Основные этапы разработки

Разработка микропроцессорной системы на j основе микроконтроллера

В этой лекции рассказывается об основных этапах проектирования и разработки цифровых устройств и систем на основе микроконтроллеров, а также приводится обзор методов совместной отладки аппаратных и программных средств.

Лекция 11. Особенности разработки цифровых устройств на основе микроконтроллеров

Изучите правила эксплуатации одной из машин (механизмов) для производства пищевых продуктов и на ее основе составьте памятку для учащихся. Результаты оформите графически.

Оформите графически инструкцию по технике безопасности с учетом всех необходимых правил.

Заполните таблицу.

Соотнесите представленные термины, обозначающие дидактические материалы и определения

1.Иллюстрация	абстрактное изображение; чертеж, изображающий систему, устройство или взаиморасположение частей (3)
2.Таблица	изображение (рисунок, фотография), поясняющее или дополняющее основной текст (1)
3.Схема	информационно-знаковое средство, включающее сведения или данные, сгруппированные в виде столбцов, (граф), имеющих самостоятельные заголовки; виды таблиц: классификационные, сравнительные, обобщающие, систематизирующие (2)
4.Плакат	прозрачные пластинки или рулоны, имеющие изображения (таблицы, рисунки, схем, диаграммы), предназначенные для рассмотрения через кодоскоп (6)
5.Слайды	фотографическое позитивное изображение на пленке, рассматриваемое на просвет с помощью кодоскопа, проектора (5)
6.Фолии, кодограммы	крупноформатное (листовое) издание, в виде рисунка, сопровождаемого текстом, выполняющее функцию информирования или инструктирования в процессе обучения (4)

8. Разработайте, оформите и представьте дидактические материалы (не менее 3-х!) для изучения определенной темы урока по производственному обучению поваров, кондитеров. Смотрите понятие и структуру дидактических материалов из лекции за 6 семестр.

Признак	Учебно-практические пособия
Опорные конспекты	Рабочие тетради
Определение
Состав		\
Назначение

10. Ответьте на вопрос письменно. Какими видами учебной литературы можно воспользоваться при написании выпускной письменной экзаменационной работы (диплома) по профессии НПО? Ответ обоснуйте.

12. Приведите примеры нарушений правил техники безопасности при использовании определенного оборудования (какого?) в производственном обучения поваров, кондитеров.

Ключевые слова: разработка, аппаратные средства, программные средства, отладка.

МПС на основе МК используются чаще всего в качестве встроенных систем для решения задач управления некоторым объектом. Важной особенностью данного применения является работа в реальном времени, т.е. обеспечение реакции на внешние события в течение определенного временного интервала. Такие устройства получили название контроллеров.

Технология проектирования контроллеров на базе МК полностью соответствует принципу неразрывного проектирования и отладки аппаратных и программных средств, принятому в микропроцессорной технике. Это означает, что перед разработчиком такого рода МПС стоит задача реализации полного цикла проектирования, начиная от разработки алгоритма функционирования и заканчивая комплексными испытаниями в составе изделия, а, возможно, и сопровождением при производстве. Сложившаяся к настоящему времени методология проектирования контроллеров может быть представлена так, как показано на рис. 6.1.

В техническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зрения реализации определенной функции управления. Техническое задание включает в себя набор требований, который определяет, что пользователь хочет от контроллера и что разрабатываемый прибор должен

делать. Техническое задание может иметь вид текстового описания, не свободного в общем случае от внутренних противоречий.

Рис. 6.1. Основные этапы разработки контроллера.

Лекция 11 Особенности разработки цифровых устройств на основе микроконтроллеров

На основании требований пользователя составляется функциональная спецификация, которая определяет функции, выполняемые контроллером для пользователя после завершения проектирования, уточняя тем самым, насколько устройство соответствует предъявляемым требованиям. Она включает в себя описания форматов данных, как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие действиями контроллера.

