Шинная организация микропроцессорных систем- с одной шиной, с дв. Программа для эвм это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке
 Скачать 1.97 Mb.
|
52.Основы проектирования микропроцессорных систем: цикл проектирования МПС, средства разработки и отладки МПС.В основе стратегии проектирования лежит функциональная декомпозиция. Для системы в целом и ее блоков используется концепция «черного ящика». Для «черного ящика» разрабатывается функциональная спецификация, включающая внешнее описание блока (входы и выходы) и внутреннее описание – функцию или алгоритм работы: F = Ф(Х, t), где Х – вектор входных величин, F – вектор выходных величин, t – время. При декомпозиции функция Ф разбивается на более простые функции Ф1-ФK, между которыми должны быть установлены определенные связи, соответствующие принятому алгоритму реализации функции Ф. Переход от функции к структуре – синтез. Декомпозиция функций блоков выполняется до тех пор, пока не получатся типовые функции, каждая из которых может быть реализована элементами выбранного уровня иерархии. Процесс проектирования – многоуровневый, многошаговый и итерационный, с возвратами назад и пересмотром ранее принятых решений. Такая методология проектирования отображает процесс проектирования «сверху-вниз»: от технического задания до электрических схем, файлов прошивки ПЗУ и конфигурации программируемых приборов, а также конструкции устройства в целом. Приведенное выше описание процесса проектирования относится к каждому уровню проектирования. При этом декомпозиция заканчивается при получении типовых функций, соответствующих выбранному уровню иерархии. Так, на верхнем уровне (при многоплатной реализации) декомпозиция заканчивается при представлении проекта в виде отдельных плат, на следующем уровне – в виде отдельной платы, еще ниже декомпозиция осуществляется до реализации функций при помощи той или иной микросхемы. Традиционным является разбиение процесса проектирования на следующие этапы: системное проектирование; структурно-алгоритмическое проектирование; функционально-логическое проектирование; конструкторско-технологическое проектирование. На этапе системного проектирования определяется архитектура будущей системы, состав компонентов и основные характеристики системы при таком её построении. При структурно-алгоритмическом проектировании определяются алгоритмы функционирования аппаратных и программных компонентов системы. На этапе функционально-логического проектирования разрабатываются функциональные и принципиальные электрические схемы, программы, подготавливаются тестовые и контрольные данные. На конструкторском этапе производится привязка элементов проекта к конструктивным элементам. Тесное взаимодействие аппаратных и программных средств в микропрцессорных системах находит свое отражение в концепции сопряженного проектирования аппаратно-программных систем – (Hardware-Software Codesign). Основа методологии сопряженного проектирования – параллельная взаимосвязанная проработка программных и аппаратных средств, что обеспечивает создание наиболее эффективных конфигураций при сокращении времени разработки. Концепция сопроектирования предполагает решение следующих вопросов: анализ задачи и ее разделение на фрагменты, безусловно назначаемые к исполнению программно, безусловно исполняемые в аппаратуре, и фрагменты, которые могут быть назначены как в аппаратную, так и в программную части таким образом, чтобы максимизировать показатель качества системы в целом в зависимости от имеющихся ресурсов. Процедуру такого предварительного распределения весьма сложно формализовать. Рекомендуется назначать в программную часть сравнительно редко выполняемые фрагменты и фрагменты, требующие больших аппаратных ресурсов, например, содержащие операции арифметики с плавающей запятой. К безусловно аппаратным относят обычно операции непосредственного управления периферией; создание библиотеки возможных исполнителей алгоритмов, типичных для предполагаемой области применения. Каждый объект такой библиотеки представляет некоторую задачу и включает несколько вариантов программной реализации, а также несколько вариантов аппаратной реализации. Эти варианты сопровождаются количественными характеристиками возможных реализаций, таких как время исполнения, затраты памяти, используемые ресурсы микросхем; выбор оптимального сочетания исполнителей частей задачи исходя из определенной целевой функции, ограничений и характеристик задачи. Обычно за критерий оптимизации принимается время исполнения задачи. Имеющиеся ресурсы (например, память) выступают как ограничения. Задача поиска оптимума является дискретной оптимизационной задачей; разработка соответствующего интерфейса между процессором и блоками, включаемыми в аппаратную часть системы. Основным достоинствомтакой совмещенной процедуры является сокращение требуемого времени проектирования. Структура алгоритма проектирования Укрупненная структура алгоритма проектирования микропроцессорной системы показана на рис. 108.  Рисунок 108 – Укрупненная структура алгоритма проектирования микропроцессорной системы Первый шаг цикла проектирования системы включает определение набора требований пользователя и построение функциональной спецификации, вытекающей из требований пользователя. Требования пользователя определяют, что пользователь хочет от системы и что она должна делать. Функциональная спецификация определяют функции, которые система должна выполнять для пользователя после завершения проектирования. Они включают описания форматов как на входе, так и на выходе системы, а также внешние условия, управляющие действиями системы. Функциональная спецификация и требования пользователя являются критериями оценки функциональных характеристик системы после завершения проектирования. Требования пользователя определяют, что пользователь хочет от системы, а функциональная спецификация фиксирует, что система должна делать и как она взаимодействует с окружением. Как только функциональная спецификация определена, она используется вместе с требованиями пользователя в качестве основы для проектирования системы. По этой причине важно, чтобы как требования пользователя, так и функциональная спецификация были не только полными и точными, но также четкими и легко усваиваемыми. Вторым шагом является проектирование системы на основе функциональной спецификации. Для микропроцессорной системы требуется проектирование как аппаратных, так и программных средств. На этом шаге, исходя из требуемого функционирования устройства, проектировщик осуществляет разбиение проекта на части, определяет множества входных и выходных сигналов составных частей, их характер и взаимосвязь, а также решает отдельные вопросы реализации составных частей. Основным результатом этого этапа является разбиение алгоритмов работы системы на две составляющие для реализации программным и аппаратным обеспечением выбранного типа микропроцессорного ядра, а также выделение задач, требующих для своего выполнения разработки нетипового оборудования, как цифрового, так и аналогового. Необходимо определить организацию аппаратной и программной частей системы, из каких компонентов должна состоять система и как эти части должны быть взаимосвязаны. Проектирование аппаратной части может быть выполнено с использованием стандартной методологии проектирования аппаратуры. Проектирование программной части лучше всего может быть выполнено с использованием языка программирования, ориентированного на выбранный микропроцессор (микроконтроллер). Программное обеспечение тестируется и одновременно с аппаратурой объединяется в единое целое. Затем выполняется комплексная отладка аппаратных средств и программного обеспечения, после чего оцениваются эксплуатационные характеристики системы – эффективность системы. Две части системы часто разрабатываются параллельно, что на рис. 108 выглядит в виде отдельных ветвей. |