Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ ингерфейсов микро-ЭВМ и основные задачи их разработки II
1.1. Классификация интерфейсов микро-ЭВМ, их назначение и основные характеристики II
1.2. Внутренние интерфейсы микро-ЭВМ и задачи, возникающие при их разработке 17
1.3. Внешние интерфейсы микро-ЭВМ и задачи, возникающие при их разработке 38
1.4. Основные задачи и этапы проектирования интерфейсов микро-ЭВМ . 45
Выводы 49
ГЛАВА 2. Исследование принципов функциональной и структурной организации ингерфейсов 50
2.1. Модель интерфейсной системы 50
2.2, Функциональная организация интерфейсной системы 59
2.3, Структурная организация интерфейсной системы 66
2.4. Основные технические характеристики интерфейсных систем 74
Выводы . 79
ГЛАВА 3, Разработка основных характеристик внутриплатного интерфейса микропроцессорного набора БИС повышенной функциональной сложности 31
3.1. Общая постановка задач синтеза ингерфейсов 81
3.2. Определение основных требований, условий и ограничений, предъявляемых к характеристикам внутриплатного интерфейса 85
3.3. Выбор структурной организации внутриплатной интерфейсной системы 90
3.4. Выбор функциональной организации внутриплатной интерфейсной системы 92
Выводы 117
ГЛАВА 4. Разработка методики проектирования стандартных интерфейсов пользователя на базе микро-ЭВМ 119
4.1. Основные этапы методики проектирования стандартных интерфейсов пользователя на базе микро-ЭВМ 120
4.2. Реализация основных интерфейсных функций приборного интерфейса на многоплатной и одноплатных микро-ЭВМ семейства "Электроника С5И 142
4.3. Реализация интерфейсных функций приборного интерфейса на однокристальной микро-ЭВМ "Электроника С5-ЗІ" 145
Выводы 154
Заключение 155
Литература 157
- Внутренние интерфейсы микро-ЭВМ и задачи, возникающие при их разработке
- Структурная организация интерфейсной системы
- Определение основных требований, условий и ограничений, предъявляемых к характеристикам внутриплатного интерфейса
- Реализация основных интерфейсных функций приборного интерфейса на многоплатной и одноплатных микро-ЭВМ семейства "Электроника С5И
Введение к работе
Современный этап развития вычислительной техники характеризуется интенсивным ростом производства микропроцессоров и микро-ЭВМ, которые являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники. В основные направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года указано: "... развивать производство и обеспечить широкое применение ... встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ, ... Опережающими темпами развивать производство быстродействующих управляющих и вычислительных комплексов, периферийного оборудования и программных средств к ним...". Решение этих задач обеспечивается совершенствованием известных и созданием новых научно-технических принципов построения средств вычислительной техники, позволяющих повышать эффективность разрабатываемых устройств и систем и сокращать сроки их внедрения в различные области народного хозяйства* Вопрос выработки единого набора правил сопряжения между собой самостоятельных узлов ЭВМ (процессора, устройств памяти и устройств ввода-вывода), подключения периферийных устройств и, наконец, объединение нескольких ЭВМ в единую систему является важным для любого класса современных вычислительных машин: универсальных ЭВМ высокой, средней и малой производительности, специализированных управляющих и мини-ЭВМ,
С появлением микро-ЭВМ проблема интерфейса стала еще более актуальной, затронув существенно более широкий круг отраслей науки и техники. Во-первых, микро-ЭВМ - самый массовый класс современных ЭВМ. Во-вторых, микро-ЭВМ применяются главным образом в качестве встраиваемых устройств, в связи с чем решение
проблемы интерфейса во многом определяет процесс проектирования чрезвычайно широкого круга приборов, станков, агрегатов и систем.
Важность проблемы интерфейса для микро-ЭВМ определяется также тем, что эта проблема распадается на две части: "интерфейсы для микро-ЭВМ" (в традиционной для вычислительной техники посгановке) и имикро-ЭВМ для интерфейсов", т.е. применение микро-ЭВМ в качестве универсального программируемого элемента для реализации протоколов сопряжения между собой различного оборудования (нескольких измерительных приборов в единую систему; нескольких автоматизированных станков в единый участок, управляемый ог центральной ЭВМ; аппаратуры передачи данных, образующей совместно с каналами связи некоторую сеть связи и т.д.).
