополнительного оборудо- вания. Целесообразно строить интерфейс таким образом, чтобы каж- дое устройство имело одну выходную и несколько независимых входных систем шин. Неявная адресация. Однотипные устройства, обслуживающие операцию ввода-вывода (каналы, блоки управления периферийными устройствами), имеют одинаковые логические номера и поэтому фак- тически командой ввода-вывода не адресуются. Запрос на выполне- ние операции ввода-вывода воспринимается первым по пути прохож- дения запроса исправным и свободным устройством данного типа. Неявная адресация действует не только при операции начальной вы- борки, но и при селекторном и мультиплексном обслуживании пери- ферийного устройства. В разных сеансах мультиплексного обслужи- вания одной и той же операцией ввода-вывода могут использоваться разные каналы и блоки управления. Неявная адресация и многосвяз- ность интерфейсов обеспечивают автоматический выбор свободного и исправного пути от ОП к периферийному устройству. 273 Рисунок 7.14 - Многосвязный интерфейс Динамическое распределение (диспетчирование) программ меж- ду процессорами.В ОП организуются очереди для программ, имею- щих различные уровни приоритета (рисунок 7.15). Очередь с более высоким номером соответствует более высокому приоритету. Про- граммы заносятся в очереди своего приоритета прерываниями или идущими на процессорах программами. Аппаратура выделяет среди процессоров кандидата на прерывание, которым является процессор, обрабатывающий программу наименьшего приоритета. Аппаратура непрерывно сравнивает приоритет программы процессора-кандидата на прерывание с приоритетом непустой очереди с наибольшим номе- ром. Если в очереди появляется программа большего приоритета, процессор-кандидат прерывает свою программу, заносит ее в очередь соответствующего приоритета и начинает выполнять программу из непустой очереди наибольшего приоритета. Обработка прерванной программы будет продолжена, причем не обязательно на том же про- цессоре, когда ее приоритет станет выше приоритета программы- кандидата на прерывание. 274 Рисунок 7.15 - Динамическое распределение программ Описанный механизм позволяет достичь взаимной независимо- сти программ и процессоров и обеспечивает в каждый момент време- ни выполнение наиболее приоритетных программ на наличных ис- правных процессорах. 275 8 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 8.1 Общие принципы технической реализации алгоритмов цифро- вой обработки Цифровая обработка сигналов широко используется в различных системах авиационного радиоэлектронного оборудования (РЭО) воен- ного назначения. Но наибольшее развитие цифровые методы обработки нашли в радиолокационных системах ввиду сложности и важности ре- шаемых ими задач. Радиолокационные системы в виде бортовых РЛС (БРЛС) и РГС входят в состав РЭО практически всех самолетов, вертолетов и ракет. Они представляют собой основное средство для получения информации о наземных, надводных, подводных и воздушных объектах (целях). Для современных летательных аппаратов военного назначения ха- рактерно включение бортовых РЛС в состав обзорно-прицельного или прицельно-навигационного комплексов, применяемых на различных этапах выполнения боевой задачи. Объединение в единый комплекс информационных подсистем и датчиков, функционально связанных через систему цифровой обработ- ки (БЦВМ), существенно расширяет боевые возможности комплекса. Обобщенная структурная схема бортовой радиолокационной сис- темы показана на рисунке 8.1 /11/. В состав типовой радиолокационной системы входят: антенное устройство с элементами управления диа- граммой направленности и антенным переключателем; синхронизатор; задающий генератор и передатчик; аналоговый приемник; аналогово- цифровой преобразователь (АЦП); БЦВМ, включающая процессор об- работки сигналов (ПОС) и процессор обработки данных (ПОД); систе- ма индикации и управления РЛС, как правило, сопряжена с инерциаль- ной системой (ИНС) и системой управления вооружением (СУВ). Антенное устройство обеспечивает формирование основной диа- граммы направленности требуемой формы и ее перемещение в про- странстве по заданному закону, а также диаграммы направленности компенсационного канала. Синхронизатор определяет (задает) времен- ной режим работы РЛС в целом и его отдельных составных частей (пе- редатчика, приемника и др.). Антенный переключатель служит для подключения антенной системы к передатчику во время излучения зон- дирующего сигнала и к приемнику по окончании излучения. 