NEU-2002

Интенсивное развитие высокоточных технологий и информационных систем стимулирует разработку методик обучения проектированию многопроцессорных систем обработки информации измерительных приборов и управления оборудованием. Цель работы ? создание многопроцессорной измерительной системы, позволяющей автоматизировать широкий класс экспериментальных исследований и одновременно являющейся демонстрационным стендом для изучения принципов параллельной обработки информации.

Функции сбора и первичной обработки данных, управления исполнительными элементами приборов выполняет программируемая многопроцессорная система (ПМС), сопряженная с персональным компьютером IBM. ПМС выполнена в виде функционально законченных модулей, размещенных в одном корпусе. Структура функциональных модулей обеспечивает обработку входных - выходных дискретных и аналоговых сигналов, количество которых определяется задачами эксперимента. Архитектура устройства допускает увеличение быстродействия, объема памяти, разрядности, числа каналов обмена информацией.

Обмен данными между ЭВМ и ПМС осуществляется с помощью программы. Программный код набирается на ЭВМ, модули, управляющие работой ПМС, создаются на машинном языке. Исполнимый код загружается в память ЭВМ и пересылается в ПМС через порт RS232. Центральная ЭВМ и ПМС могут обрабатывать информацию как последовательно, так и параллельно, результаты пересылаются в ЭВМ, накапливаются и обрабатываются. Многофункциональность и перепрограммируемость обеспечивают системе гибкость в выборе режимов работы.

Структурная схема ПМС представлена на рис. 1. Модуль ПМ1 является ведущим, т.е. отвечает за обмен информацией с IBM PC. Регистры общего назначения и программа управления ПМС находятся в отдельном модуле ОЗУ. В процессе работы ПМС блоки ПМ обмениваются информацией через магистраль МПИ. При большом потоке информации в IBM PC, данные накапливаются в модуле ОЗУ и передаются с установленной скоростью через порт RS232. Локальные ОЗУ и ПЗУ каждого программируемого модуля содержат программу работы модуля и локальную информацию. Микропроцессор каждого ПМ имеет доступ к ОЗУ и ПЗУ любого ПМ. Обмен информации между модулями осуществляется после соответствующих запросов.

В качестве учебного комплекса ПМС используется при изучении архитектуры и принципов работы микропроцессорных устройств, методов параллельной обработки информации и программирования, для формирования практических навыков создания многопроцессорных информационных систем. Методика обучения проектированию многопроцессорных устройств (МПУ) основана на решении следующих основных задач [1]:

1. разработка алгоритма функционирования устройства (АФУ);
2. выбор аппаратных средств и программного обеспечения для реализации АФУ;
3. определение типа и числа микропроцессоров (МП), обеспечивающих выполнение АФУ в реальном масштабе времени и с заданной точностью.

Первые две задачи отражают требования и технические условия к функционированию МПУ. Определение типа МП основано на анализе их программных, аппаратных и эксплуатационных возможностей.

Программные возможности характеризуются разрядностью, набором команд, методами адресации, временем выполнения команд, числом регистров общего назначения, наличием стека и его характеристиками, максимальной адресуемой памятью.

Аппаратные возможности характеризуются максимальной рабочей частотой синхронизации, напряжением питания, возможностью совмещения с другими логическими схемами, потребляемой мощностью, сложностью схемы МП, наличием в его составе вспомогательных элементов для расширения функциональных возможностей, комплектацией вспомогательными элементами (например, аппаратными умножителями, интерфейсными схемами, арифметикой с плавающей запятой и др.), размерами корпуса, количеством выводов и портов ввода-вывода и др.

Эксплуатационные возможности характеризуются стойкостью к механическим, тепловым, электромагнитным, ионизирующим, химическим и др. воздействиям.

Из совокупности МП, удовлетворяющих по своим программным, аппаратным и эксплуатационным возможностям алгоритму функционирования устройства, выделяют множество M процессорных модулей, некоторая комбинация которых M0? M является оптимальным вариантом построения обрабатывающей части МПУ. При определении M0 учитывают особенности конкретного применения МПУ в составе устройств управления контрольно-измерительным оборудованием, условия эксплуатации, энергетические ресурсы, и др.

Рис.1. Структурная схема ПМС:

УУ – устройство управления; ПМ – программируемый модуль;

МП – микропроцессор; ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

МПИ – магистраль передачи информации;

RS232 – порт

1.  Ушкар М.Н. Микропроцессорные устройства в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь. 1988.-128 с.