регистрация / вход

Реализация системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора (К1804)

Разработка структуры аппаратных средств на основе алгоритма функционирования микропроцессора. Распределение переменных по внутренним регистрам МП. Организация условных переходов. Формат микрокоманды и ее общая длина. Расчёт времени работы программы.

Реализация системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора (К1804)


Введение

Микропроцессорный комплект серии К1804 включает в себя ряд модулей для построения операционных и управляющих устройств. Основой операционного устройства (ОУ) может служить микропроцессорная секция (МПС) ВС1 и ВС2. Кроме того, могут использоваться схема ускоренного переноса ВР1 и устройство управления сигналами состояния и сдвига ВР2.

Блок микропрограммного управления может быть построен на основе схем формирования адреса микрокоманды ВУ4 и ВУ1(ВУ2) , ВУ3.

Для построения ОУ выберем микропроцессорную секцию ВС2. Разрядность секции равна четырём. Следовательно, для построения 16-ти разрядного ОУ необходимы четыре секции. Микропроцессорная секция К1804 ВС2 имеет 16 РОН с двумя выходными портами считывания и фиксаторами входных данных, три внешних информационных шины: входная DA, двунаправленные DB и Y - арифметико-логическое устройство со сдвиговым устройством на выходе, многофункциональный регистр со сдвиговым устройством на входе, дешифратор 9-ти разрядного кода операции микрокоманд. Каскадное соединение четырёх секций с использованием схемы ускоренного переноса К1804ВР1 производится по стандартной схеме.


1. Разработка структуры аппаратных средств

Основой для разработки системы является, как и прежде, алгоритм функционирования. Согласно этому алгоритму определим, в каких запоминающих элементах будут храниться используемые переменные.

Распределение переменных по внутренним регистрам МП секции приведено в табл.1.

Таблица 1 ¾ Таблица соответствия

Переменные РОН секции ВС2

Шестнадцатиричный адрес

ОН

Xц , Yц R1 1
Rmin R2 2
Xт, Yт R3 3
Xт’ , Yт’ R4 4
R R6 6
I R11 B
J R12 C
L R13 D
K R14 E

Cтруктурная схема системы изображена на рис. 1.

Исходные данные (m, r, Xцн, Yцн) с пульта управления заносятся в регистры PM, PR, PXYЦ.

Информация в этих регистрах может быть прочитана в МПС по шине Y. Таким образом, источниками шины Y являются регистры PM, PR, PXY и выход сдвигового устройства АЛУ.

В результате выполнения алгоритма в конце каждого кадра выдаются координаты центра объекта. Для их запоминания необходимы регистр PXY. Информация в этот регистр заносится с шины Y.

МПС не имеет отдельной адресной шины, поэтому необходимо организовать запоминание адреса внешней памяти в специальном регистре.

Адрес ОЗУИ запоминается в регистре адреса РА, информация в который загружается с шины Y. Адрес ПЗУ формируется счётчиком адреса СчА, начальная загрузка которого также производится по шине Y. Формирование адреса с помощью СчА позволяет совместить по времени выполнение операций формирования адреса ОЗУИ и ПЗУ.

Таким образом приёмниками шины Y являются PXY, РА, СчА и РОНы МПС, причём возможна одновременная запись в РОН и один из оставшихся приёмников, а также отсутствие записи во все приёмники.

ОЗУИ и ПЗУ подключены к шинам DA и DB соответственно, что позволяет осуществить их одновременное чтение. В алгоритме предполагается формирование адресов отдельно по координате X и Y. Целесообразно осуществлять формирование адресов одновременно по двум координатам в одном 16-ти разрядном регистре. Для этого необходимо сформировать специальные константы. Так, для одновременного выполнения микрокоманд Y4 и Y5 необходимо сформировать константу

С1 = ; Y8, Y9 ¾C2 = ; Y18, Y19 ¾C3 = и Y25, Y26 ¾C4=

Формирование констант С1 ¾ С4 предполагает выполнение микрокоманд сдвига вправо и влево. Для обоих сдвигов в освободившиеся разряды записывается нуль.Организация сдвигов достигается подключением к входам - выходам сдвигов повторителей с тремя состояниями, на вход которых подан логический нуль. Все управляющие сигналы формирует устройство управления, схема которого показана на рис.2.