276 Аналоговый приемник осуществляет предварительное усиление на сверхвысокой частоте (СВЧ), преобразование частоты до промежуточ- ной, нормировку сигналов, синхронное детектирование сигналов, фор- мирование и усиление синфазной и квадратурной составляющих. АЦП выполняет преобразование сигналов в цифровую форму. Задающий ге- нератор формирует непрерывные высокочастотные сигналы стабильной частоты малой мощности для последующего их усиления и импульс- ной модуляции в передатчике, а также сигналы линейной частотной и фазовой модуляции. Передатчик обеспечивает формирование мощных радиолокационных зондирующих сигналов с ВЧП, СЧП и НЧП им- пульсов, а также генерирования непрерывных (прерывистых) высоко- частотных сигналов подсвета РГС УР класса «воздух-воздух». Рисунок 8.1 Процессор обработки радиолокационных сигналов (ПОС) обеспе- чивает решение задач первичной обработки сигналов, в частности, уз- кополосной доплеровской фильтрации и сжатия сигналов, пороговой их обработки и амплитудного детектирования, определения первичных от- счетов дальности до цели, скорости сближения с ней и др. Процессор обработки данных (ПОД) осуществляет управление режимами РЛС, формой и положением диаграммы направленности антенной системы, реализует алгоритмы оценивания (фильтрации) координат и параметров движения целей в различных режимах работы, формирует данные для системы индикации и т.д. Принципиальных различий в технической 277 реализации процессоров обработки данных и сигналов нет. Основное отличие заключается в их программном обеспечении. При создании современной радиоэлектронной аппаратуры исполь- зуются три основные подхода к технической реализации устройства цифровой обработки (УЦО): аппаратный, программный и программно- аппаратный. При аппаратном подходе получают УЦО с традиционной «жесткой» логикой, что обеспечивает наибольшее быстродействие уст- ройств, но требует трудоемкой разработки индивидуальной структуры устройства (например, цифровой фильтр на дискретных элементах). При программном подходе УЦО реализуется в виде программы для универсальной цифровой ЭВМ. Программно-аппаратный подход пред- полагает разработку как программных, так и аппаратных средств и ос- нован на применении встраиваемых микро-ЭВМ. Аппаратная часть та- кого УЦО содержит программируемое устройство обработки на основе микропроцессорной интегральной схемы, а также интегральные микро- схемы, обеспечивающие организацию информационного обмена про- цессора и внешних устройств. Программная часть представлена реали- зованными на одном из языков программирования алгоритмами ЦОС. Этот вариант открывает широкие возможности для применения совре- менных больших интегральных схем (БИС) микропроцессорных уст- ройств и позволяет в наибольшей степени согласовать разрабатываемые программно-аппаратные средства с особенностями решаемых задач. Современные микропроцессорные устройства развиваются по трем архитектурным направлениям: универсальные микропроцессоры, микроконтроллеры и цифровые сигнальные процессоры. Микропроцессор (МП) представляет собой функционально закон- ченное цифровое устройство, выполненное в виде одной или несколь- ких БИС и предназначенное для выполнения операций по обработке информации и управлению процессом обработки в соответствии с хра- нимой в памяти программой /12/. Универсальный микропроцессор, пре- жде всего, разрабатывается для выполнения разнообразных задач в со- ставе цифровой ЭВМ или микропроцессорного вычислительного уст- ройства (МПВУ). В узком смысле МП совпадает с центральным про- цессорным элементом (ЦПЭ) вычислительного устройства, выполнен- ным на основе БИС. ЦПЭ обычно используется в качестве основного элемента микропроцессорного вычислительного устройства МПВУ, схема которого представлена на рисунке 8.2. МПВУ минимальной конфигурации содержит ЦПЭ, блоки запо- минающих устройств (ПЗУ и ОЗУ), генератор тактовых импульсов 278 (ГТИ) и блок интерфейса (ИФ), через который осуществляется связь с элементами радиоэлектронного комплекса, являющимися для ЦПЭ внешними устройствами (ВУ). Будем считать, что МПВУ, представ- ляющее собой специализированное вычислительное устройство, ис- пользуется в аппаратуре для выполнения некоторого заданного алго- ритма обработки информации (или совокупности алгоритмов). Поэтому основная программа работы МПВУ записывается в ПЗУ, которое слу- жит также для хранения различных подпрограмм, констант, таблиц и других данных, известных уже на этапе