Пересилка повідомлення з одного комп'ютера на інший
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет комп’ютерних систем
Комп’ютерні системи та мережі
Розрахункова графічна робота
з дисципліни: «Мікропроцесорні системи»
Виконала Cултанова Регіна Юріївна
Група 402, факультет ФКС
Напрямок 8.05010201
________________
(захистила з оцінкою)
(підпис викладача)
2012 р.
Зміст
Введення
2.4.2 Режим пріорітетних переривань 9
2.4.3 Режим прямого доступа до пам’яті 11
2.5 Підключення додаткових портів 13
2.6 Система команд 19
3. Програмна частина 3
3.1 Загальний алгоритм 4
2.2 Алгоритм підпрограми 4
3.3 Лістинг програми 6
4. Висновок 3
5. Література 4
6. Доповнення: Структурна схема МПС 3
Ведення
Розвиток мікроелектроніки та широке її застосування в промисловому виробництві, в пристроях і системах управління найрізноманітнішими об'єктами і процесами є в даний час одним з основних напрямків науково технічного прогресу.
Використання мікроелектронних засобів у виробах промислового і культурно-побутового призначення не тільки призводить до підвищення техніко-економічних показників виробів (вартості, надійності, споживаної потужності, габаритних розмірів) і дозволяє багатократно скоротити терміни розробки і відсунути рядки "морального старіння" виробів, але і прийде їм принципово нові споживчі якості (розширені функціональні можливості, модифікованості, адаптивність і т.д.).
Однокристальний мікроконтролери являють собою прилади, конструктивно виконані у вигляді БІС і включають в себе всі складові частини "голою" мікроЕОМ: мікропроцесор, пам'ять програм і пам'ять даних, а також програмовані інтерфейсні схеми для зв'язку із зовнішнім середовищем. Використання мікроконтролерів в системах управління забезпечує досягнення винятково високих показників ефективності при настільки низькій вартості
Структурна організація, набір команд і апаратурно-програмні засоби введення / виводу інформації мікроконтролерів найкраще пристосовані для вирішення завдань управління і регулювання в приладах, пристроях і системах автоматики, а не для вирішення задач обробки даних.
Мікроконтролер містить незначну пам'ять, фізичне і логічне поділ пам'яті програм (ПЗП) і пам'яті даних (ЗЗП), спрощену і орієнтовану на завдання управління систему команд, примітивні методи адресації команд і даних. Вони не є машинами класичного "фон-неймановского" типу, так як фізична і логічна роздільність пам'яті програм і пам'яті даних виключає можливість модифікації і / або заміни (перевантаження) прикладних програм мікроконтролерів під час роботи.
У наш час у виробництві широко поширені однокристальні мікроконтролери, що належать серії 1816. Ця серія містить декілька видів мікроконтролерів. Характеристики деяких з них представлені в таблиці 1.1
Таблица 1.1
Тип МК |
Ємність резидентної пам'яті програм, Кбайт |
Ємність резидентної пам'яті даних, байт |
Частота синхронізації, МГц |
КМ1816ВЕ48 |
СППЗУ 1 |
64 |
6 |
КМ1816ВЕ49 |
ПЗУ 2 |
128 |
11 |
КМ1816ВЕ35 |
-- |
64 |
11/6 |
КМ1816ВЕ51 |
СППЗУ 4 |
128 |
12 |
КМ1816ВЕЗ1 |
-- |
128 |
12 |
- Технічне завдання
Розробити мікропроцесорну систему (МПС), ядром якої є процесор 1816ВЕ48. Виконати оцінку ефективності прийнятих технічних рішень.
До складу розробляється МПС повинні входити процесор (П), основна пам'ять (ОП), що містить ОЗП і ПЗП, ППА (ВВ55), а також зовнішні пристрої (ЗП), контролери переривань і прямого доступу до пам'яті.
Вихідні дані для розробки МПС визначається за табл. 1 ... 5, а також видаються керівником індивідуально кожному студенту. (У таблицях через а8 ... а1 позначені молодші розряди номера залікової книжки, представленого в двійковій системі числення). Таблицю 6 підписати у викладача.