Рассмотрение такой сложной и двойственной проблемы выдвигает ряд теоретических и прикладных вопросов, направленных на решение двух основных задач:
1. Разработка структурной и функциональной организации ин
терфейса для вновь создаваемых микропроцессорных наборов боль
ших интегральных схем(БИС Повышенной функциональной сложности.
2, Использование ресурсов дополнительной, либо входящей в
состав устройства микро-ЭВМ, для организации сопряжения устрой
ства с системой, построенной на базе стандартного интерфейса.
Несмотря на достаточно большое количество публикаций, посвященных, в основном, качественному анализу существующих интерфейсов, в литературе практически отсутствуют работы, результаты которых позволяют эффективно решать указанные задачи. Поэтому на практике эти задачи решаются на основе опыта и интуиции разработчика, что может привести к неоправданным материальным и временным затратам, а в случае создания микропроцессорного набора БИС - к неисправимой потере его эффективности. Таким обра-
зом, тема диссертационной работы актуальна и направлена на дальнейшее совершенствование процесса проектирования средств сопряжения в микро-ЭВМ и системах на их основе.
Целью работы является создание методики анализа и синтеза интерфейсов, обеспечивающей возможность обоснованного выбора структурной и функциональной организации вновь создаваемых интерфейсов и реализацию стандартных интерфейсов с помощью ресурсов микро-ЭВМ. В соответствии с указанной целью в работе формулируются и решаются следующие задачи.
Определение предмета исследования и основных задач проектирования интерфейсов микро-ЭВМ,
Разработка и исследование принципов формального описания структурной и функциональной организации интерфейсных систем,
Исследование структурной и функциональной организации внутренних интерфейсов микро-ЭВМ и разработка функциональных харакгерисгик внутриплатного интерфейса микропроцессорного набора БИС повышенной функциональной сложности,
Разработка методики проектирования интерфейсов пользователя с помощью ресурсов микро-ЭВМ,
Применение методики проектирования интерфейсов пользователя для разработки средств сопряжения устройств с приборным интерфейсом по ГОСТ 26.003-80 на базе микро-ЭВМ семейства "Электроника С5И.
Диссертационная работа сосгоиг из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе рассматривается определение, назначение, основные функции, классификация интерфейсов микро-ЭВМ, проводится их качественный анализ и формулируются основные задачи исследования и разработки интерфейсов микро-ЭВМ,
В основу классификации интерфейсов микро-ЭВМ положен признак функционального назначения, в соответствии с которым интерфейсы разделяются на внутренние и внешние. На следующем уровне классификация внутренних интерфейсов производится на основе структурно-функциональных признаков с учетом сложившихся на данном этапе развития техники микропроцессоров и микро-ЭВМ топологических признаков, в соответствии с которыми интерфейсы разделяются на внутриплатные и межплатные. Внешние интерфейсы на основе признака функционального назначения разделяются на интерфейсы внешних устройств и интерфейсы пользователя.
Проведен качественный анализ известных интерфейсов микро-ЭВМ на всех уровнях классификации, в резульгаге которого сделан вывод, что особую актуальность имеют задачи разработки и стандартизации внутренних интерфейсов микро-ЭВМ, а именно внутриплатных интерфейсов для вновь создаваемых микропроцессорных наборов БИС повышенной функциональной сложности. Отмечено, что большое разнообразие сфер применения микро-ЭВМ расширяет номенклатуру используемых внешних интерфейсов, что делает целесообразным использование ресурсов микро-ЭВМ для реализации внешних интерфейсов. В заключение сформулированы основные задачи исследования и разработки интерфейсов микро-ЭВМ.
Во второй главе предложена модель и проведено исследование принципов функциональной и структурной организации интерфейсов.
Для построения формальной модели интерфейса использован функционально-структурный подход и основные положения теории автоматов. Показано, что интерфейсная система может быть представлена в виде композиции операционного и управляющего автоматов, когорые в свою очередь являются композицией операционных и управляющих автоматов интерфейсных элементов, составляющих интерфейсную систему. Такое представление интерфейсной системы
позволяет использовать для ее анализа и синтеза известные формальные и эвристические методы, разработанные для исследования и проектирования управляющих и операционных автоматов. Для описания функциональной организации вводятся понятия интерфейсных операций, действия которых направлены на выполнение используемых в интерфейсной системе алгоритмов взаимодействия, и интерфейсных функций, инициирующих и организующих выполнение соответствующих интерфейсных операций. Структурную организацию интерфейсной системы предложено описывать формулой соединений, размерностью соединений и разрядностью к -го информационного канала. В заключение приведены основные технические характеристики интерфейсных систем (вместимость, пропускная способность, максимальная длина линий связи, надежность и стоимость) и их взаимосвязь с параметрами структурной и функциональной организации.
В третьей главе проведена разработка и обоснование характеристик внутриплатного интерфейса микропроцессорного набора БИС повышенной функциональной сложности. Сформулированы общая постановка такой задачи и основные этапы ее решения, выполнение которых предложено осуществлять на основе анализа существующих наиболее распространенных внутриплатных и межплатных интерфейсов с учетом разработанных требований и ограничений, предъявляемых к внутриплатному интерфейсу. Предложены структурные и функциональные характеристики внутриплатного интерфейса. Проведен анализ возможных способов выполнения основных алгоритмов взаимодействия и сформировано множество интерфейсных операций для их реализации. При формировании множества интерфейсных функций , используемого для организации выполнения интерфейсных операций, особое внимание уделено анализу интерфейсных функций, в результате взаимодействия которых выполняются интерфейсные операции прерывания и .захвата магистрали, что позволило обосновать выбор структуры
систем прерывания и арбитража магистрали. Предложены диаграммы состояний ингерфейсных функций для организации операций записи, чтения, чтения-модификации-записи, чтения вектора и приведены временные диаграммы выполнения указанных операций.
В четвертой главе разработана методика проектирования интерфейсов пользователя с помощью ресурсов микро-ЭВМ и обоснована ее целесообразность.
В соответствии с положениями, рассмотренными в главе 2, устройство представляется в виде двух взаимосвязанных частей: операционной части и интерфейсной части. Основной целью предложенной методики является определение требуемых характеристик разрабатываемой интерфейсной части устройства, затрат ресурсов микро-ЭВМ и дополнительного внешнего оборудования для ее реализации и принципов организации связи интерфейсной части с операционной. Для сокращения затрат дополнительного оборудования и ресурсов микро-ЭВМ при программно-аппаратной реализации интерфейсной части устройства предложен метод введения дополнительных псевдосостояний, которые реализуются аппарагно и устраняют последствия невыполнения временных ограничений, налагаемых на переходы ингерфейсных функций из состояния в другое. Определены условия, при выполнении которых минимизируются затраты ресурсов программируемого ввода-вывода микро-ЭВМ, что особенно важно при использовании одной микро-ЭВМ для реализации как операционной, гак и интерфейсной частей устройства. На основе предложенной методики разработаны структурные схемы подключения микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" к каналу общего пользования приборного интерфейса по ГОСТ 26.003-80, а также комплекс программ для реализации основных ингерфейсных функций этого интерфейса. Для однокристальной микро-ЭВМ "Электроника C5-3I" предложена струк-. гура программы, позволяющая выпускать для реализации полного
набора интерфейсных функций приборного интерфейса одну микро-ЭВМ, работающую в пяти режимах. При эгом интерфейсная часть основной массы неуправляющих программируемых приборов может быть выполнена с помощью одной микро-ЭВМ, интерфейсная часть системного контроллера - с помощью двух микро-ЭВМ в различных режимах, а интерфейсная часть контроллера "по назначению" - с помощью трех микро-ЭВМ.
В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.
Внутренние интерфейсы микро-ЭВМ и задачи, возникающие при их разработке
Актуальность задач анализа и разработки внутренних интерфейсов микро-ЭВМ обусловлена следующими особенностями.
I. Многообразие областей применения микро-ЭВМ требуют различных внутренних и внешних ресурсов: объемов ОЗУ, ПЗУ, программируемых цифровых входов-выходов, наличия гех или иных устройств ввода-вывода. Это приводит к необходимосги построения микро-ЭВМ различных конфигураций, т.е. к необходимосги сопряжения устройств различной номенклатуры в единую систему.
2. Применение микро-ЭВМ для управления объектами в реальном масштабе времени предъявляет жесткие требования к производительности систем, построенных на базе микро-ЭВМ, которая существенно зависит от архитектуры ввода-вывода микро-ЭВМ и структуры интерфейса.