проектирования устройства. ОЗУ используется для хранения данных, поступивших из ВУ или под- готовленных для выдачи в ВУ, а также промежуточных результатов вычислений и некоторой адресной информации. Блок ГТИ, выполняе- мый, как правило, на основе кварцевого генератора, предназначен для выработки серий тактовых импульсов и некоторых вспомогательных сигналов, необходимых для работы ЦПЭ и синхронизации других бло- ков системы. Интерфейс представляет собой совокупность шин для передачи информации, электронных схем, специальных сигналов и алгоритмов, управляющих обменом информации. Блок интерфейса служит для со- пряжения сигналов МПВУ и ВУ по временным и электрическим пара- метрам, а также в необходимых случаях для преобразования данных и управления обменом. К основным узлам ЦПЭ относятся: управляющее устройство (УУ) с регистром команд (РК) и дешифратором команд (ДШК); арифметико- логическое устройство (АЛУ) с аккумулятором (А), который является основным рабочим регистром; блок регистров общего назначения (РОН) со счетчиком команд (СК). Связь между блоками МПВУ осуществляется с помощью ряда шин: чаще всего это шины адреса (ША), шины данных (ШД), шины управления (ШУ). В некоторых случаях для увеличения быстродейст- вия системы могут ввести отдельную шину команд (ШК). Выбор типа МП зависит от общей элементной базы аппаратуры, в которую входит разрабатываемое МПВУ, требуемого быстродействия, допустимого объема оборудования, личного опыта разработчика и т. д. При этом следует иметь в виду, что процесс проектирования МПВУ, как правило, является итеративным. Это означает, что при выполнении каждого шага проектирования возможен возврат назад для корректи- ровки принятых решений, причем может потребоваться смена типа МП или даже внесение изменений в исходный алгоритм работы устройства. 279 Рисунок 8.2 - Обобщенная структурная схема микропроцессор- ного вычислительного устройства При использовании универсального МП структура МПВУ практи- чески не зависит от конкретных задач, решаемых устройством. Алго- ритмы цифровой обработки являются частью программного обеспече- ния МПВУ и представляют собой прямую реализацию рассмотренных в предыдущих главах математических выражений. Недостатком использования универсальных МП для реализации МПВУ является функциональная избыточность оборудования, относи- тельно большие массогабаритные характеристики и наличие большого числа элементов, что, в свою очередь, снижает надежность системы в целом. Частично данные недостатки устраняются при использовании в качестве ЦПЭ микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессо- ров. 8.2 Применение однокристальных микроконтроллеров для циф- ровой обработки сигналов Современный уровень развития микроэлектроники позволил соз- дать БИС, на кристалле которой размещены не только АЛУ, УУ и РОН, как в однокристальных МП, но и ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода и раз- личные интерфейсные устройства вплоть до АЦП. По общей архитек- туре такие БИС больше напоминают законченную ЭВМ. Однако незна- чительная емкость памяти, расположенная на кристалле, упрощенная и 280 ориентированная на выдачу сигналов управления система команд пре- допределяет использование их как управляющих устройств (контролле- ров) для автоматизации различного радиоэлектронного оборудования. Принято называть их однокристальными микроконтроллерами (ОМК) /13, 14/. Применение ОМК позволяет существенно уменьшить число БИС, используемых в МПВУ, повысить надежность, снизить их стои- мость и энергопотребление. Эти качества ОМК позволяют легко их встраивать в различные бортовые радиоэлектронные устройства. При разработке ОМК в качестве основной задачи рассматривается задача управления некоторым объектом в реальном масштабе времени. Отечественная микроэлектронная промышленность выпускает це- лый ряд ОМК, не только отличающихся разрядностью и производи- тельностью, но и ориентированных на конкретные типы технологиче- ского оборудования. В таблице 8.1 приведены основные типы восьми- разрядных ОМК, выпускаемых отечественной промышленностью. Таблица 8.1 Тип МК ПЗУ команд (Кбайт) EEPROM данных ОЗУ данных Тактовая час- тота (МГц) КМ1816ВЕ48 1 - 64 6 КМ1816ВЕ49 2 - 128 11 КМ1816ВЕ51 4 - 128 12 КР1878ВЕ1 2 64 128 8 ОМК серии 1816 изготовлены по n-МОП-технологии и имеют по- хожую архитектуру. Они отличаются быстродействием, объемом ОЗУ, а также наличием или отсутствием на кристалле ПЗУ, ее типом и объе- мом. Наличие на кристалле портов