Функциональная схема микроконтроллера.
Используя совокупность воздействий, на каждый узел, формируется функциональная схема, как показано на рис. 6. На функциональной схеме отображаются все узлы, которые упоминаются при постановке задачи, в словесной характеристике ассемблерных команд, при формировании микрокомандного управления, при составлении блок-схемы, а также при формировании требований к реализации узлов. На функциональной схеме соблюдаются условия, когда информационные сигналы отображаются фигурными стрелками, а все другие виды сигналов отображаются тонкими линиями со стрелками, при этом стрелка указывает направление передачи сигнала.
В данной схемотехнической реализации микроконтроллера используется всего несколько основных команд из каждой группы, поэтому в требованиях к узлам приведены расширенные воздействия, отображающие полный обмен сигналами для данного узла для всех команд (кроме уникальных, сформированных разработчиком самостоятельно).
На рис. 6 узлы выделенные «звёздочкой» требуют дополнительного коммутатора, т.к. их информационные выводы соединяются с многими узлами, узлы выделенные штриховкой, а также коммутаторы разработчику предлагается рассчитать самостоятельно.
Полная принципиальная схема позволяет выполнить контроль всех функций синтезируемого микроконтроллера, используя для этого условные графические обозначения логических и цифровых элементов.
Начертание принципиальной схемы требует соблюдения следующих правил:
лист А1 разбить на пронумерованные вертикальные и горизонтальные секторы стороной 25 мм;
выводы, отображающие входящие сигналы чертить от левой вертикальной стенки;
выводы, отображающие исходящие сигналы чертить от правой вертикальной стенки;
пронумеровать все элементы с лева на право и сверху вниз;
логические элементы отображать, как показано на рис. 7;
элементы малой степени интеграции отображать, как показано на рис. 8;
триггеры отображать, как показано на рис. 9.
На рис. 7, 8 и 9 приведены размеры и условные графические обозначения типовых элементов, следовательно, условные графические обозначения других элементов, не приведенных в настоящих методических обозначениях, формируются по аналогичному принципу. При необходимости возможно пропорциональное уменьшение или увеличение размеров условных графических обозначений для всего чертежа.
Расчет характеристик синтезируемого микроконтроллера позволяет определить его качественные показатели и сравнить их с существующими моделями, при этом расчет временных характеристик, как основных при определении скорости вычислений, позволяют исключить фактор «гонки фронтов» между узлами.
И
спользуя
принципиальные схемы четвертого этапа
проектирования,
требуется проанализировать их качественные
характеристики, определяющие
производительность синтезируемого
микроконтроллера,
а результаты представить в виде таблицы
(см. табл. 6). Для шестого этапа проектирования
нет необходимости повторно приводить
принципиальные схемы четвертого этапа,
при этом принципиальная схема, приведенная
на рис. 10 поясняет принцип заполнения
таблицы производительности.
Для выявления и анализа фактора «гонки фронтов» приведен рис. 11, на котором приведено, пять примеров переключения узла под воздействием изменяющихся логических уровней на его входах.
Примеры на рис. 11 отображают переключения:
1) наибольшей длительности – последовательное переключение четырех логических элементов D4 и D7 D5 D6 D3 (переключения элементов D4 и D7 выполняются параллельно, и принимаются как одно);
2) наименьшей длительности – последовательное переключение двух логических элементов D6 D3;
3) и 4) мнимые – состояние выхода узла не меняется;
5) ведущие к формированию на выходе узла ошибочного импульса вследствие «гонки фронтов (переключение элементов D6 D3 выполняются раньше последовательности переключений D4 и D7 D5 D6 D3).
Для исключения формирования на выходе ложного импульса используются импульсы синхронизации, период которых заведомо больше суммарного времени переключения самого медленного узла в синтезируемом микроконтроллере.
Используя принципиальную схему каждого узла можно представить их характеристики в таблице производительности, (см. табл. 6).
Используя время переключения каждого узла (см. табл. 6) можно вычислить время исполнения каждой ассемблерной команды, (табл. 7).
Таблица 6.
Характеристики узлов.
Название узла |
Количество ячеек |
Время переклю-чения* |
Потребляемая мощность** |
|||
«И» |
«ИЛИ» |
«НЕ» |
Статическая |
Динамическая |
||
РСчК |
21 |
29 |
10 |
0,8 |
48,0 |
360 |
РУС |
25 |
10 |
5 |
1,0 |
32,0 |
240 |
Логический |
4 |
3 |
нет |
0,4 |
5,6 |
42 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
Микроконтроллер |
50 |
42 |
15 |
1,0 |
85,6 |
642 |
* время срабатывания зависит от технологии и для всех вариантов равно 0,1 нс;
** потребляемая мощность зависит от технологии и для всех вариантов равна .
Таблица 7.
Время исполнения ассемблерных команд.
Команда |
Узлы, использующиеся для исполнения команды |
Количество тактов* |
Суммарное время |
||||
РСчК |
РУС |
УА |
ПК |
… |
|||
FUN1 Rd, PORTB |
0,8 |
|
1,5 |
0,2 |
… |
5 |
2,7 |
CALL K |
0,8 |
1,2 |
1,3 |
|
… |
8 |
3,3 |
CLR Rd |
0,8 |
|
0,8 |
|
… |
4 |
1,6 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
* количество периодов синхронизирующего генератора требующееся для исполнения ассемблерной команды.
Наивысшую тактовую частоту, на которой возможно корректное исполнение ассемблерных команд предлагается вычислить разработчику самостоятельно.
Используя микрокомандное управление при исполнении ассемблерных команд в синтезированной принципиальной схеме микроконтроллера, разработчик без труда может самостоятельно привести несколько строчек им же составленных тех же самых команд, поэтому … ВСЁ….