3. При реализации алгоритмов управления возрастает роль операций ввода-вывода по отношению к операциям обработки информации, что, в свою очередь, вызывает увеличение номенклатуры и количества устройств ввода-вывода, а вместе с тем и увеличение объема оборудования интерфейсной системы.
4. Расширение сфер применения микро-ЭВМ приводит к созданию новых устройств ввода-вывода (БИС, МШ), а несовместимость внутренних интерфейсов большинства микро-ЭВМ различных семейств приводит либо к повторной разработке аналогичных устройств, но с требуемым внутренним интерфейсом, либо к разработке дополнительных средств сопряжения. Особое значение при этом получает вопрос стандартизации внутренних интерфейсов микро-ЭВМ [53]
5. С повышением степени интеграции БИС в технике микро-ЭВМ сложилась вполне определенная тенденция перехода от многоплатных микропроцессорных систем к одноплатным, от одноплатных конфигураций - к их реализации на одном кристалле, что приводит к необходимости решения задачи создания внутриплатных интерфейсов с более широкими функциональными возможностями [її] .
В любой микро-ЭВМ производится обмен информацией между микропроцессором и остальными частями микро-ЭВМ. Эффективность решения задач в микро-ЭВМ в значительной степени определяется организацией этого обмена и структурой связей между микропроцессором (МП), запоминающим устройством (ЗУ) и устройствами ввода-вывода (УВВ).
Между МП, ЗУ и УВВ передаются различные типы информации и в различных направлениях: адреса памяти программ и данных, адреса устройств ввода-вывода, команды, данные в память и из памяти, данные в УВВ и из УВВ, информация о состоянии устройств, управляющая информация. В общем случае рассмотренные потоки информации совместно с сигналами управления требуют связей, приведенных на рис. 1.3. Для организации связи микропроцессора с ЗУ требуются адресная шина, входная и выходная шины данных и команд, линии сигналов записи/чгения ЗУ и готовности ЗУ. Для управления УВВ при программно-управляемой передаче данных требуются адресная шина, входная и выходная шины данных, линии сигналов записи/чтения УВВ и готовности УВВ. Кроме того, для организации прямого доступа к памяти (ПДП) необходимы сигнальные линии запроса ПДП, подтверждения ПДП, иногда окончания работы УВВ, а для организации системы прерываний - линии запроса на прерывание и разрешения прерывания. При наличии режима прямого доступа к памяти между УВВ и ЗУ необходимы шины адреса, входные и выходные шины данных и сигнальные линии записи/чтения ЗУ.
Такая структура связей была бы оптимальной с точки зрения повышения производительности микро-ЭВМ за счет совмещения во времени передачи различных типов информации. Однако при этом во-первых, потребовалось бы от 70 до 120 (в зависимости от разрядности) внешних выводов микропроцессора; во-вторых, внутренняя структура МП должна иметь также многошинную организацию (иметь структуру 1-авгомага [28] ).
Структурная организация интерфейсной системы
Интерфейсные элементы в зависимости от их функционального назначения, сложности и "границ" интерфейсной системы, а также в зависимости от функционального назначения и сложности операционных элементов Wn , входящих в состав системы обработки информации & , можно условно разделить следующим образом.
Если операционный элемент Cm является законченным пассивным функциональным устройством (ОЗУ, ПЗУ, перфоратор и т.п.), не требующим управления другими элементами системы, го соответствующий ему интерфейсный элемент /m , обеспечивающий его функциональную, электрическую и конструктивную совместимость и взаимодействие с интерфейсной системой называется интерфейсной каргой.
Если операционный элемент С является законченным активным функциональным устройством (процессор, устройство, требующее режима прямого доступа к памяти), имеющим возможность управлять интерфейсной системой, то соответствующий ему интерфейсный элемент Im , обеспечивающий его функциональную, электрическую и конструктивную совместимость и взаимодействие с интерфейсной системой называется интерфейсным конгрол 67 л е р о M .
Если операционный элемент w-n в свою очередь является системой, построенной на основе другой интерфейсной системы соответствующий ему ингерфеймный элемент , обеспечиваю щий ее функциональную, электрическую и конструктивную совместимость и взаимодействие с интерфейсной системой называется интерфейсным адаптером, если 3 и являются интерфейсными системами одного ранга, и интерфейсным адаптером - контроллером, если J является интерфейсной системой более низкого уровня.
Интерфейсная карта является простейшим интерфейсным элементом. Интерфейсный адаптер представляет собой композицию двух различных интерфейсных карг, интерфейсный контроллер - КОМПОЗИЦИЮ интерфейсной карты и управляющего программируемого устройства, а интерфейсный адаптер-контроллер - структуру интерфейсная карга -управляющее программируемое устройство - интерфейсная карга",
Так как нас интересует структура связей между интерфейсными элементами 1т I а информационный канал обладает большой регулярностью соединений, то будем рассмагривагь структурную организацию связей между операционными автоматами Btn еВ . Согласно [33] операционный автомат В/п можно представить в виде общей сие темы В/п Хт ), с объек гами Хт = iXmi :j є /хт}, , где Xmj, Yntj - множества входных и выходных контактов, служащих для соединения с автоматом Bj , jФ пг , Tjcnt% lynt - множества индексов, Ixtn filg"
Рассмотрим пару автоматов В/тгсХ/п Хп и В Х/с Ук . В общем случае не все компонентные множества Х#х могут служить для реализации соединения автомата Вт с автоматом 3 .
ОбОЗНаЧИМ Через Zxm СемеЙСТВО КОМПОНеНТНЫХ МНОЖеСГВ Xfrt 9 которые могут служить для соединения, а через Zxm и декар-того произведение. Обозначим затем через Хт семейство компонентных множеств Хт , не принадлежащих Zxm % Хт i fftj ; Xm/eXttt&XtrrjG Zxnji а чеРез Хт - декартово произведение множеств из Х%х , X%i =:-xiXmJ:Xfnj X%l}, По аналогии обозначим через Zum декартово произведение выходных компонент, которые могут участвовать в соединении. Тогда автомат Вщ можно представить в виде Bmzc::(XtnKZXm)i \YfnitZytri9 Аналогично автомат В/,, можно представить в виде (YL Zyk) При таком представлении автоматы 3, и В могут быть отнесены к классу соединяемых систем Sz , для которых справедливы следующие операции соединения [ЗЗ]. Определение I. Пусть операция О; Sz Si" Sz и такова, что /0 если »5/с /л л А сИЙ Х Тогда операция называется каскадным соеди нением (или каскадной соединяющей операцией). Определение 2 . Пусть операция + : S S S2 такова, что &f 55 ели Si =(Xi Zxi)xYj z z х С(х„хл, z), (уіг уг)) є Sz = «х , zA yd e S/ «Ь,г),ул) є Sj. Тогда операция -f называется параллельным соединением (или параллельной соединяющей операцией). Определение 3. Пусть $ - отображение 5Z" «S Z , такое, что F(f) — &z , ще S CJPxZxJx (Y «Z?),a S2 =X Y , ZX=Z#=:Z и Тогда отображение называется замыканием обратной связи (или операцией замыкания обратной связи) Примеры использования операций соединения приведены на рис. 2.3. Воспользовавшись вышеприведенными рассуждениями, обозначим через х.1п декартово произведение входных компонент автомата Bin , служащих для соединения с автоматом uk а через 2-ХГП- Соответствующее СемеЙСТВО КОМПОНенГНЫХ МНОЖеСТВ Xfri , k,frt fiM, Аналогично, обозначим через Zцщ декартово произведение выходных компонент автомата . , служащих для соединения — к. с автомагом В , а через Хцт. " соответствующее семейство компонентных множеств Ym к,т = 1 М, Тогда применение вышеуказанных грех основных операций соединения в сочетании с выбором отличающихся друг от друга Zxm. и Z/ n для каждого В -В позволяет описать все возможные структуры информационных связей интерфейсной системы. При таком подходе структурную организацию связей интерфейсной системы предлагается характеризовать формулой соединений, размерностью соединений и разрядностью к-га информационного канала.
Определение основных требований, условий и ограничений, предъявляемых к характеристикам внутриплатного интерфейса
Как уже было отмечено в главе 2, постоянный рост степени интеграции, совершенствование технологии производства БИС и СБИС, новые достижения системотехники в области микропроцессоров и микро-ЭВМ позволяют реализовать на одном кристалле все болеесложные законченные устройства с широкими функциональными возможностями. Благодаря этому в технике микро-ЭВМ сложилась вполне определенная тенденция перехода от многоплагных микропроцессорных систем-к одноплатным, от одноплатных конфигураций - к их реализации на одном кристалле [її] . Кроме того, ведется большая работа по стандартизации межплатных интерфейсов микропроцессорных систем [Чз, 61, 67, 79, 94-] . Эти факторы определяют следующие основные требования к внутриплатному интерфейсу БИС повышенной функциональной сложности.
