Основные положения проектирования микропроцессорных устройств

В устройствах управления объектами (контроллерах) на основе МП аппаратные средства и программное обеспечение существуют в форме неделимого аппаратно-программного комплекса. При проектировании контроллеров приходится решать одну из самых сложных задач разработки, а именно задачу оптимального распределения функций контроллера между аппаратными средствами и программным обеспечением. Решение этой задачи осложняется тем, что взаимосвязь и взаимовлияние аппаратных средств и программного обеспечения в микропроцессорной технике претерпевают динамичные изменения. Если в начале развития МП — техники определяющим было правило, в соответствии с которым аппаратные средства обеспечивают производительность, а программное обеспечение — дешевизну изделия, то в настоящее время это правило нуждается в серьёзной корректировке. Так как МП представляет собой стандартный массовый (относительно недорогой) логический блок, конкретное назначение которого определяет пользователь с помощью программного обеспечения, то с ростом степени интеграции и, следовательно, функционально-логических возможностей МП резко понижается стоимость изделия в пересчёте на выполняемую функцию, что в конечном итоге и обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей изделий на МП. При этом затраты на разработку программного обеспечения изделия в 2−10 раз превышают (за время жизни изделия) затраты на приобретение и изготовление аппаратных средств [3].

В настоящее время наибольшее распространение получил методологический приём, при котором весь цикл разработки контроллеров рассматривается как последовательность трёх фаз проектирования:

• 1. Анализ задачи и выбора (и/или разработки) аппаратных средств контроллера;
• 2. Разработка прикладного программного обеспечения;
• 3. Комплексирование аппаратных средств и программного обеспечения в прототипе контроллера и его отладки.

Фаза разработки программного обеспечения, т. е. фаза прикладных программ, в свою очередь, разбивается на два существенно различных этапа:

От постановки задачи к исходной программе;

От исходной программы к объектному модулю.

Этап разработки «от исходной программы к объектному модулю» имеет целью получение машинных кодов прикладных программ, работающих в МП. Этот этап разработки прикладного программного обеспечения легко поддаётся формализации и поддержан всей мощью системного программного обеспечения МП, направленного на автоматизацию процесса получения прикладных программ. В состав средств системного программного обеспечения входят трансляторы с различных алгоритмических языков высокого уровня, ассемблеры, редакторы текстов, программы — отладчики, программы — документаторы, и т. д. Наличие всех этих системных средств придаёт инженерной работе на этом этапе проектирования контроллеров характер простого конструирования, без большого объёма творческой инженерной деятельности. Так как на конечном изделии (контроллере) имеются только «голый» МП и средства его сопряжения с объектом, то выполнять отладку разрабатываемого прикладного программного обеспечения на нём невозможно (из-за отсутствия средств ввода, вывода, ОЗУ большой ёмкости и операционной системы), и, следовательно, разработчик вынужден обращаться к средствам вычислительной техники для выполнения всех формализуемых стадий разработки: трансляции, редактирования, отладки, загрузки объектных кодов в программируемую постоянную память МП. Попутно отметим, что системные средства автоматизации разработки прикладных программ МП на этапе «от исходной программы к объектному модулю» широко распространены и существуют в среде операционных систем микроЭВМ и присутствуют в операционных системах персональных компьютеров как отдельные пакеты инженерных программ [4].

Совсем по-другому выглядит инженерный труд на этапе разработки программного обеспечения «от постановки задачи к исходной программе», так как он практически не поддаётся формализации и, следовательно, не может быть автоматизирован. Проектная работа здесь носит творческий характер, изобилует решениями, имеющими сугубо субъективную окраску, и решениями, продиктованными конъюнктурными соображениями. В силу перечисленных обстоятельств именно на этапе проектирования «от постановки задачи к исходной программе» разработчик сталкивается с наибольшим количеством трудностей.

Качество получаемого прикладного программного обеспечения контроллера всецело зависит от уровня проектных решений, принятых на этапе «от постановки задачи к исходной программе». Уровень проектных решений, в свою очередь, из — за отсутствия теории проектирования программируемых контроллеров определяется только опытом, квалификацией и интуицией разработчика. Однако накопленный опыт убеждает в том, что систематический подход к процессу разработки прикладных программ для контроллеров обеспечивает достижение хороших результатов даже начинающими разработчиками.

2. Специальный раздел

В настоящем разделе приведено техническое задание на разработку контроллера компенсатора. Выбирается и обосновывается элементная база контроллера. Разрабатываются аппаратные средства и программное обеспечение контроллера. Рассмотрена технология отладки аппаратных и программных средств.