Основы бортовых вычислительных машин
 Скачать 3.2 Mb.
|
|
Состояния процессора. DSP всегда находится в одном из пяти состояний: нормальное, обработка исключения, сброс, ожидание и ос- танов Нормальное состояние процессора связано с выполнением инст- рукций. Инструкции (команды) выполняются с использованием трех- уровневого конвейера. 318 Состояние обработки исключения связано с прерываниями, кото- рые генерируются как внутренними устройствами DSP, так и поступа- ют от внешних источников. Состояние сброса возникает при появлении сигнала активного уровня на контакте RESET. В этом состоянии происходит сброс внут- ренних периферийных устройств, регистры модификации устанавлива- ются в $FFFF, регистр уровней приоритета прерываний очищается, ре- гистр BCR устанавливается в $FFFF, что добавляет задержку к состоя- нию ожидания при всех обращениях к внешней памяти, указатель стека очищается, биты режима масштабирования, режима трассировки, флаг цикла и биты условий в SR сбрасываются, биты маски прерываний в SR устанавливаются в «1»; бит разрешения ПЗУ данных, бит задержки и бит стробирования памяти сбрасываются. DSP не выходит из состояния сброса, пока на контакте RESET сохраняется сигнал активного уровня. После выхода из состояния сброса биты операционного режима в OMR загружаются извне по линиям MODA, MODB и выполнение программы начинается с адреса $Е000 в памяти программ в нормальном расширен- ном режиме или с адреса $0000 в остальных операционных режимах. Состояние ожидания - это состояние пониженного энергопотреб- ления, в которое процессор переходит при выполнении инструкции WAIT. В состоянии ожидания запрещена внутренняя синхронизация всех устройств на кристалле, за исключением внутренней периферии (генератор опорной частоты работает). Все внутренние процессы оста- новлены до тех пор, пока не поступит немаскируемое прерывание или не будет произведен сброс. Состояние останова - это состояние самого низкого энергопотреб- ления, в которое процессор переходит при выполнении инструкции STOP. В этом состоянии генератор опорной частоты отключен. При пе- реходе в состояние останова кристалл сбрасывает все прерывания от периферийных устройств и внешние прерывания. Уровни приоритетов прерываний остаются такими же, как перед выполнением инструкции STOP. Процессор остановлен до тех пор, пока не появится сигнал низ- кого логического уровня на контакте ¬ IRQA или на контакте ¬ RESET. Эти события включают генератор, и после стабилизации частоты вклю- чается синхронизация всех устройств на кристалле. Период стабилиза- ции частоты определяется битом SD в OMR. 319 8.4.2 Порты ввода/вывода Порт А. Порт А может использоваться для расширения памяти или обычного ввода/вывода. Шина данных порта А имеет разрядность 24 бита, шина адреса разрядностью 16 бит обеспечивает доступ к памя- ти за один машинный цикл (рисунок 8.18). Рисунок 8.18 - Структура порта А Во время выполнения инструкции могут быть доступны следую- щие блоки памяти DSP: Х-память данных, Y-память данных, память программ или несколько блоков сразу. Каждый из этих блоков памяти может быть внутренним или внешним. Шины данных и адреса порта А 320 обеспечивают доступ к внешней памяти. На рисунке 8.18 показаны сигналы порта А. Все сигналы разделе- ны на три функциональные группы: адресные, данных и управления. Сигналы шины управления также подразделяются на три группы: управление чтением и записью, выбор адресного пространства, управ- ление доступом к шине. Сигналы управления чтением и записью могут быть декодированы как сигналы чтения и сигналы записи или сигнал записи может использоваться в качестве сигнала чтения/записи, сигнал чтения - в качестве выхода разрешения доступа к памяти. Сигналы вы- бора памяти программ, памяти данных и типа памяти данных могут рассматриваться как дополнительные адресные линии, позволяющие расширять пространство адресуемой памяти от 64К до 192К слов. Порт В. Порт В может использоваться как 15 линий ввода/вывода общего назначения, каждая из которых конфигурируется индивидуаль- но как вход или выход или как 8-битный двунаправленный host- интерфейс. Линии порта В представлены на рисунке 8.19. Сконфигури- рованный как порт ввода/вывода общего назначения, порт В может ис- пользоваться для управления внешними устройствами. В качестве host- интерфейса порт В обеспечивает соединение с другим процессором. Рисунок 8.19 - Структура порта В 321 Порт С. Порт С имеет девять линий и три функциональных на- значения (рисунок 8.20). Три из девяти линий могут