ввода-вывода, тактового генератора, системы прерываний и таймера при высокой тактовой частоте и вось- миразрядном АЛУ обеспечивает универсальность их использования для создания микропроцессорных систем различного назначения. При сравнительной оценке характеристик ОМК обращают внима- ние на наличие следующих устройств и их параметры: • Flash ROM - объем энергонезависимой памяти программ (в кило- байтах); • EEPROM - объем энергонезависимой памяти данных (в байтах); • RAM - объем статической памяти данных (в байтах); • External RAM - возможность подключения к микроконтроллеру дополнительной микросхемы внешней статической памяти данных (в килобайтах); 281 • ISP - возможность программирования микроконтроллера в систе- ме (на целевой плате) при основном напряжении питания; • SPM - функция самопрограммирования Flash ROM памяти микро- контроллера в системе без участия внешнего программатора; • JTAG - встроенный JTAG - интерфейс; • I/O (pins) - максимальное количество доступных линий ввода / вы- вода; • Timer(s) 8/16 bit - количество и разрядность таймеров/счетчиков; • USI - универсальный коммуникационный интерфейс; • AC - аналоговый компаратор; • ADC (channels) - количество каналов аналого-цифрового преобра- зования; • Internal RC - наличие внутренней RC-цепочки для автономной ра- боты микроконтроллера (без внешнего источника опорной частоты); • WDT - сторожевой таймер; • BDC - аппаратный программируемый блок защиты от сбоев при внезапном ( в том числе и кратковременном) пропадании напряжения питания микроконтроллера; • UART - асинхронный последовательный приемопередатчик; • SPI - синхронный трехпроводной последовательный интерфейс; • I 2 C - двухпроводной последовательный интерфейс; • RTC - система реального времени; • PWM (channels) - количество независимых каналов широтно- им- пульсной модуляции; • Command Set - количество различных инструкций в системе ко- манд микроконтроллера; • Vcc - диапазон рабочих напряжений питания (в вольтах); • Clock - диапазон рабочих частот (в мегагерцах); • Packages - типы корпусов, в которые опрессовывается микрокон- троллер, и общее количество выводов. Наиболее производительным из ОМК 1816 является ОМК КМ1816ВЕ51, имеющий на кристалле значительную постоянную па- мять объемом 4 Кб и возможностью расширения до 64 Кб. Его макси- мальная тактовая частота равна 12 МГц, а быстродействие составляет 1 млн. коротких операций в секунду. Существуют три модификации ОМК: ОМК 51 с масочным ПЗУ объемом 4 Кб рассчитан на крупносе- рийное оборудование; ОМК с ультрафиолетовым РПЗУ объемом 4 Кб ориентирован на системы, требующие периодической перенастройки; ОМК без встроенного ПЗУ . 282 ОМК 51 является развитием ОМК 48, но отличается системой ко- манд. Однако на уровне программ на языке Ассемблера оба ОМК про- граммно совместимы «снизу вверх». Наиболее современной отечественной разработкой является мик- роконтроллерное RISC-ядро ТЕСЕЙ, производимое ОАО “АНГСТРЕМ”, на базе которого уже создано несколько микроконтрол- леров, как универсальных, так и специализированного применения. Характерной особенностью ядра ТЕСЕЙ являются: гарвардская RISC-архитектура, позволяющая выполнять любую из 52 команд 16-разрядного формата за два такта частоты процессора; единая система команд для всего семейства с возможностью адре- сации до двух операндов, находящихся в памяти; 4-ступенчатый конвейер выполнения команд; малое время отклика на прерывание и сохранение контекста; широкий диапазон конфигураций внутренних памяти команд, па- мяти данных и периферийных устройств. Микроконтроллеры отличаются наличием энергонезависимой па- мяти данных, возможностью многократного перепрограммирования памяти программ, небольшим количеством внешних выводов и низким энергопотреблением. Микроконтроллер КР1878ВЕ1 является представителем семейства ТЕСЕЙ и обладает следующими характеристиками: производительность до 4 MIPS на тактовой частоте 8 МГц; перепрограммируемая память программ 1К х 16; память данных RAM 128 х 8, EEPROM данных 64 х 8; периферия: сторожевой таймер, 16-бит таймер-счётчик с предде- лителем, 12 линий ввода/вывода и поддержка прерываний; ток потребления меньше 2 мА при напряжении питания 5В и так- товой частоте 5 МГц. Микроконтроллер выпускается в 18-выводном исполнении. Новые зарубежные разработки ОМК по своим функциональным возможностям и быстродействию ушли далеко вперед. Основные фир- мы производители и номенклатура производимых микроконтроллеров представлены в таблице 8.2 |