Вибір елементної бази |
1816ВЕ48, |
Організація шини |
З розділеними шинами адреси і даних |
Вибір системи команд |
Комплексна |
КПП. КПДП |
Децентралізована |
Спосіб множення, ділення, розрядність операндів |
Множення 2-спосіб; Ділення 1 спосіб; Разрядність операндів - 16 (для делення 8) |
Кількість ЗУ |
54 |
Адреси для інтерфейсу зовніш. Пристрою (ВВ55) |
ВВ55,Р5,Р6,Р7(адр. заданы препод) D8h, D9h, DAh, DBh |
Зовнішня пам'ять програм |
ПП - 5К |
Зовнішня пам'ять даних |
ПД - 32К |
Функціональна схема |
|
Допоміжні порти, периферійні адаптери |
2. Розробка структурної схеми МК
2.1 Опис МПС
Мікропроцесорна система складається з 48 елементів.
Елемент 97 - це мікропроцесор МК1816ВЕ48. Мікроконтролер містить резидентну пам'ять програм 1Кх8 і резидентну пам'ять даних 64Кх8, пристрій управління і синхронізації, арифметико-логічний пристрій, регістр слова стану програми і таймер-лічильник. (див.розділ 2.6.)
Елементи 92,93,94,95,96 - це реалізація додаткових 4-х розрядних портів Р5, P6, Р7 Для збільшення кількості ліній зв'язку МК48 з об'єктами управління підключають додаткові 4-х розрядні порти.
Елементи 42-91 - це 50 ЗП. ЗП представлені двома регістрами: РС - регістр слова стану та РД - регістр даних. Відповідно, щоб адресувати всі пристрої нам знадобиться 100 адрес з ЗПД (див.розділ 2.4).
КПДП Децентралізованість. Для реалізації режиму прямого доступу до пам'яті системний інтерфейс мікро-ЕОМ доповнюється двома лініями для передачі керуючих сигналів "Вимога прямого доступу до пам'яті" (ВПДП) і "Надання прямого доступу до пам'яті" (НПДП) (див розділ. 2.4.3).
КПП Децентралізований. Контролер пріоритетних переривань (КПП) управляє перериваннями, які надходять від пристроїв і формує вектор переривання INT, який надходить на МК і обробляється (див.розділ 2.4.2).
Елемент 41 - це програмований периферійний адаптер ППА (580ВВ55) для підключення додаткових 8-ми розрядних портів РА, РВ, РС.Для сполучення МК з об'єктом мають велике число входів / виходів, можна розширити резидентну систему введення / виводу, підключивши до МК необхідну кількість зовнішніх портів. (див.розділ 2.5).
Елемент 40 - регістр адреса. В цьому регістрі зберігається поточний адрес необхідного елемента.
Елементи 8-39 - це зовнішня пам'ять даних 8К. Пам'ять даних призначена для запису, зберігання та зчитування даних, одержуваних у процесі обробки інформації (див.розділ 2.3).
Елементи 2-6 - це зовнішня пам'ять програм 4К. Пам'ять програм призначена для зберігання та зчитування команд, які надходять в процесор і управляють процесом обробки інформації (див.розділ 2.2).
Елементи 1 і 7 - дешифратори. У даній схемі ці елементи використовуються для вибірки необхідної сторінки зовнішньої пам'яті даних або пам'яті програм.
2.2. Підключення пам’яті програм.
Пам'ять програм призначена для зберігання та зчитування команд, які надходять в процесор і управляють процесом обробки інформації. Загальний обсяг адресується пам'яті програм ОМЕВМ сімейства МК48 становить 4 Кбайт, при цьому, на відміну від мікросхем КР1816ВЕ35, КР1816ВЕ39 і КР1830ВЕ35, де весь обсяг пам'яті зосереджений у зовнішньому ЗП, в мікросхемах КМ1816ВЕ48, КР1816ВЕ49 і КР1830ВЕ48 пам'ять розділена на дві частини: резидентна програмна область об'ємом 1024 байт (КМ1816ВЕ48, КР1830ВЕ48) і 2048 байт (КР1816ВЕ49) і зовнішня програмна пам'ять, складова в сумі з резидентної пам'яттю 4 Кбайт. Відмінності ОМЕВМ всередині сімейства МК48, пов'язані з обсягом пам'яті.
Якщо адреса вибірки команди виходить за межі резидентної пам'яті, то автоматично ініціалізується зовнішня пам'ять.