Устройство управления включает в себя память микрокоманд (ЗУМК), регистр микрокоманд, дешифратор источников шины Y (DC1), дешифратор приёмников шины Y(DC2), коммутатор условий М, D - триггер для хранения младшего разряда адреса ЗУМК, генератор тактовых импульсов (ГТИ), схему «пуска-останова», включающую в себя триггер пуска (ТП), одновибратор (ОВ), инвертор и схему «И».

Данное устройство является микропрограммным устройством с принудительной адресацией.

Адрес следующей микрокоманды задаётся непосредственно в соответствующем поле (АМК0 - АМК7).

Организация условных переходов осуществляется путём модификации младшего разряда адреса, на вход которого в зависимости от кода условия (АУС) через мультиплексор подаются сигналы по значениям которых необходимо произвести переход. Для реализации алгоритма достаточно два разряда для кода условия. Значения кодов условия (АУС) и соответствующие им сигналы приведены в табл. 2.

микропроцессор аппаратный переменная программа

Таблица 2 ¾ Коды условий

АУС Сигналы
0 АМК0
1 N(знак)
2 Z(нуль)
3 EW

Рисунок 1 ¾ Структурная схема вычислительного устройства на МП

Рисунок 2 ¾ Схема устройства управления


Таким образом, для формирования адреса следующей микрокоманды необходимо 10 разрядов поля микрокоманд.

Использование схем формирования адреса микрокоманды К1804 ВУ4 или К1804ВУ1(2) и ВУ3 потребовало бы не менее 12 разрядов поля микрокоманд и значительно большие аппаратурные затраты.

Схема «пуска-останова» служит для начальной установки РМК, разрешения подачи тактовых импульсов (ТИ) с ГТИ на все схемы по сигналу «Пуск» и прекращения их подачи по сигналу «Ост» Она работает следующим образом. Сигналом «Пуск» сбрасываются в нуль РМК и триггер младшего разряда адреса. Сигнал «Пуск», задержанный с помощью одновибратора, по заданному фронту тактового импульса устанавливает в «1» ТП, который открывает схему «И» и разрешает прохождение через неё ТИ. Сигналом «Ост.» ТП сбрасывается в нуль и закрывает схему «И».

2. Формат микрокоманды

Рассмотрим теперь формат микрокоманды. Для управления МПС необходимо 20 разрядов микрокоманды: код операции I0-I9, EA, OEB, A0-A3, B0-B3, Cn.

Поля СО и СS предназначены для управления направлением сдвига сдвигового устройства регистра Q и сдвигового устройства АЛУ соответственно.

Поле IY определяет код источников шины Y. Содержимое этого поля дешифруется и подключается к шине Y одного из источников. Значения поля IY и соответствующие им регистры приведены в табл. 3.

Поля АУС и АМК были рассмотрены ранее. Таким образом, общая длина микрокоманды равна 37 разрядам.

Микрокоманда составляется в процессе последовательного анализа вершин алгоритма и интерпретации каждой вершины одной или несколькими микрокомандами. Микропрограмма приведена в табл. 4. Значения всех полей микрокоманд приведены в шестнадцатиричной форме. В примечании в символьном виде дана операция, выполняемая данной микрокомандой и соответствующая микрокоманда из граф - схемы алгоритма. Микрокомандами с адресами 01-10 формируются константы С1, С2, С3 и С4, которые заносятся соответственно в РОН МПС R7, R8, R9, R10. Микрокоманды с адреса 20 строго соответствуют граф - схеме алгоритма.

3. Расчёт времени работы программы

Микрокоманды с адресами 00-1F выполняются однократно в начале работы, затем на каждом кадре ¾ микропрограмма с адреса 20.

Таким образом, при расчёте временных параметров будем учитывать только эту циклическую часть микропрограммы. Время её выполнения:

tц.

Время цикла tц и соответственно тактовая частота определяется длительностью самого длинного пути прохождения сигналов. Самый длинный путь: чтение ОЗУ (ПЗУ) ¾ выполнение операции в АЛУ ¾ запись в РОН. Адрес ОЗУИ(ПЗУ) в микропрограмме формируется заранее и поэтому данные на выходе ОЗУИ (ПЗУ) к моменту выполнения микрокоманды, их использующей всегда готовы. Время цикла от наиболее длинного пути самих МПС. В литературе описан расчёт такого пути для 16-ти разрядного процесса на МПС К1804ВС2. Время цикла не превышает 200 нс. Пусть tц = 200 нс, тогда Т = 8 мс. Полученное время удовлетворяет ТЗ.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий