книги / Микропроцессорные вычислительные устройства в радиотехнике

Основные характеристики .полупроводниковых БИО 037 и ПЗУ представлены в табл, 1 .1.

Рассмотрим особенности построения. БИС ОЗУ» На рио.1,9 изо­ бражена структурная схема БИС, вмещая организацию 1024x1 бит» Разряды адреса A^j-A^ определяют номер отроки, о разряды А5-Ад - номер столбца матрицы запоминающих элементов. Сигналы ЧТ/ЗЦ и

Обращение к данной БИС ОЗУ возможно только при ВК » I* Входные и выходные усилители обеспечивают необходимую нагрузоч­ ную способность. Особенностью рассматриваемой схемы является на­ личие в ней независимых входа и выхода данных, что требует ис­ пользования внешних лохяческих элементов для объединения входных и выходных цепей БИС при работе с общей двунаправленной шиной данных»

.Для получения блока ОЗУ требуемого объеме и разрядности объединяют несколько БИС ОЗУ» ф и объединении БИС ОЗУ "по гори­ зонтали” реализуется нужная разрядность, а при объединении "по вертикали” достигается нужный объем памяти»

В качеотве примера не рис, 1,10 приведена структурная охема ОЗУ емкостью 4096 бит (4К) и разрядностью 8 бы1. ОЗУ построено на вооы а БИС, имеющих организацию 1024x4 (Ш х4),

В зависимости от способа занесения и хранения жнфаршцп постоянные запоминающие устройства деллтоя на типы:

а) ПЗУ, програмшруеше маской изготовителем; б) ПЗУ, лрограмшруеше пользователем однократно ае очет

пережигания плавных вставок или перемычек (ППЗУ); в) ПЗУ, программируете пользователем многократно (репро-

грамш руеш е ПЗУ, т .е , РПЗУ), причем отирание информации может производиться либо электрическими иш ульсам, либо о помощью ультрафиолетовых лучей.

Характеристики нескольких БИС ПЗУ представлены в табл. 1 ,8 . Организация блоков постоянней памяти нужного объема и тре­ буемой разрядности осуществляется аналогично организации блоков

ОЗУ,

возникает проблею объединения нескольких функциональных блоков, таких как микропроцессор, оперативная память, устройства вводавывода, в единую слотом?„

Такое объединение предусматривает согласование информацион­ ное, электрическое, алгоритмическое, конструктивное, функцио­ нальное» Все ото объединяется одним понятием - интерфейс»

Интерфейсом будем называть совокупность шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, реализующих обмен информацией между устройствами системы.

Наиболее важной задачей при построении микропроцессорных систем является проектирование интерфейса и подсистем ввода-вы­ вода.

Средства интерфейса распределяются между устройствами уп­ равления, входящими в состав микропроцессора, интерфейсными ком­ понентами МИК и специализированными контроллерами, реализующими алгоритмы обмена для специфических устройств ввода-вывода (7ВВ)»

Существует несколько способов организации шин: оистема индивидуальных шин; систею коллективной шины; система смешанных шин»

При организации микропроцессорных оястем используется, как правило, коллективная шине, или магистраль.

Единая общая магистраль включает в свой ссотав шину адреса (8*16 разрядов), шину данных (8*26 разрядов) и шину управления (около 10 разрядов)» В некоторых ояотемах находит применение так называемая общая шина, когда линии шины адреса и шинн данных оо*> вмещают» Такое уменьшение числа линий в магистрали приводит к необходимости мультиплексирования передачи адреса и давних, что снижает быстродействие систеш и несколько уолокняет алгоритм обмена.

С целью уменьшения количества линий в магистрали шину дан­ ных делают двунаправленной.

При выборе той или иной структуры и состава шин определяю­ щим являются интерфейсные особенности и средства оамого микро­ процессора.

Анализ процедур обработки информации в радиотехнических си­ стемах показывает, что к организации интерфейса в микропроцес­ сорных системах следует подходить о большой тщательноотыз. Во многих одучаях микропроцессорные вычислительные уотройотва доля-

гш работать ь реальном т/исштабе времени, что предъявляет подоизнные требования к производительности микропроцессорной систе­ ма, которая мо многом определяется правильной организавдей ин­ терфейса 0

Другой особенностью микропроцессорных радиотехнических си­ стем является необходимость сопряжения цифровых блоков обработ­ ки данных с аналоговыми устройствам РТС, что предопределяет широкое использование аналого-цифровых и цифро-аналоговых преоб­ разователей,,

2о20 Организация обмена данными в микропроцессорных системах

Существует два принципа передачи информационных сигналов; синхронный и асинхронный»

При синхронном способе передающее устройство устанавливает и поддерживает информацию на шинах в течение определенного зара­ нее выбранного времени, после чего информация на передающей сто­ роне может быть изменена» С целью идентификации информация со­ провождается стробирующим сигналом (сигналом идентификации), причем информационные сигналы должны по времени перекрывать сиг­ нал идентификации» Синхронный принцип передачи информации между устройствами и блоками система используется в том случае, если скорости работы устройств системы согласованы (одинаковы).

Если теш работы объединенных в систему устройств различен, то применяют асинхронный принцип передачи информации. При это?/! принципе приемник, восприняв сигнал идентификации (стробирова­ ния) и зафиксировав передаваемую информацию, формирует ответный сигнал квитирования о приеме инфармэшш. Передающее устройство, получив сигнал о приеме, снимает передаваемый сигнал. Таким об­ разом, при асинхронном способе передаваемая информация выдержи­ вается на шинах до тех пор, пока не будет получен ответный сиг­ нал от приемного устройства о приеме информации.

В микропроцессорных системах используется в основном асинх­ ронный принцип передачи информации, этот принцип называется так­ же "управляющий-управляемый".

Поскольку в системе с коллективной шиной (магистралью) все устройства подключены к одной шине, то только два устройства (передатчик и нриешик) участвуют в обмене, остальные устройст­ ва должны быть отключены от магистрали. Для организации сеанса

СБягв вначале ншолняется процедура адресации» т .е . выбор нужно­ го периферийного устройства, или идентификации, т .е , установле­ ние номера устройства, требующего связи с микропроцессором» Пооле установления связи между двумя устройствами начинается проце­ дура передачи информации.

Существует три способа организации связи и передачи данных в микропроцессорных системах:

программко-управляемая передача данных; передача данных о использованием прерываний;

передача данных о использованием прямого доступа в память»

2 .2 .1 . Црограммно-управляемая передача данных» Этот способ передачи информации является оамхм простым,

т .к . требует наиболее простого интерфейса, минимальных аппаратур­ ных затрат.

Инициатором такого обмена может быть только микропроцессор, выполняющий какую-либо программу» Это обстоятельство является весьма существенным недостатком при его использовании в радио­ технике. В ряде случаев необходимо оперативно, в реальном масш­ табе времени, реагировать не изменившуюся ситуацию.

При щюграшно-управляемой передаче (приеме) данных етого можно добиться только увеличением частоты опроса значений тех или иных параметров процесоа, что значительно снижает вычисли­ тельные возможности микропроцессорной системы, Повтому этот спо­ соб передачи данных находит ограниченное применение и должен со­ четаться с другими способам!•

Организация программно-управляемой передачи данных произво­ дится вставлением в программу или одной команды вводе-выводе (синхронная, безусловная передача данных), <иш некоторой сово­ купности команд (асинхронная, условная передача данных).

В пооледнем случае микропроцессор должен проанализировать • состояние фланга готовности вышнего уотройотва к передаче (при­ ему) данных и только в случае его готовности перейти к реализа­ ции самого цикла обмена. В большинстве команд микропроцессоров и микроЭМ имеются соответствующие команды "Пропустить по фла­ гу".

В з том случае последовательность команд для организации передачи может быть такой;

( /г + I) - инициировать ввод-вывод;

В микропроцессоре К580ИК80, как уяе отмечалось выше, имеет­

ся вход ГОТ , который анализируется во втором такте никла вы­

полнения операции ввода-вывода, и , пока внешнее устройство не

устанавливается в I) микропроцессор мохет находиться в состоянии ожидания неограниченно долго,

С целью устранения этого явления можно ограничить время

ожидания сигнала готовности некоторой величиной с помощью про­ граммно или аппаратно организованного таймера.

