21. Области применения микропроцессорных систем. Расширение сфер применения

При построении различных микропроцессорных систем учету подлежат различные технические и производственно-технологические факторы, влияющие на эффективность использования систем в аппаратуре. Состав аппаратуры МПС должен обеспечивать:

- простое наращивание разрядности и производительности,

- возможность широкого распараллеливания вычислительного процесса,

- эффективную обработку алгоритмов решения различных задач,

- простоту технической и математической эксплуатации.

Можноно выделить четыре основных направления их применения:

• - встроенные системы контроля и управления;

  • Управляющие встроенные МПС предназначены для решения локальных задач управления объектами. Они могут выполнять функции контроллеров устройств, подключаемых к МПС более высоких контуров управления или быть центром управляющих систем. Использование МПС даже в простейшей схеме управления принципиально изменяет качество функционирования обслуживаемых им устройств. Она позволяет оптимизировать режимы работы управляемых объектов или процесс, что приводит к положительным эффектам (экономически, струкно и т.п.) .

• - локальные системы накопления и обработки информации;

  • Локальные, т. е. расположенные на рабочем месте, МПС накопления и обработки информации экономически и технически просто осуществляют информационное обеспечение потребителей. Объединение локальных систем между собой в сеть и дистанционное подключение этой сети к центральной ЭВМ с громадным информационным архивом позволяют создать завершенную автоматизированную систему информационного обеспечения.

• - распределенные системы управления сложными объектами,

  • Распределенные микропроцессорные управляющие системы являются альтернативой широко системам с центральным процессором. Микропроцессоры и связанные с ними схемы обработки данных физически располагаются вблизи мест возникновения информации, образуя локальные МПС. Такое построение системы позволяет вести обработку информации на месте ее возникновения, например, вблизи двигателей, рулей управления, тормозной системы и т. д. В этом случае связь системы с центральной системой обработки и накопления данных и создает пространственно - распределенную систему управления.

• - распределенные высокопроизводительные системы параллельных вычислений.

  • Системы параллельных вычислений на основе десятков, сотен и даже тысяч одинаковых или специализированных на определенные задачи микропроцессоров при значительно меньших затратах дают такую же производительность, как и вычислительных системах на основе мощных процессоров конвейерного типа. Создание МПС с большим количеством специализированных по функциональному назначению процессоров позволяет проектировать мощные вычислительные системы нового типа по сравнению с традиционными развитыми большими вычислительными системами.

Расширение сфер применения:

Вследствие прямой зависимости между функциями программных и аппаратурных средств можно при построении электронной системы развивать либо аппаратуру, либо усложнять программное обеспечение. Именно эти обстоятельства и определяют массовые возможности применения микропроцессорных систем управления практически во всех сферах.

21. Этапы проектирования. Классификация методик проектирования электронных схем. Сопряженное проектирование. Типовые конфигурации микропроцессорных систем. Процедуры отладки микропроцессорных систем и микроконтроллерных систем.

Этапы и стадии проектирования

1 — составление технического задания ТЗ на проектируемую аппаратуру и его согласование с заказчиком;

2 — синтез функциональной схемы аппаратуры;

3 — выбор физических методов реализации функциональных преобразований;

4 — выбор оптимальной сложности ИС(интегральная схема) и других компонентов аппаратуры;

5 — синтез электрических схем ИС и узлов РЭА(радио-электронная аппарутура), а также схем электрических соединений компонентов РЭА между собой;

6 — конструктивная разработка ИС и других типов узлов РЭА (компановка и трассировка);

7 — технологическая разработка ИС и узлов РЭА(процесс создания физически);

8 — конструктивная разработка аппаратуры;

9 — технологическая разработка аппаратуры;

10 — разработка методики испытаний ИС и РЭА.

Классификация методик проектирования электронных схем

1. Тип обрабатываемой информации

2. Методы обработки информации

3. Выбор технической базы

4. Выбор технологического способа реализации схемы

Сопряженное проектирование

Сопряжённое, или совместное проектирование аппаратуры и ПО,

– представляет собой процесс параллельного и скоординированного проектирования

электронных программно-аппаратных систем. Этот процесс основывается на не зависящем от конечной реализации описании, и использует средства автоматизации проектирования.

Сопряженное проектирование помогает находить компромиссы между гибкостью вычислительной системы и её производительностью, комбинируя при проектировании два радикально отличающихся подхода: последовательную декомпозицию во времени, создаваемую при помощи ПО, и параллельную декомпозицию в пространстве, реализуемую на основе аппаратного обеспечения.

Сокращение сроков разработки является одним из основных преимуществ, которые достигаются благодаря сопряжению.

Типовые конфигурации МП систем

МП-системы можно условно разделить на два основных класса: универсальные, которые используются для решения широкого круга задач обработки информации, и управляющие, которые специализируются на решении задач управления процессами и объектами. Типичными примерами универсальных МП-систем являются персональные компьютеры и рабочие станции, которые применяются в самых различных сферах деятельности.

Управляющие МП-системы имеют много общего с МК. Они также содержат различные устройства, расширяющие возможности процессора для реализации сложных алгоритмов управления. При этом периферийные устройства, многие из которых располагаются на кристалле МК, в МП-системах реализуются с помощью дополнительных микросхем, что повышает их стоимость и снижает надежность.

Процедуры отладки микропроцессорных систем и микроконтроллерных систем

Процедура проверки правильности функционирования МК -МП называется контролем или тестированием. В результате контроля определяется, находится ли МК -МП в исправном состоянии. Если объект находится в неисправном состоянии, то возникает задача поиска неисправности - диагностирования. Процесс устранения найденных неисправностей называется отладкой.

При автономной отладке аппаратных средств основными орудиями разработчика являются традиционные измерительные приборы - генераторы, осциллографы, мультиметры, пробники, а также специализированные приборы - логические анализаторы, осциллографы смешанных сигналов, генераторы тестовых последовательностей и сигналов заданной формы, которые обладают широкими возможностями контроля состояния различных узлов системы в заданные моменты времени.

Дополнительным свойством, которым должны обладать средства комплексной отладки по сравнению со средствами автономной отладки, является возможность управления поведением МПС и сбора информации о ее поведении в реальном времени. На этапе комплексной отладки микропроцессорной системы используются следующие основные приемы:

• пошаговое отслеживание поведения системы;

• останов функционирования системы при возникновении определенного события;

• чтение и изменение содержимого памяти или регистров системы в момент останова;

• отслеживание поведения системы в реальном времени.