2. Методические рекомендации по содержанию некоторых разделов

К разделу " Постановка задачи"

Исходя из индивидуального задания, следует явно сформулировать требования пользователя (ТП) к разрабатываемой системе. С этой целью необходимо глубоко вникнуть в характер и физический смысл процесса или объекта, подлежащего автоматизации, выявить закономерности и зависимости между различными количественными и качественными признаками, описывающими объект. Следует осознать и описать пространственные и временные взаимосвязи явлений в объекте, которые должны учитываться в разрабатываемой системе управления или контроля.

Далее, проводится анализ объекта и описываются выявленные потоки информации в нем, существенные для управления или контроля. При необходимости следует сделать обоснованные упрощающие предположения и допущения и явно отразить их в данном разделе пояснительной записки. Составляется формальный перечень исходных данных и результирующих (выходных) данных для МПС, подлежащей проектированию. На его основе следует перечислить функции, которые должна будет выполнять система. В итоге получают функциональную спецификацию (Входы, Выходы, Функции) для дальнейшего проектирования.

На основе функциональной спецификации описывается формализованная постановка задачи на разработку системы, соответствующей данной спецификации. При этом часто бывает удобным или необходимым использовать графическую, табличную либо математическую символику.

Следует обдумать и явно сформулировать дополнительные требования к режимам работы и, возможно, особенностям применения разрабатываемой МПС, такие как ограничения на время реакции системы, на объем памяти иди другие аппаратные ресурсы и т.п., если таковые вытекают из требований пользователя или анализа объекта (процесса) автоматизации.

К разделу "Выбор периферийных устройств"

Типы и число ПУ для разрабатываемой МП-системы должны быть адекватны характеру, форме представления и количественным параметрам входных и выходных данных.

В данном разделе следует показать, как из анализа задачи вытекает выбор подходящих устройств ввода информации от объекта или пользователя (ПУ ввода) и устройств выдачи данных из МПС (информации для пользователя или управляющих воздействий на исполнительные механизмы). Освещается выбор типов датчиков, преобразователей (АЦП, ЦАП, комбинационных и измерительных преобразователей, и др.), исполнительных механизмов, а также устройств взаимосвязи человека с МПС.

Так, например, излагаются соображения, определяющие необходимый набор клавиш и тип клавиатуры. Некоторые полезные сведения по этому вопросу можно, в частности, почерпнуть в [2, 3, 6, 11]. Планируется и описывается требуемый (по смыслу задачи) порядок работы пользователя с клавиатурой и иными органами управления, предполагаемый способ получения им выходной информации от МПС (вид индикаторов, табло, сигнальные лампы, дисплей, и форм выдаваемых данных; возможные звуковые сигналы для человека, их длительность, тональность и др. параметры). Следует предложить конкретные типы устройств и схему мест их размещения на объекте. Рекомендуется эту схему повторить и из первом листе графической части.

К разделу "Выбор стратегии обслуживания устройств ВВ"

В данном разделе автору проекта следует ответить на вопросы: как должны будут вводиться или выводиться данные через ПУ? Какой способ обмена МПС с ПУ является наиболее рациональным, исходя из условий задачи, для того или иного УВВ (программный опрос, работа в режиме прерывания или прямой доступ к памяти). Следует пояснить свой выбор, с учетом временных характеристик физических процессов в объекте и требуемого быстродействия ПУ и ядра МПС, а также ограничений на максимально допустимый период обслуживания некоторых конкретных ПУ (например, период циклической подсветки светодиодных семисегментных индикаторов не должен быть слишком большим, чтобы не замечались мерцания цифр).

Составляется обобщенный алгоритм (на уровне концепций, о котором упоминалось в разделе 3.2). Даются комментарии к нему.

На основе сделанного выбора надо описать предварительный план распределения портов для обслуживания ПУ согласно принятой концепции. Тут же намечаются требуемый состав интерфейсных блоков (Стандартных БИС или специально разработанных схем) и способ подключения каждого ПУ к соответствующему блоку (пока только на функциональном уровне, без детальной схемотехнической проработки).

К разделу "Учет специальных требовании к режимам работы МПС".

В этом разделе следует в явной форме указать в каком режиме (режимах) автор предполагает использование разрабатываемой МП-системы. Должна ли разрабатываемая система работать автономно без участия человека (быть необслуживаемой) или ее пуск, останов осуществляет оператор, т.е. она относится к классу обслуживаемых? Какой характер работы должен быть у системы: периодический или разовый (в режиме ожидания сигналов о событиях внешней среды)? Как быстро она должна возвращаться в исходное состояние?

