- •Курс лекций 2011 техника микропроцессорных систем
- •/Разработчик курса: к.Т.Н., доцент манохин владимир алексеевич/ концепция лекционного материала
- •У правление срв микропроцессор мпс
- •Сферы деятельности инженера
- •Принципы работы с текстом
- •Глава 1. Системы реального времени
- •Управление
- •1.2 Системы реального времени
- •1.3 Типовая структурная схема срв
- •1.4 Принципы построения программного уу срв
- •1.5 Инструментальные типовые структуры срв
- •Глава 2 микропроцессоры
- •2.1 Типовая структура микропроцессора
- •2.2 Микроэвм на базе микропроцессора
- •Ввод / вывод
- •2.3 Микропроцессорные системы
- •2.4 Системы связи как срв
- •2.5 Мультипрограммные, мультипроцессорные и кластерные системы
- •2.6 Суперкомпьютеры
- •2.7 Стратегия разработки мпс
- •2.8 Некоторые типовые компоненты программной
- •2.9 Табличные методы проектирования фпо
1.5 Инструментальные типовые структуры срв
ЦЕЛЬ – дать типовые структуры СРВ как инструменты (модели) для начального этапа разработок или ознакомления с любой СРВ.
В данном разделе показывается, как, объединив схемы из разделов 1.3 и 1.4, получить типовой инструмент (модель) для начального этапа разработок или ознакомления с СРВ.
Типовая структура СРВ. На рис.1.5.1 дана типовая структура СРВ, в которой УУ представлено фон – неймановской структурой. Рис.1.5.1 является компоновкой рисунков 1.3.1 и 1.4.2. Программное обеспечение (ПО) располагается в ЗУ.
Рис.1.5.1 Типовая структурная схема СРВ, в которой УУ представлено
фон – неймановской структурой
В качестве примера использования схемы рассмотрим принцип работы компьютера по отношению к его клавишам. Клавиши являются датчиками (Д), при нажатии которых в память (ЗУ) записывается двоичный код, соответствующий данной клавише. Запись идет по прерыванию, возникающему при нажатии клавиши. Специальная программная система (операционная система), заложенная в компьютере, по типу прерывания определяет тип и назначение клавиши и вызывает соответствующие программы обработки. Например, если была нажата буква или цифра для высветки на мониторе, то потребителем информации (буквы или цифры) является монитор, на котором с помощью специальных программ высвечивается нажатая буква или цифра.
Схема рис.1.5.1 может быть использована как исходный инструмент (модель) для начального этапа разработок СРВ. Например, она показывает важную особенность ввода и вывода информации. При вводе любые виды сигналов от датчиков д.б. преобразованы в двоичный код, применяемый в ЗУ. При выводе информации к потребителям она д.б. преобразована в сигналы, которые «понятны» потребителям.
Несмотря на большое разнообразие СРВ, их базовыми компонентами (своего рода фундаментом) являются:
►процесс(ы) в ОУ, (которые подлежат управлению в реальном времени);
►процесс(ы) в реальном времени (управление процессами в реальном времени) ;
►база данных процессов в реальном времени.
На основе такого «фундамента» строятся остальные программные компоненты СРВ.
Как указывалось в разделе 1.4, практически все компьютеры сейчас фон – неймановского типа. Таким образом, принципиальное единообразие построения УУ (фон – неймановская структура) показывает, что акцент на начальной стадии разработки должен быть сделан не на УУ, а на ОУ (процессов в них), многообразие которых безгранично.
Большой класс объектов управления составляют программируемые логические функции, к которым относятся функции, принимающие логические значения: 0 или 1; «да» или «нет» и т.д. Например: установление соединения – логическая функция (абонент поднял / положил трубку; набрал или не набрал цифру; ). проверка устройств – (выданная в устройство команда отработала правильно или не правильно). Эффективным направлением в методологии (совокупность методов (принципов), упрощающих разработку сложных систем) разработки таких объектов является табличный метод проектирования программируемых логических функций (см. лабораторную работу, курсовую или контрольную), который основывается на:
●выделении функций объекта;
●аксиоматизации функций (выделении своего рода «исходных кубиков»), на основе которых разрабатываются функции;
●подборе соответствующего типа таблиц для «связывания» аксиоматических «кубиков»;
●табличном построении выделенных функций;
Затем, с учетом реализации функций в реальном времени, разрабатываются:
■ программа обработки выбранной таблицы;
■ программы реализации «исходных кубиков».
Типовая структурная схема ПО СРВ. При всем разнообразии процессов управления объектами в СРВ его ПО разделяется на:
►функциональное (ФПО);
► операционная система(ОС).
В операционную систему входят средства реализации управления ФПО в реальном времени, которые предназначены для управления ресурсами системы и процессами, использующими эти ресурсы. Наиболее типовыми ресурсами в СРВ являются время и память. В принципиальном плане ОС имеют достаточно типовые проектные решения, ибо принцип управления объектами различной физической природы в реальном времени един («проталкивание» см. разд.1.3).
В функциональном ПО реализуются конкретные алгоритмы взаимодействия с объектами управления. Несмотря на большое принципиальное разнообразие функциональных процессов, на уровне «датчики – потребители» ФПО имеет типовую структуру, представленную на рис.1.5.2. Здесь датчики (Д) выдают сигналы (информацию) от объекта управления, а потребители (П) получают сигналы (информацию), выработанную УУ для управления объектом
Компоненты ФПО на рис.1.5.2 представлены в виде подсистем:
►ввода информации от Д;
►обработки информации;
►выдачи результатов обработки к П.
Подсистема ввода реализует сбор информации от Д. Результаты ее работы используются как входная информация в подсистему обработки информации.
Подсистема обработки информации реализует ее обработку в соответствии с программами преобразования информации от Д в информацию для П. Результаты ее работы используются как входная информация в подсистему выдачи результатов.
Рис.1.5.2 Типовая структура ФПО СРВ
Подсистема выдачи результатов выдает информацию потребителям (П).
Операционная система управляет компонентами ФПО в режиме реального времени. (Исторически операционная компонента называется «операционной системой», хотя по отношению к СРВ она – подсистема).
Схема на рис.1.5.2 может использоваться как исходный инструмент (модель) для начального этапа разработок ФПО. Она не отменяет инженерного мышления, но ориентирует его в определенном направлении.
Схема на рис.1.5.2 может использоваться так же и при ознакомлении с ФПО реальной СРВ. В этом варианте она используется как «типовой каркас» ФПО и задача инженера сводится к нахождению и соотнесению компонент реального ФПО и каркаса (принцип «ЧТО есть ЧТО?»).
Разработка ПО для СРВ является наиболее сложным типом разработок программного обеспечения (например, решения отдельных задач не временно’го характера). Сложность заключается в системной характеристике СРВ. Нужно не только разработать алгоритмы (и программы по ним) обработки информации от Д и выдачи информации к П, но и «уложить» потоки информации от Д и к П, в, как правило, жесткие временны’е рамки. В настоящее время высокие скорости микропроцессорной техники позволяют существенно упростить задачи такого типа.
Применение механизма прерывания в СРВ массового обслуживания для входных сигналов от Д и выдачи сигналов к П зависит от числа датчиков и сложности процесса обработки. При большом числе датчиков и сложной реализации процесса обработки резко усложняется механизм взаимодействия программ в процессе обработки из – за не синхронности появления прерываний. Целесообразность применения прерываний находится в пределах от единиц до 2 – 3 сотен.