использоваться для стандартного ввода/вывода или для последовательного коммуникаци- онного интерфейса SCI, другие шесть линий могут использоваться для стандартного ввода/вывода или для синхронного последовательного интерфейса SSI. Рисунок 8.20 - Назначение линий порта С Таким образом, порт С может использоваться для управления уст- ройствами, если он сконфигурирован как порт стандартного вво- да/вывода, и для соединения с другими DSP, процессорами, АЦП и ЦАП, если он сконфигурирован как последовательный интерфейс. При использовании в качестве линий стандартного ввода/вывода порт С может быть представлен в виде трех регистров, которые управ- ляют девятью контактами ввода/вывода. Это регистр управления порта С (РСС, адрес X.$FFE1), регистр направления данных порта С (PCDDR, адрес X.$FFE3) и регистр данных порта С (PCD, адрес X.FFE5). Регистры PCDDR и PCD имеют разрядность 24 бита, из которых используются только младшие девять битов. Соответственно, установка в «1» бита в регистре PCDDR означает, что данная линия порта С ис- пользуется для вывода, в противном случае - для ввода. Выбор между стандартным вводом/выводом и последовательными интерфейсами осуществляется с помощью регистра РСС, в котором ус- тановка соответствующего бита в «1» означает использование последо- вательного интерфейса, а сброс в «0» - стандартный ввод/вывод. Последовательный коммуникационный интерфейс SCI обеспечи- вает полнодуплексную последовательную связь с другими DSP, микро- процессорами или периферийными устройствами типа модемов. Сигна- лы интерфейса могут иметь ТТЛ-уровень или стандарт RS232C, RS422 и т. д. Этот интерфейс использует три линии: передачи данных (TXD), приема данных (RXD) и синхронизации (SCLK). Прием данных (RXD - бит 0). Этот вход принимает байт последо- вательных данных и передает их в регистр сдвига. Асинхронный ввод данных осуществляется по положительному фронту сигнала синхрони- зации 1 х SCLK, если SCKP = 0. 322 Передача данных (TXD- бит 1). На этот выход передаются после- довательные данные из регистра сдвига. Данные меняются по отрица- тельному фронту сигнала синхронизации SCLK, если SCKP = 0. Синхронизация (SCLK— бит 2). Двунаправленная линия обеспе- чивает синхронизацию при приеме или передаче данных в асинхронном режиме, а также при передаче данных в синхронном режиме. Программная модель SCI. Программная модель SCI приведена на ри- сунке 8.21. Программная модель может быть представлена в виде реги- стров трех типов: 1) управления (SCR); 2) статуса (SSR); 3) управления синхронизацией (SCCR). Рисунок 8.21 - Программная модель SCI Регистр управления (SCR). 16-битный регистр чтения/записи, управляющий операциями последовательного интерфейса. Младшие пятнадцать из 16 битов имеют функциональное назначение (рисунок 8.21). Выбор слова осуществляется битами WDSO, WDS1, WDS2. Эти биты выбирают формат данных для передачи и приема в соответствии с таблицей 8.5. Таблица 8.5 - Выбор формата данных WDS2 WDS1 WDS0 Формат слова 0 0 0 8-битные синхронные данные (режим сдвигового регистра) 0 0 1 Резерв 0 1 0 10-битные асинхронные данные (старт-бит, 8 бит данных, стоп-бит) 0 1 1 Резерв 1 0 0 11-битные асинхронные данные (старт-бит, 8 бит данных, бит четности, стоп-бит) 1 0 1 11-битные асинхронные данные (старт-бит, 8 бит данных, бит нечетности, стоп-бит) 1 1 0 11-битные мультиточечные данные (старт-бит, 8 бит данных, бит типа данных, стоп-бит) 1 1 1 Резерв 323 Асинхронные режимы совместимы с большинством последова- тельных устройств типа DUART. Эти режимы поддерживают стандарт RS-232. Мультиточечный режим совместим с МС68681 DUART, ин- терфейсом SCI M68HC11 и последовательным интерфейсом Intel 8051. Синхронный режим, по существу, представляет собой сдвиговый ре- гистр для расширения ввода/вывода. Синхронизация данных выполня- ется с использованием синхронизации приема и передачи, которая со- вместима с режимом 0 последовательного интерфейса Intel 8051. При аппаратном сбросе биты очищаются. Направление сдвига определяется битом SSFTD. Регистр сдвига данных может быть запрограммирован на сдвиг битов, начиная с млад- ших (SSFTD = 0) или - со старших битов (SSFTD = 1). Местоположение битов четности и типа данных не изменяется - они находятся рядом со стоп-битом. Программный и аппаратный сбросы очищают этот бит. Посылка маркера паузы (SBK- бит 4). Маркер паузы представляет собой нулевой фрейм данных. Если бит установлен и затем очищен, пе- редатчик завершает передачу данных, посылает нулевой фрейм и воз- вращается к холостому