Всі вибірки з внутрішньої пам'яті не супроводжуються ніякими зовнішніми сигналами, що генеруються ОМЕВМ, крім сигналу ALE (Address Lunch Enable), який виробляється незалежно від режиму використання ОМЕВМ і є ідентифікатором машинного циклу. При зверненні до зовнішньої пам'яті програм вміст 12-розрядного лічильника команд виводиться на 8-розрядну шину даних (порт Bus) і чотири молодших розряди порту P2. Сигнал ALE заднім фронтом фіксує виставлений адресу. Сигнал PME стробірующій вибірку байта із зовнішньої пам'яті програм. Байт з пам'яті програм приймається в ОМЕВМ через шину даних (порт Bus).
Пам'ять, розташована на кристалі мікросхеми, займає адресний простір від 0000h до 03FFh (КМ1816ВЕ48, КР1830ВЕ48) або до 07FFh (КР1816ВЕ49).
Рис.3. Структура МК-системи із зовнішньою пам'яттю програм і зовнішньою пам'яттю даних
2.3. Підключення пам’яті даних
Пам'ять даних призначена для запису, зберігання та зчитування даних, одержуваних у процесі обробки інформації. Пам'ять даних, що складається з 64 осередків ОЗП розбита на два банки регістрів загального призначення (РЗП) з адресами від 00h до 07h - банк РЗП 0 і з адресами від 18h до 1Fh - банк РЗП 1. Карта розподілу пам'яті даних. Перемикання банків здійснюється програмним шляхом за допомогою команд Sel RB0, SEL RB1.
Комірки ОЗУ з адресами від 20h до 3Fh використовуються тільки як ОЗУ даних. Восьмирівневий 16-розрядний стек з адресами від 08h до 17h адресується покажчиком стека з PSW. Організація Стек. Крім того, з використанням непрямої адресації комірки стека можуть адресуватися як ОЗУ даних. ОМЕВМ сімейства МК48 не мають спеціальних команд завантаження байта в стек або його вилучення з стека.
2.4. Підключення ЗП
Основні способи обміну інформацією між пам'яттю і зовнішніми пристроями:
Режим програмного обміну
Режим пріоритетних переривань
Режим прямого доступу до пам'яті
У всіх випадках обміну основні дії підкоряються двом основним принципам:
1. У
процесі взаємодії будь-яких
2. Принцип квитування (запиту - відповіді): кожен керуючий сигнал, посланий ініціатором, підтверджується сигналом виконавця. За відсутності відповідного сигналу в плині заданого інтервалу часу формується так званий тайм-аут, ініціатор фіксує помилку обміну і припиняє дану операцію.
2.4.1 Режим програмного обміну
Режим характеризується тим, що всі дії по вводу / виводу реалізуються командами програми. При необхідності обміну у відповідному місці програми використовуються команди IN або OUT.
Для більшості ВП до виконання операцій обміну потрібно переконатися, що вони готові до обміну. Загальний стан пристрою характеризується прапором готовності. Мікроконтролер перевіряє прапор готовності за допомогою однієї або декількох команд. Якщо прапорець встановлений, то ініціюються введення або виведення деякого обсягу даних. Коли ж прапор скинутий, МК виконує цикл з повторною перевіркою прапора до тих пір, поки пристрій не стане готовий до операцій введення-виведення (рис. 5).
Рис. 4. Цикл ожидания готовности внешнего устройства
2.4.2 Режим приоритетных прерываний
Обмен с прерыванием программы, отличается от асинхронного программно-управляемого обмена тем, что переход к выполнению команд, физически реализующих обмен данными, осуществляется с помощью специальных аппаратных средств. Команды обмена данными в этом случае выделяют в отдельный программный модуль – подпрограмму обработки прерывания.
В этом режиме передача информации инициируется не процессором, а внешним устройством, генерирующим специальный сигнал прерывания IRQ. Реагируя на этот сигнал, процессор передает управление подпрограмме обслуживания устройства, вызвавшего прерывание. Действия, выполняемые этой подпрограммой, определяются пользователем, а непосредственными операциями ВВ управляет процессор.
Контроллер приоритетных прерываний (КПП) управляет прерываниями, поступающими от устройств и формирует вектор прерывания INT, который поступает на МК и обрабатывается. КПП может разрешить или запретить прерывания от разных устройств с помощью маски. Также в нем существует схема определения приоритетов от разных устройств, поэтому сигнал INT формируется из наиболее приоритетного IRQ.
Режим обмена с прерываниями позволяет организовать обмен данными с ВУ в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в микроЭВМ.
На рисунке 6 показана структурная схема соединения КПП и внешних устройств и микропроцессорной системе.