1. Применение микропроцессорного набора БИС повышенной функциональной сложности для построения достаточно сложных многофункциональных одноплатных систем требует эффективного использования полезной площади платы, и, следовательно, исключения либо минимизации числа схем дополнительного оборудования, необходимого для сопряжения составных частей в единую систему, что может быть достигнуто реализацией таких вспомогательных схем, как контроллер прерываний, контроллер прямого доступа в память, схем интерфейса памяти и т.п. непосредственно на кристалле соответствующего функционального элемента (процессора, устройства ввода-вывода, памяти). В соответствии с этим должен быть определен и состав шины управления интерфейсной системы.
2. Реализация законченного функционального устройства на одном кристалле налагает жесткие требования на количество внешних выводов, используемых для связи с сигнальными линиями интерфейсной системы, ввиду сложности и высокой стоимости многовыводного кристалла. Это ограничение носит долговременный характер, сложно преодолевается и является одним из факторов, ограничивающим производительность микропроцессорных систем [20 J . Корпуса большинства БИС микропроцессорных наборов имеют обычно 40 - 48 выводов
[77 3 » поэтому при разработке внутриплатного интерфейса максимальное число внешних выводов корпуса БИС было принято оmQX = 48.
3. Повышенная функциональная сложность БИС обуславливает требование наличия в интерфейсной системе функциональных возможностей, позволяющих организовать прямой доступ к памяти, арбитраж системной шины и организацию приоритетной системы прерываний,
4. Функциональные и электрические характеристики интерфейсной системы должны обеспечивать на определенном этапе ее независимость от развития технологической базы, гарантируя наиболее эффективную совместимость вновь создаваемых БИС с существующими и будущими микропроцессорными изделиями независимо от их разрядности и быстродействия.
5. Построение многоплатных систем требует использования стандартной межплатной интерфейсной системы. Так как стоимость интерфейсной системы зависит от сложности входящих в нее интерфейсных элементов, то необходимо обеспечить возможность сопряжения внутриплатного интерфейса с принятым в данной отрасли стандартным межплатным интерфейсом с минимальным количеством дополнительного оборудования. Выполнение этого условия позволяет экономить полезную площадь плат, применять платы небольшого размера и делает целесообразным принцип функционального разделения системы [71] , обеспечивающий минимальную избыточность спроектированной многоплатной системы.
6. Разрабатываемый внутриплатный интерфейс должен быть ориентирован на применение преимущественно в 16-разрядных микропроцессорных системах.
С целью ограничения числа рассматриваемых вариантов парамегры структурной организации интерфейсной системы следует определять в следующей последовательности: определение разрядности информационного канала 2 ; определение размерности интерфейсной системы (4 ; определение формулы соединений (установление структурной организации связей).
Из формулы (2.1) следует, что пропускная способность зависит от соотношения формата слова передаваемой информации и разрядности информационного канала. Максимальная (при прочих равных условиях) пропускная способность может быть достигнута тогда, когда
Фи 2 , РИ - формат слова передаваемой информации; -разрядность информационного канала. В противном случае ( Фц ) требуется выполнение более одной операции обмена для передачи одного слова информации. С другой стороны, нежелательно, чтобы часть информационных линий работали "вхолостую", что имеет место при т - 2 . Наиболее целесообразен вариант Фц — % . Так как разрабатываемый интерфейс предназначен для построения 16-разрядных микропроцессорных систем, го с целью достижения максимальной пропускной способности выбираем # « / .
Ввиду ограничения числа внешних выводов кристаллов особую актуальность приобретает вопрос о мультиплексировании информационного канала (передачи по нему как данных, так и адресов). Применение раздельных шин адреса и данных влечет за собой либо ограничение их разрядности, либо ограничение разрядности шины управления и, как следствие, ее мультиплексирование, что, в свою очередь, требует либо дополнительного внешнего оборудования при создании микро-ЭВМ, либо включения этого оборудования в состав интерфейсной части всех БИС, входящих в микро-ЭВМ.