режиму или посылке данных. Программный и аппаратный сбросы очищают этот бит. Выбор режима пробуждения (WAKE- бит 5). Если бит равен ну- лю, выбирается режим пробуждения по холостой линии (свободной от выполнения каких-либо действий). В данном режиме приемнику по- вторно разрешен прием данных. Программное обеспечение передатчи- ка должно обеспечить формирование пустой (холостой) строки между последовательными сообщениями. Холостая строка не должна устанав- ливаться между корректными сообщениями, поскольку каждый фрейм содержит старт-бит, равный нулю. Если WAKE = 1, выбирается режим пробуждения по биту адреса. В этом режиме приемнику разрешено принимать данные, если послед- ний бит принимаемых данных (8 или 9) равен единице. Последовательный аудиоинтерфейс (SAI). DSP осуществляет объединение источников и приемников данных через последователь- ный аудиоинтерфейс (Serial Audio Interface -SAI). SAI является син- хронным и специально предназначен для передачи аудиоданных. Он обеспечивает взаимодействие полнодуплексного последовательного порта с различными аудиоустройствами, в том числе такими как АЦП, ЦАП, устройствами компакт-дисков и т. д. SAI реализует широкий диапазон форматов последовательных данных, используемых в на- стоящее время в аудио-промышленности: 324 • формат I 2 S (Philips); • формат CDP (Sony); • формат МЕС (Matsushita); • промышленные А/Ц- и Ц/А-стандарты. SAI состоит из независимых секций приемника, передатчика и разделяемого (совместно используемого) генератора скорости передачи данных. Каждая из секций приемника и передатчика может работать в режиме ведомого или ведущего. В режиме ведущего в соответствии с программой работы генератора скорости передачи данных производит- ся внутреннее управление последовательным тактовым сигналом и вы- бором линий данных. В режиме ведомого от внешнего источника пере- даются три вида сигналов. Передатчик состоит из трех регистров пере- даваемых данных, трех полностью синхронизируемых регистров сдвига на выходе и трех линий выхода последовательных данных, управляе- мых одним контроллером передатчика. Это обеспечивает возможность осуществления одновременной передачи для одного, двух или трех сте- рео-, аудиоустройств. Приемник состоит из двух регистров принимае- мых данных, двух полностью синхронизируемых регистров сдвига на входе и двух линий входа последовательных данных, управляемых од- ним контроллером приемника. Это обеспечивает одновременный прием из одного или двух аудиоустройств. 8.5 Специализированная цифровая вычислительная машина «Багет-55» Специализированная цифровая вычислительная машина (СЦВМ) «Багет-55» представляет собой комбинированное устройство, вклю- чающее высокопроизводительный программируемый процессор сигна- лов (ППС) с возможностью доукомплектования специализированным вычислительным устройством (СВУ) /17/. СЦВМ предназначена для использования в качестве вычислителя для многоканальной цифровой обработки сигналов в реальном мас- штабе времени в составе авиационных бортовых систем различного на- значения, а также для использования в составе систем управления раз- личного класса. СЦВМ предназначена для эксплуатации в следующих климатиче- ских условиях при охлаждении её воздухом с температурой от минус 10 о до плюс 23 о С, очищенным от капельной влаги, масла и механиче- ских частиц и расходе воздуха не менее 100 кг/ч: 325 1) пониженная рабочая температура - от минус 55 о С; 2) повышенная рабочая температура - до плюс 60 о С; 3) относительная влажность воздуха окружающей среды - не бо- лее 98% при температуре не более плюс 35 о С; 4) пониженное атмосферное давление - до 5,47 КПа (41мм. рт. ст.). Работоспособность изделия сохраняется после воздействия пре- дельных температур: минус 60 о , плюс 85 о С, а также в условиях воздей- ствия соляного (морского) тумана, атмосферных конденсированных осадков - росы и внутреннего оледенения, статической пыли, плесне- вых грибов и акустического шума. Основные технические параметры и технические характеристики СЦВМ Багет-55-04 /30/: тип основного микропроцессора ……1В577 (аналог DSP96002); тип дополнительного микропроцессора…………………. 1В578; разрядность обрабатываемых данных: - фиксированная запятая, бит …………………………. 32; - плавающая запятая, бит ……………………………… 32/64; тактовая частота, МГц …………………………………….. до 40; внешняя тактовая частота, МГц ………………………….. до 10; внешние интерфейсы ввода/вывода: - последовательный интерфейс типа RS232 2 шт.; - интерфейс дискретных сигналов: 1 шт.; - количество входных линий: 4; - количество выходных линий: 4; - тип логики сигнала: ТТЛ; - специализированный 32-разрядный параллельный интерфейс приема информации с выхода АЦП: 1 шт.; код приема данных по специализированному параллельному интерфейсу ………………………… дополнительный; максимальный темп приема данных по специализированному параллельному интерфейсу, Мслов/с………………………………. 20; количество модулей, устанавливаемых в корпус СЦВМ…… 10; тип входной сети питания………………… 200/220 В, 50-400 Гц потребляемая мощность, не более, Вт ……………………….. 60; габаритные размеры, не более, мм : - ширина …………………………………………………… 257; - высота ………………………………………………….. 197,5; - длина (без ловителей) …………………………………… 376; 326 - длина (с ловителями) ……………………………………. 405; вес, не более, кг …………………………………………….. ..15,2 . СЦВМ Багет-55-04 включает в себя следующие составные части: - программируемый процессор сигналов (DSP); - корпус с установленными в нем модулем электропитания и кросс-платой; - внутренние соединительные кабели. В состав ППС изделия должны входить следующие функциональ- ные модули: - модуль обработки сигналов; - модуль процессора данных; - модуль приема и буферизации. Модули, кабели, источник питания, объединительная панель (кросс-плата) размещены в герметизированном корпусе. Для потреби- теля доступны разъемы на передней панели корпуса, на которые выве- дены все интерфейсные сигналы и сигналы управления СЦВМ. С целью расширения функциональных возможностей СЦВМ и ее исполнение могут быть доукомплектованы специализированным вы- числительным устройством (СВУ), имеющим общий канал обмена данными с ППС и состоящим из функциональных модулей централь- ного процессора (ЦП). СВУ СЦВМ имеет следующие технические характеристики: - центральный процессор типа 1В578; - системная шина VME; - разрядность системной шины - 32 разряда; - разрядность обрабатываемых данных: целые числа - 8,16,32 разряда; числа с плавающей запятой - 32 разряда; - тактовая частота не менее 50 МГц; - емкость ОЗУ не менее 16 Мбайт; - электрически стираемая программируемая постоянная память EEPROM (flash type) емкостью не менее 32 Мбайт; - количество таймеров не менее трех. При необходимости использования дополнительных интерфейсов взаимодействия СЦВМ с внешними устройствами объекта может быть произведено доукомплектование платами мезонинными в части ППС и СВУ. Все электронные устройства СЦВМ размещаются в корпусе, за- щищающем их в процессе эксплуатации от механических повреждений 327 других внешних воздействующих факторов. В нижней части корпуса установлена панель объединительная, при помощи которой организовано объединение внутренних магистра- лей модулей, входящих в состав СЦВМ, и преобразование входных сигналов СЦВМ, поступающих в виде парафазных сигналов, в сигналы вида ТТЛ. В передней части объединительной платы установлены разъемы, через которые внешние интерфейсы СЦВМ с помощью внутренних ка- белей выводятся на переднюю панель корпуса. На внутренней стороне задней стенки корпуса установлен источник электропитания, форми- рующий вторичные напряжения + 5В,+12В, и сигналы управления пи- танием. Связь источника электропитания с объединительной платой осуществляется через два 15-контактных разъема. Доступ к объединительной плате осуществляется через съемную нижнюю крышку, доступ к модулям - через съемную верхнюю крышку корпуса. С внешней стороны задней стенки корпуса имеются резьбовые отверстия для присоединения воздуховодов внешней системы вентиля- ции или для установки блока вентиляторов. Структурная схема СЦВМ приведена на рисунке 8.22. Рисунок 8.22 – Структурная схема СЦВМ 328 СЦВМ может функционировать в двух режимах - штатном и тех- нологическом. В штатном режиме работы обеспечивается: - начальная инициализация СЦВМ по включению питания; - определение режима начального тестирования по команде пользователя; - начальное тестирование СЦВМ в соответствии с выбранным режимом; - выдача результатов тестирования в память; - передача управления программе пользователя, размещаемой в репрограммируемом постоянном запоминающем устройстве (РПЗУ). В технологическом режиме работы обеспечивается: - начальная инициализация СЦВМ по включению питания; - определение режима начального тестирования по команде пользователя; - начальное тестирование СЦВМ в соответствии с выбранным режимом; - выдача результатов тестирования в память; - дистанционная загрузка программ пользователя с инструмен- тальной ПЭВМ; - запуск на исполнение программы пользователя; - запись отлаженного рабочего программного обеспечения в РПЗУ. |