Рис. 5. Подключение КПП
На рисунке 7 показано подключение 18 ВУ к ИС К1804ВН1, которая представляет собой контроллер прерываний для 8 устройств. Путем каскадирования можно достичь подключения нужного количества устройств в системе. ИС ВР3 управляет работой нескольких ИС ВН1 и подает адрес подпрограммы обработки прерывания на память программ микропроцессорной системы.
Рис. 6. Функциональная схема КПП
2.4.3 Режим прямого доступа к памяти
В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью системы происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.
В режиме прямого доступа к памяти действия процессора приостанавливаются, он отключается от системной шины и не участвует в передачах данных между основной памятью и быстродействующим ВУ. Управление полностью передается КПДП.
Более распространенным является ПДП с "захватом цикла" и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для реализации такого режима ПДП системный интерфейс микроЭВМ дополняется двумя линиями для передачи управляющих сигналов "Требование прямого доступа к памяти" (ТПДП) и "Предоставление прямого доступа к памяти" (ППДП).
Управляющий сигнал ТПДП формируется
контроллером прямого доступа к
памяти. Процессор, получив этот сигнал,
приостанавливает выполнение очередной
команды, не дожидаясь ее завершения,
выдает на системный интерфейс
Рис. 7. Подключение контроллера прямого доступа к памяти
В микроЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управляющих сигналов "Требование прерывания" и "Предоставление прерывания" используются сигналы "Требование прямого доступа" и "Предоставление прямого доступа", соответственно.
На рисунке 8 показана схема подключения контроллера прямого доступа к памяти в микропроцессорной системе.
2.5. Подключение дополнительных портов
Для сопряжения МК с объектом имеющим большое число входов/ выходов, можно расширить резидентную систему ввода/вывода, подключив к МК необходимое количество внешних портов. Такое расширение может быть выполнено двумя способами: с использованием стандартного расширителя ввода/вывода (РВВ) КР580ВР43 или интерфейсных БИС (КР580ВВ55, КР580ВВ51).
На рисунке 9 показано расширение портов МК48 с помощью периферийного программируемого адаптера КР580ВВ55. В памяти данных МК выделяется 4 ячейки для адресов портов А, В, С и управляющего слова. В данном примере в качестве адресов портов выделяются ячейки 0DCh, 0DBh, 0DEh, 0DFh.
Рис. 8. Включение дополнительных портов ввода-вывода в адресное пространство внешней памяти данных
Рис. 9. Структурная схема селектора адресов
Программа взаимодействия МК48 с приемо-передатчиком ВВ55:
mov A, #10000010b ;инициализация ВВ55 (А, С – на ввод, В – на вывод)
mov R0, #0DFh ;запись в регистр управляющего слова
movx @R0, A
mov R0, #0DBh ;чтение данных из порта В
movx A, @R0
mov R0, #0DAh ;запись данных в порт А
movx @R0, A
mov R0, #0DEh ;запись данных в порт С
movx @R0, A
end
Вторым вариантом увеличения количества линий связи с МК может быть схема подключения специальной ИС КР580 ВР43. С ее помощью к МК можно подключить 4 дополнительных 4-разрядных порта Р4 - Р7. Данна схема обеспечивает выпонение всех четырех команд с дополнительными портами. Команды выполняются за 2 машинных цикла. В первом цикле на младшие выводы Р2 подается управляющее слово, а во втором – через указанный в управляющем слове порт осуществляется обмен информацией с МК.
На рисунке 11 показан формат управляющего слова для подключения дополнительных портов Р4 и Р7. При этом в формате управляющего слова используются только 3 младшие разряда порта Р2.
Рис. 10. Формат управляющего слова для подключения портов Р4 и Р7
Рис. 11. Подключение ИС ВР43 к МК48
2.6. Система команд.
В зависимости от реализуемого в вычислительной системе количества команд, их принято делить на два типа:
- RISC – система с сокращенной системой команд;
- CISC – система с комплексной системой команд.
Для RISC процессоров количество команд определяется десятками, а для CISC – сотнями.
Все команды по функциональному признаку делятся на группы:
- основные команды – обеспечивают преобразование информации, т.е. изменяют содержимое регистров. К ним относят: команды пересылки, сдвига, арифметические и логические команды;
- команды передачи управления – обеспечивают безусловные и условные переходы, вызов и возврат из подпрограмм;
- команды ввода-вывода – обеспечивают взаимодействие процессора с внешними устройствами. Для систем с совмещенным адресным пространством ОП и ВУ команды данного типа могут отсутствовать;
- системные команды – изменяют режимы работы процессора. Например, разрешают и запрещают прерывания, блокирую и разблокируют операции ввода-вывода, устанавливают и сбрасывают режим пошагового выполнения и т.п.