Реализация основных интерфейсных функций приборного интерфейса на многоплатной и одноплатных микро-ЭВМ семейства "Электроника С5И
С помощью предложенной методики автором были разработаны структурные схемы подключения многоплатной и одноплатных микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" к каналу общего пользования (КОП) приборного интерфейса по ГОСТ 26.003-80 и комплекс программ для реализации подмножеств интерфейсных функций Ту , Ф& и Фр (см, табл. 4.1). Структурная схема подключения микро-ЭВМ к КОП при реализации подмножества Ф rs приведена на рис. 4.5. Схема установки псевдосостояния синтезирована в соответствии с выражением (4.2). Структура программного обеспечения представлена на рис. 4.6. Программа "ИНТЕРФЕЙС" выполняет диаграммы состояний интерфейсных функций П и СП. Каждому состоянию интерфейсных функций поставлен в соответствие разряд регистра общего назначения, а сигналам ГПпр и ДППр - разряды регистра цифровых выходов. Кроме того один цифровой выход используется для сигнала выхода из псевдосостояния (ВЫХ). Анализ значения сигналов УП и СД производится программным опросом соответствующих цифровых входов, настроенных на прием потенциальных сигналов. Переходы по сигналу ОИ осуществляется с помощью подпрограммы, инициируемой по входу прерывания. Если прибор не адресован в качестве приемника, го по окончанию передачи системным контроллером интерфейсной информации (УП: = 0) происходит переход к программе "ПРИБОР", осуществляющей управление операционной частью устройства. Инициирование программы "ИНТЕРФЕЙС"
ОТ осуществляется сигналом УП по входу прерывания. Установка при этом псевдососгояния позволяет запрещать прерывания на участках программы "ПРИБОР", подлежащих полному завершению. Объем памяти, занимаемый программой "ИНТЕРФЕЙС", не превышает 120 слов. Программа "ПРИЕМ" осуществляет прием зависимых приборных сообщений и их передачу в операционную часть устройства. Такая структура программы позволяет встраивать микро-ЭВМ в различные приборы, изменяя лишь программы "ПРИБОР" и "ПРИЕМ" с учетом специфики каждого конкретного прибора.
Используя вместо программы "ПРИБОР" стандартную программу "ВУ", обеспечивающую взаимодействие микро-ЭВМ со штатным внешним устройством, можно осуществить сопряжение данного устройства с КОП приборного ингерфейса. Подобная разработка была осуществлена автором для сопряжения накопителя на гибких магнитных дисках НГМД - 70 с КОП приборного интерфейса с помощью микро-ЭВМ "Электроника С5-02" и "Электроника C5-2IM". При этом в программе "ИНТЕРФЕЙС" было реализовано подмножество интерфейсных функций Ф -{П, СП, И, СИ} . Объем памяти, занимаемый программой "ИНТЕРФЕЙС" не превышает 230 слов. Обеспечиваемая скорость передачи данных составляет до 2 кбайг/с для микро-ЭВМ "Электроника С5-02" и до 40 кбайт/с для микро-ЭВМ "Электроника C5-2IM". Структурные схемы подключения НГМД-70 к КОП приборного ингерфейса с помощью указанных микро-ЭВМ приведены на рис. 4.7.
Введение в состав прибора микро-ЭВМ в некоторых случаях позволяет кроме функций управления приборной частью возложить на микро-ЭВМ выполнение интерфейсных функций по сопряжению с КОП. Однако при такой организации интерфейсной части прибора прием и расшифровка интерфейсных сообщений, не относящихся к данному прибору, требуют временных ресурсов микро-ЭВМ (рис. 4.8), что не всегда является допустимым. В таких случаях интерфейсная часть должна выполняться отдельно и начинать взаимодействие с приборной частью лишь после расшифровки интерфейсных сообщений, относящихся к данному прибору.
Аппаратная реализация интерфейсных функций приборного интерфейса требует более 50 корпусов схем малой и средней степени интеграции и довольно длительного срока разработки, гак как приборный интерфейс имеет сложный логический протокол и труден для освоения. С целью уменьшения затрат оборудования и исключения из процесса разработки подробного изучения функциональных спецификаций стандарта предлагается для сопряжения устройств с КОП применить однокристальную микро-ЭВМ "Электроника C5-3I". Выбор данной микро-ЭВМ обусловлен, в основном, наличием развитых систем прерывания и программируемого ввода-вывода.
