pWR sOUT

>

-MWRIT£

заземляющих линий и четыре линии питания распределяют нестаби-лизированное постоянное напряжение между отдельными платами, каждая из которых должна иметь собственные стабилизаторы для получения нужных стабилизированных напряжений (обычно это +5 и dzl2 В). Шина имеет 16 адресных линий (Ао-Ag) и предусматривает возможность увеличения их числа до 24. Два 8-битовых комплекта линий данных используются один для записи (DOot) и один для считывания (DIq.); кроме того, предусматривается возможность их совместного использования в качестве 16-битовой двунаправленной шины данных. Комплект линий состояния, названия которых помечены строчным s (например, sMEMR), служит для указания природы совершаемых

READ .

Рис. 11,27. Генерация импульса MWRITE для шины S100.

pSYNC , f

pSTATUS pBBlN

У Адрес установлен ~Х )( Состояние устанавленоХ

/-U

X Данные

WRITE

pSYNC

ADDRESS pSTATUS

MWRITE

7-V y-\ y- J-\ .

X Лдрес устанавлен ~)( X Состояние устанавлена)(

X данные )(

о-100

Рис. 11.28. Идеальная синхронизация для шины SIOO: READ и WRITE.

процессором действий. Названия стробирующих импульсов, которые генерирует ЦП, помечены строчным р (например, pDBLN, data bus in , т. е. ввод с шины данных ). Исключением является импульс MWRITE,

который может генерироваться где-либо в системе при помощи логического NOR, примененного к pWR и sOUT (см. рис. 11.27).

Два синхронизирующих сигнала ЦП также могут быть сняты с шины. Это тактовый сигнал (T-state), названный Фа, обычно имеющий частоту 2 или 4 МГц, и синхроимпульс машинных циклов (М - cycle), названный pSYNC, Существует еще дополнительная линия синхроимпульсов с частотой 2 МГц, которую можно использовать для синхронизации; эта линия может не иметь отношения к синхронизирующим сигналам ЦП. На рис. 11,28 в связанном с тактовым сигналом Фа относительном масштабе времени показаны требования стандарта S100 к синхронизации для операций считывания и записи.

Шины S100

SMEMR pDBlN

MWRITE

PHANTOM

а

Шины S100

pDBlN SlNP

pWR sOUT

Логичесное устройство памяти

Стробы для платы памяти

=г>

L>

read

(порать данные на DIq--j)

-write

(Принять данные с DDo-?)

1+5 Г\

У4>ТТ

SELECT

Логическое vctpqhctbq 8/в

Стробы для схем В/8

1-у , н-С

> >

READ

[подать данные hbDIq-j)

write

(зафиксировать данный

DOq-7)

.SELECT

ч

Логическая схема выбора > устройства

SELECT

Рис, И 29. Использование шины S100.

а - логическое устройство памяти, б - логическое устройство ввода/вывода,

- Пример. На рис. 11.29 показано, как использовать сигналы шины S100 для считывания и записи данных. Во время выполнения процес-

сором операции считывания периферийное устройство подает, отпирая свои буфера с тремя состояниями, данные на линии DIo-? и принимает данные с линий DOo. когда ЦП осуществляет запись. При дешифрации поступающего по линиям Ajg адреса выбранного устройства оно генерирует сигнал SELECT. Сигнал PHANTOM процессор устанавливает, чтобы задержать нормальный обмен данными с памятью; этот сигнал используется, например, чтобы подключить программу от энергонезависимого следящего ПЗУ. Мы видим, что программируемый ввод/вывод на шине S100 выполняется очень просто.

Другие шины. Шина S100 - это любительская шина, хотя стандартизация ИИЭР и расширила сферу ее приложений. Кроме S100 существует еще несколько стандартов на шины, которые обычно используются для промышленных разработок. В основном они предназначены скорее для специализированных устройств, основанных на применении микропроцессоров, чем для систем микро-ЭВМ общего назначения.

Intel Multibus. Фирма Intel обнародовала стандарт для шин, известный как Multibus, который в настоящее время проходит стандартизацию в ИИЭР. Это - шина общего назначения, которую можно использовать с любым микропроцессором. Ее разъемы имеют по 86 выводов (сдвоенные разъемы по 43 вывода на торцах плат) с шагом 0,156 дюйма (4 мм) при размере плат 6,75X12 дюймов \ Ряд изготовителей уже предлагают совместимые платы ЦП, памяти и устройств ввода/выво1а. Шина имеет 20 адресных линий (1 Мбайт) и удобна для мультипрограммирования. Платы для той шины обычно дороже, чем выполняющие те же функции платы для шины S100.