Каждая группа может делиться на подгруппы:
|
кОп |
||||
|
кОп |
A1 |
|||
|
кОп |
A1 |
A2 |
||
|
кОп |
A1 |
A2 |
A3 |
где кОп – код операции; А1, А2, А3 – адрес или информация, используемая для вычисления адреса операнда.
В зависимости от количества адресов длина команды может изменяться. Если команда безадресная (без операндов), то это, как правило, системная команда. Одноадресные команды широко используются как команды передачи управления, команды ввода-вывода. Двухадресные команды – команды основной группы. Трехадресные команды позволяют менять приемник.
Все команды МК имеют формат 1 или 2 байта и выполняются за один или два машинных цикла. Каждый цикл выполняется за 5 тактов. Частота синхронизации тактов составляет F/3, а циклов – F/15. Например, при задающей частоте F=6 MHz длительность тактов и циклов составляют 0,5 и 2,5 мкс соответственно. За два машинных цикла выполняются все команды ввода/вывода, команды передачи управления и работы с подпрограммами, а также команды пересылок MovX, MovP и MovP3. Все остальные команды выполняются за один машинный цикл. В МК предусмотрена возможность совмещения выполнения одной команды и выборки следующей, что может уменьшить время выполнения команды. Система команд МК48 использует следующие обозначения:
Rr Регистр с номером r
#d Непосредственный операнд
A Адрес
@Rr Операнд, косвенно адресуемый через Rr
В ассемблере МК48 возможны
следующие директивы и
В кодах команд через r, b, p, a и d обозначены двоичные разряды соответственно номера регистра, номера бита, номера порта, адреса и непосредственного операнда. В графе «пояснение» запись типа СК[11-8].A означает 12-разрядное двоичное слово, восемь младших разрядов которого являются содержимым аккумулятора А, а четыре старших разряда – содержимым битов (11-8) счётчика команд СК. Операнд по косвенному адресу записывается с использованием скобок: (). Например, запись A:=(Rr) означает, что в аккумулятор записывается число, взятое из ВПД по адресу регистра Rr.
Существуют такие основные группы команд:
- Команды обращения к аккумулятору
- Команды обращения к внутренней памяти данных
- Команды работы с внешней памятью данных (ВПД)
- Команды обращения к памяти программ
- Команды обращения к PSW
- Команды обращения к таймеру/счетчику (TCNT)
- Команды установки признаков
- Команды обращения к портам Р1 и Р2
Команды обращения к портам Р4 - Р7
- Команды обращения к порту BUS
- Команды управления программой
- Команды задания режимов
3.2 Алгоритм ппідпрограми
Множення 2-й спосіб
Ділення 1-й спосіб
Операційні схеми
Операційна схема пристрою ділення першим способом із зсувом залишку (розрядність операндів 8)
Операційна схема множення 2-м способом (розрядність операндів 16)
Висновок
У даній розрахунково-графічній роботі була розроблена мікропорцесорна система, яка може бути використана для вирішення різних типових розрахункових завдань.
Для підвищення швидкодії шляхом вивільнення процесорного часу, в даній мікро-ЕОМ використані такі розширення фон-неймановську архітектури:
Контролер прямого доступу до пам'яті.
Контролер пріоритетних переривань.
Схема прискореного переносу та формування ознак.
Дана мікропроцесорна система є високонадійним і відносно дешевим засобом обчислювальної техніки і може бути використана в різних галузях виробництва для комп'ютеризації різних об'єктів і процесів.
Використана література
1. В.И.Жабин, В.В.Ткаченко
2. Шкурко А.И., Процюк Р.О., Корнейчук В.И Компьютерная схемотехника в примерах и задачах.- К.: Корнійчук, 2003.- 144 с.
3. Процюк Р.О., Корнейчук В.И, Кузьменко П.В., Тарасенко В.П. Компьютерная схемотехника (краткий курс).- К.: Корнійчук, 2006.- 433 с.
4. Нефедов А.В. Интегральные
5 Нефедов А.В. Интегральные
6. Интернет страница
http://dfe3300.karelia.ru/koi/
Микропроцессоры. Ершова Н.Ю., Ивашенков О.Н., Курсков С.Ю.
7. Интернет страница
http://ofap.ulstu.ru/files/
Справочник
по однокристальным