2 ,3 ,2 , Использование прерываний

С целью повышения эффективности работы микропроцессорной

системы используется та или иная система прерываний. В атом олучэе любое внешнее устройство может вызвать прерывание выпол­ няемой программы и потребовать обслуживания этого запроса. Для этой цели микропроцессор долкен иметь вход "Запрос на прерыва­ ние", аппаратно опрашиваемый в конце выполнения каждой команды.

Процесс прерывания организуется следующим образом:

1, Устройство ввода-вывода выставляет сигнал "Запрос не прерывание" и если прерывание от этого устройства разрешено, то этот запрос поступает на соответствующий вход микропроцессора^

2 , Прием сигнала прерывания и идентификации устройства, ко­ торое вызывает прерывание,

3 , Сохранение информации о прерываемой программе (состояние программного сигнала, некоторых активных регистров) в специаль­ ной стековой или оперативной памяти.

4„ Переход на соответствующую программу обслуживания преры­ ваний л ее выполнение.

5 . Восстановление состояния прерванной программы и продол­ жение ее выполнения.

Перечисленные функции могут быть реализованы как програм­ мными, так л аппаратными средствами. Программная реализация си­ стемы прерываний отличается простотой и небольшим количеством

сигналов и оборудования, необходимого для здентифшсации неточны» к? прерывания. Основным недостатком программной реализации систеги прерываний является большое время реализации на запрооы.

Уменьшение времени реакции системы на запросы прерывания получается при аппаратной реализации многих функций» выполняемых при прерываниях, например, таких как: идентификация устройства и переход на соответствующую программу обработки прерывания» со» хранение и восстановление состояния прерванной программы, опреде­ ление приоритетов и т .п .

Типовая схема реализации приоритетной систеш прерываний [2] представлена на рис.2,1 . .

функционирование устройства прерывания ясно из рассмотрения

ния только в случае, если пет прерывания от УВВ о более высоким

Обычно код вектора прерывания соответствует адресу первой команды подпрограммы обработки прерывания, так что он непосред­ ственно загружается в программный счетчик (ПС) »

С целью уменьшения аппаратных затрат на создание уотройотв прерывания в некоторые микропроцессорные комплекты входят БИС приоритетного прерывания.

2 .2 .3 . Прямой доотуп в помять

Рассмотренные выше способы передачи данных характеризуют­ ся тем, что передача данных из ОЗУ к устройству ввода-вывода или наоборот происходит под контролем и при непосредственном участии микропроцессоре. В этом случае вся передаваемая инфор­ мация пословно должна преходить черев регистры микропроцессора. Примерная последовательность команд МП для передачи некоторого массива из ОЗУ в УВВ выглядит следующим образом:

Как следует из приведенного, для передачи одного слова тре­ буется выполнить большое количество действий. К этому надо доба­ вить, что при передача данных с использованием прерываний время передачи данных возрастает на величину времени реакции на преры­ вание.

Скорость передачи данных, оообенно при передаче больших массивов информации, между ОЗУ и внешними устройствами может быть значительно увеличена, если микропроцессор будет отключен от шин интерфейса, а передача будет производиться под управлени­ ем специального контроллера, так называемого канала (устройства) прямого доступа в память (ЩП),

В этом случае функции микропроцессора (синхронизация, управ­ ление регенерацией в случае динамического ОЗУ и т ,д . ) должно взять на себя устройство управления КШШ.

Для реализации прямого доступа в память микропроцессор дол­ жен иметь вход иЗапроо на Щ1Г, который периодически должен оп­ рашиваться, и в случае наличия этого запроса микропроцессор дол­ жен приостанавливать выполнение программы (входить ъ режим за­ хвата) , отключаться от внешних системных шин посредством элемен­ тов с тремя состояниями (перевод их в высокоишедапсное состоя­ ние).

В микропроцессоре К5В0ИК80 имеется вход "ЭХ", который оп­ рашивается в каждом машинном цикле. Вели сигнал ЗХ » I , то МП переходит в режим "Захват1’ и выдает выходной сигнал "ПЗХ", кото­ рый используется Щ П для начала передачи данных между ОЗУ и ВнУ.

Схема реализации канала ЩП представлена на р и о .2 ,2 . В структуру Щ П включены счетчик едрвое (СчА) и счетчик слов (СчС)»