Шина STD. Эту шину предложили фирмы Pro - Log и Mostek, и она тоже проходит стандартизацию в ИИЭР. Ее отличительная особенность малые размеры: платы с размерами 4,5x6 дюймов вставляются в розетки разъемов с 72 выводами (сдвоенные разъемы по 36 выводов) при шаге между контактами 0,1 дюйма \ Многие изготовители уже предложили совместимые платы.

11.13. Другие микропроцессоры

Подобно любому дарвиновскому процессу, эволюция микропроцессоров происходит в нескольких расходящихся направлениях. В результате борьбы за существование некоторые из менее приспособленных видов стали вымирающими. В качестве примера различных путей эволюции можно привести разделение процессоров на имеющие специальные команды ввода/вывода и а те, которые требуют организованного как память ввода/вывода , при котором регистры периферийных устройств выглядят просто как отдельные ячейки памяти. Далее существует разделение, созданное машинами, которые для боль-

Соответственно 171X304 мм.- Прим. перёв. > Соответственно 114, 152 и 2,54 мм,- Прим, перев.

шинства арифметических операций используют память вместо регистров. Еще один выбор связан с использованием имеющегося расположения выводов: некоторые ЦП могут использовать одни и те же выводы для разных целей, чтобы обеспечить большую гибкость в пределах ограничений, налагаемых корпусом с 40 выводами. Затем возникает вопрос о длине слова (4, 8 или 16 бит), об организации стеков и об удобстве системы команд. Каждый микропроцессор имеет свой собственный язык ассемблер, что является еще одним камнем преткновения для начинающего. Помимо обычной технологии л-МОП для изготовления некоторых микропроцессоров применяются другие типы технологии (например, логические схемы с двойной инжекцией, ЭСЛ, р-МОП и КМОП), что позволяет оптимизировать быстродействие, плотность упаковки или вычислительную мощность.

Среди микропроцессоров, предназначенных для специализированных приложений, могут существовать еще более резкие различия. Существуют одночиповые процессоры, имеющие на своем кристалле ЗУПВ, ПЗУ и даже аналого-цифровые преобразователи (например, процессор 8022, который мы упоминали в разд. 8.27). На другом полюсе находятся мощные 16-битовые ЦП вроде Z8000 и MC68000, которые перекрывают вычислительные возможности мини-ЭВМ, но для полного проявления своих улучшенных качеств нуждаются в расширенном аппаратурном и программном обеспечении. С^ествуют даже изготовленные на одном чипе микропроцессоры с поразительной длиной слова в 32 бит.

Во всех примерах этой главы мы использовали микропроцессор 8085, и нам не хотелось бы оставить у читателя впечатление, что другие процессоры менее пригодны для использования. Перечисленные в табл. 11.9 микропроцессоры представляют собой небольшую выборку из числа наиболее популярных на сегодняшний день. При составлении этой таблицы мы не задавались целью провести исчерпывающее перечисление всех существующих микропроцессоров.

11.14. Платы программирования, системы и эмуляторы

Каким образом вы собираетесь осуществить составление, трансляцию, отладку и загрузку в ПЗУ той программы, которая нужна для сконструированного вами прибора? Вот главная проблема, в особенности для новичка, в работе с микропроцессорами. Для ее решения существует несколько методов, связанных с использованием различных устройств, начиная от простых плат программирования до детально развитых систем разработки и эмуляторов языков высокого уровня, имеющих терминалы и память на дисках. В этом разделе мы попытаемся опирать, какое оборудование имеется в наличии и как оно может быть использовано при конструировании оборудования с микропроцессорами.

Платы программирования. Один из простейших способов начать дело - это купить плату программирования для процессора ко-

Таблица 11.9

Типичные микропроцессорные ЦП

Продолжение

примечание: звездочка указывает, что микропроцессор исторически важен или специально рекомендуется Скобки означают использование регистра разными способами, но не дополнительные регистры

торый вы используете. Их всегда можно получить у изготовителя, а часто и у других поставщиков. Например, для микропроцессора 8085 Intel изготовляет набор SDK-85, aMOS Technology делает KlM-1 для микропроцессора 6502. Платы программирования для 6502 предлагают также Synertek и Rockwell (AIM-65). Эти платы имеют небольшое клавишное устройство, шестнадцатеричный дисплей, ЗУПВ, ПЗУ, параллельные порты В/В и пространство для макетирования, куда можно добавлять выбранные вами схемы специального назчачения. Часто

fРис. ИЗО Плата программирования SDK-85 для ЦП 8085. (С разрешения Intel I Corporation ) *

ЭТИ панели имеют также устройства последовательного ввода/вывода для соединения с терминалом или с недорогим кассетным блоком магнитной ленты для хранения программ. В ПЗУ, которое вы получаете Вместе с платой, уже записаны программы, позволяющие вводить в ЗУПВ программы с клавишного устройства, выводить на дисплей со-

держимое ячеек ЗУПВ и регистров и выполнять программы, которые вы введете в ЗУПВ. На рис. 11.30 показана плата программирования SDK-85 для микропроцессора 8085.

Плата программирования дает хорошую возможность изучить

основы работы с микропроцессором. Это, кроме того, наименее дорогой

способ ее начать. При использовании большинства плат программи-

* рования вы будете вынуждены вручную транслировать написанные вами программы, поскольку такие платы могут иметь лишь самые

* элементарные заменители ассемблера. При помощи плат программи- рования действительно можно разработать законченную программу, занести ее в ЗУПВ и испытать совместно с прибором, который вы

конструируете; однако программирование ( прожигание ) ЭППЗУ (ведь для использования в окончательном варианте специализированного оборудования, вероятно, понадобится именно этот тип памяти) может составить проблему, поскольку платы программирования не предоставляют никакой возможности для этой операции, Прожигатель ПЗУ можно взять напрокат, но желательно его приобрести или построить самому, если предполагается продолжать такое направление работы. Кроме того, вам, естественно, понадобится на плате программирования схема ввода/вывода, аналогичная исполь* ЙОВанной в специализии >- -питом устпойстве.

П^ри практической работе законченное программное обеспечение редко создается таким способом. Процесс ручной трансляции и ввода программ в память оказывается для этого слишком медленным и утомительным; но использование систем разработки в громадной степени ускорило и облегчило этот процесс.

Системы разработки. Гораздо лучшим способом разработки программ для использования в специализированных приложениях оказывается применение хорошей системы разработки. Это настоящая система микро-ЭВМ, укомплектованная алфавитно-цифровым экраном, дисками и большой памятью. Она имеет программное обеспечение для редакции текстов и программ, трансляции и отладки. Такие системы обычно позволяют также производить вычисления с использованием языков высокого уровня, таких, как Фортран и Бейсик. Системы разработки поставляются производителями микропроцессоров так же, как и некоторыми другими компаниями, например Tektronix и Future Data.

При помощи системы разработки можно написать программу на языке ассемблера, транслировать ее, затем прожечь ПЗУ, чтобы испытать программу в реальном устройстве, которое вы конструируете. Однако на практике это может оказаться довольно неудобным, потому что много времени будет уходить на стирание и повторное программирование ПЗУ. Кроме того, такая система не предоставляет легких способов для выяснения причин возможных неполадок.

Более удобным способом проверки транслированной программы является эмуляция ПЗУ . При этом способе вы подключаете к разрабатываемой системе дополнительную плату и кабель с вилкой, соответствующей распайке корпуса ИМС с 24 выводами. Через этот разъем система разработки с помощью специальных программ имитирует или эмулирует ПЗУ с записанной в нем оконченной программой. Такими способом легко проверить работу этой программы в реальной cxe<:ij минуя процедуру стирания и прожигания чипов ПЗУ. Легко также делать в программе изменения и ретранслировать ее, что может понадобиться, например, при поиске ошибок. Возможно даже добавление пробных точек и остановок для облегчения диагностики возникающих проблем. Когда все работает наилучшим образом, можно прожечь ПЗУ и провести окончательную проверку. Достоинством метода эмуляции ПЗУ является его универсальность и независимости от типа

процессора. При переходе к другому процессору вам не приходится покупать новую аппаратуру. С другой стороны, этот метод не такой мощный, как метод эмуляции в схеме , к обсуждению которого мы теперь переходим.