В зависимости от ответов на эти и подобные вопросы в проектируемой МПС требуется предусмотреть те или иные аппаратурные блоки, обеспечивающие начальный пуск (ручной или автоматический), возможность экстренной приостановки или продолжения работы программы, переключение с одной программы на другую, повторный пуск и т.д. Соответственно и в программном обеспечении может потребоваться введение специальных программных модулей, обслуживающих реакция МПС на те или иные сигналы, повторный старт с требуемого адреса, инициализацию системы перед очередным сеансом работы.

После принятия проектных решений на этом этапе полезно сверить их с решениями по стратегии обслуживания УВВ (см. выше): возможно, возникнет необходимость что-то скорректировать, чтобы увязать их между собой. Это также требуется осветить в разделе.

К разделу "Распределение функций между аппаратными и программными средствами".

Некоторые из функций, реализуемые МП-системой. могут выполнять только аппаратные модули, другие — только программные модули. Но ряд функций можно реализовать двояко. Например, учет времени может осуществляться аппаратно (схемами "генератор-счетчик", либо БИС таймеров, либо даже механическим устройством "часы" с контактными датчиками). С другой стороны, известны методы формирования и учета времени интервалов чисто программными средствами, с использованием счета числа машинных тактов [3, 4].

Другим примером двояких реализаций функций в MПС являются преобразования кодов (ПК). Самые разные ПК можно выполнить как с помощью чисто аппаратных преобразователей (например, пo схемс «Дешифратор-шифратор»), так и программами [2, 3, 6].

Поэтому еще до построения блочной структуры МПС и блок-схемы алгоритма желательно сделать выбор, определяющий способ реализации подобных функций и, следовательно, необходимостью включения соответствующего блока в аппаратурную или программную чисть системы.

К разделам "Разработка блочной структуры аппаратных средств МПС" и "Разработка алгоритмов ПО".

Если вы успешно поработали над предыдущими этапами, то у вас, вероятно, уже вырисовалось представление о том, какие ПУ должны быть включены в состав аппаратуры проектируемой МПС, какие интерфейсные блоки нужны для их подключения. Используя справочную литературу, можно уже подобрать подходящие БИС интерфейсов либо запланировать блок интерфейса ввода-вывода для вашей задачи попроще, если это возможно и дешевле. Вы уже можете тогда оценить и количество портов для подключения интерфейсных схем ПУ к МПС.

Выбираете тип МП и других БИС для реализации ядра МПС. Изображаете все модули, включаемые в состав МПС, и структуру шинных связей между ними в общем виде. Из этого эскизного проекта структуры МПС должно быть видно, с какими объектами будет иметь дело алгоритм решения задачи вашей МПС.

В соответствии с этим в разделе "Разработка алгоритмов ПО" следует описать сначала версию блок-схемы алгоритма с крупными блоками, связанными с объектами из блочной структуры аппаратной части МПС (например, с конкретными портами ПУ) либо с символическими обозначениями сигналов и портов. Затем производится детализация блок-схемы.

К разделу "Распределение адресного пространства".

Следует определиться и описать, как в вашей МПС будут адресоваться порты ПУ: путем отображения "ВВ на ВВ" или "ВВ на память". Кроме того, оценить, какого объема может потребоваться ПЗУ и какого ОЗУ. Таким образом, здесь следует составить карту памяти МПС и карту адресного пространства ВВ.

Если в дальнейшем, при составлении программы, выяснится недостаток или излишек запланированной памяти, то нужно будет при необходимости внести коррективы. С учетом этого планируйте адреса под ВВ.

К разделу "Разработка схемотехнической реализации блоков и аппаратуры МПС в целом".

Во-первых, следует определиться по справочной литературе с требуемым схемным "обрамлением" выбранного МП, уяснить назначение схемных элементов в нем и приступить к составлению схемы блока «ЦП» разрабатываемой МПС.

Во-вторых, согласно принятой карте памяти необходимо спроектировать модуль основной памяти, включающий ПЗУ и ОЗУ, либо одно из них, если достаточно.

B-третьих, создается схемная реализация аппаратуры подсистемы ввода-вывода. Очень вероятно, что потребуется с помощью справочной литературы расширить познания по особенностям конкретных схемных компонент, необходимых для обеспечения требуемых в вашей МПС режимов ввода-вывода. Это могут быть БИС блоков прерывания (например, i8259, или аналог - KP580BH54), расширитель ввода-вывода КР580ВР43, либо другие.