Метод эмуляции в схеме - это мощный метод проверки работы микропроцессорных программ в окончательном схемном окружении. Для эмуляции в схеме нужна еще одна плата, которая, будучи подключенной к разрабатываемой системе, эмулирует на этот раз л^м/с/?о-процессор в специализированной схеме через кабель с вилкой, соответствующей ИМС с 40 (или сколько нужно) выводами. Система разработки при этом эмулирует работу микропроцессора в специализированной схеме, включая сюда возможность наблюдения за происходящим в отдельных регистрах и т. д. Это представляет собой самый мощный из способов отладки внутри схемы. Поскольку, однако, каждьш тип микропроцессора нуждается для эмулирования в специальной плате, такой метод может оказаться дорогим.

Выпускаемые изготовителями микропроцессоров системы разработки обычно обеспечивают возможность развития лишь соответствующих семейств микропроцессоров. Тем не менее нет никаких причин для того, чтобы система разработки не могла включать кросс-ассемблер , который генерирует программы для любого микропроцессора.

При этом выход кросс-ассемблер а в объектном коде можно использовать для прожигания ПЗУ или в режиме эмуляции ПЗУ. Вместе с тем этот метод требует специальной аппаратуры для внутрисхемной эмуляции и часто связан с длительными задержками при усовершенствовании систем разработки.

Системы разработки, поставляемые компаниями, которые не являются специально изготовителями электронных компонентов, обычно обеспечиваю^ возможность разработки программ для нескольких распространенных типов микропроцессоров.

Только что описанный способ проверки предполагает, что, как минимум, оборудование ЦП и памяти работает исправно. Если же неисправности возникают и на этом базовом уровне, для их отыскания требуется привлекать дополнительные методы. Системы разработки обычно предусматривают возможность контроля работы логических схем.

Как правило, указанные дополнительные приспособления позволяют следить за состояниями 24 линий (адресных и данных) шины для 1000 последовательных состояний. Устройства памяти позволяют при этом проверять в обратном времени состояния, предшествовавшие данному.

Наконец, следует указать на то, что прослеживание состояния аппаратуры программным образом является удобным способом поиска ее неисправностей и определения их возможных причин. Эмуляция ПЗУ легко позволяет делать изменения, например добавлять контрольные точки, позволяющие найти ошибки в программе.

Глава 12

КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Прежде чем приступить к испытанию готового изделия после завершения разработки схемы, необходимо решить еще несколько вопросов: будет ли прибор иметь настольное оформление, размещаться в стойке с выдвижными каркасами или же устанавливаться в какой-.1ибо другой тип шкафа? Будет ли схема монтироваться на плате пайкой проводов от точки к точке или соединениями накруткой или же это будет печатная плата? Как будет осуществляться подсоединение к этой плате: через колодку для распайки, плоскими ленточными жгутами или с помощью печатного разъема? Будут ли отдельные смонтированные платы помещаться в блок-каркас для плат, устанавливаться на сборочной материнской плате или еще куда-нибудь? Будут ли они встраиваться в печатную схему на материнской плате или они будут вручную подсоединяться к задней панели? Какие приспособления будут на самой схемной плате, а какие на передней (или задней) панели?

Решение подобных вопросов важно при оформлении внешнего вида изделия, а также для его надежности и удобства в работе, но мало влияет на стоимость и простоту разработки и испытаний. В этой главе мы приведем некоторые сведения и дадим советы для решения этих вопросов, которые возникают на той стадии работы, когда схема уже проверена экспериментально. Начнем с конструкции схемы как таковой, ее внутренних и внешних соединений и выбора корпуса.

Так как в этой главе не рассматриваются вопросы, связанные с разработкой самой схемы, главу можно лишь просмотреть.

метод прототипов

12.01. Макетные платы ( самолеты )

Это необычное название говорит о том, что оно возникло от прежней практики создания радиоприемников из прекрасных лакированных деревянных досок на лампах, катушках, конденсаторах н т.д., где все соединительные провода выводились на верхнюю сторону панели. Позже делали приемники, более совершенные и элегантные (для использования в гостиных едамами в кринолинах ). В них отверстия располагались вблизи каждого узла, и таким образом проводку можно было спрятать под ближайшую панель. Практика испытания