Функциональная спецификация и требования пользователя являются критериями оценки функционирования контролера после завершения проектирования. Может потребоваться проведение нескольких итераций, включающих обсуждение требований и функциональной спецификации с потенциальными пользователями контроллера, и соответствующую коррекцию требований и спецификации. Требования к типу используемого МК формулируются на данном этапе чаще всего в неявном виде.

Этап разработки алгоритма управления является наиболее ответственным, поскольку ошибки данного этапа обычно обнаруживаются только при испытаниях законченного изделия и приводят к необходимости дорогостоящей переработки всего устройства. Разработка алгоритма обычно сводится к выбору одного из нескольких возможных вариантов алгоритмов, отличающихся соотношением объема программного обеспечения и аппаратных средств.

При этом необходимо исходить из того, что максимальное использование аппаратных средств упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие контроллера в целом, но сопровождается, как правило, увеличением стоимости и потребляемой мощности. Связано это с тем, что увеличение доли аппаратных средств достигается либо путем выбора более сложного М К, либо путем использования специализированных интерфейсных схем. И то, и другое приводит к росту стоимости и энергопотребления. Увеличение удельного веса программного обеспечения по-чноляет сократить число элементов контроллера и стоимость аппаратных средств, но это приводит к снижению быстродействия, увеличению необходимого объема внутренней памяти МК, увеличению сроков разработки и отладки программного обеспечения. Критерием выбора здесь и далее является возможность максимальной реализации заданных функций программными средствами при минимальных аппаратных затратах и при условии обеспечения заданных показателей быстродействия и надежности в полном диапазоне условий эксплуатации. Часто определяющими требованиями являются возможность защиты информации (про-|раммного кода) контроллера, необходимость обеспечения максимальной продолжительности работы в автономном режиме и другие. В результате выполнения этого этапа окончательно формулируются требования к параметрам используемого МК.

При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики:

• разрядность;

• быстродействие;

• набор команд и способов адресации;

• требования к источнику питания и потребляемая мощность в различных режимах;

• объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;

• возможности расширения памяти программ и данных;

• наличие и возможности периферийных устройств, включая средства поддержки работы в реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);

• возможность перепрограммирования в составе устройства;

• наличие и надежность средств защиты внутренней информации;

• возможность поставки в различных вариантах конструктивного исполнения;

• стоимость в различных вариантах исполнения;

• наличие полной документации;

• наличие и доступность эффективных средств программирования и отладки МК;

• количество и доступность каналов поставки, возможность замены изделиями других фирм.

Список этот не является исчерпывающим, поскольку специфика проектируемого устройства может перенести акцент требований на другие параметры МК. Определяющими могут оказаться, например, требования к точности внутреннего компаратора напряжений или наличие большого числа выходных каналов ШИМ.

Номенклатура выпускаемых в настоящее время МК исчисляется тысячами типов изделий различных фирм. Современная стратегия модульного проектирования обеспечивает потребителя разнообразием моделей МК с одним и тем же процессорным ядром. Такое структурное разнообразие открывает перед разработчиком возможность выбора оптимального МК, не имеющего функциональной избыточности, что минимизирует стоимость комплектующих элементов.

Однако для реализации на практике возможности выбора оптимального МК необходима достаточно глубокая проработка алгоритма управления, оценка объема исполняемой программы и числа линий сопряжения с объектом на этапе выбора МК. Допущенные на данном этапе просчеты могут впоследствии привести к необходимости смены модели МК и повторной разводки печатной платы макета контроллера. В таких условиях целесообразно выполнять предварительное моделирование основных эле-

ментов прикладной программы с использованием профаммт......пчп

кой модели выбранного МК.

При отсутствии МК, обеспечивающего требуемые но I I \,i|uk и-рп стики проектируемого контроллера, необходим iiompai k мину рииы ботки алгоритма управления и пересмотр выбранною гооитмк'нн между объемом программного обеспечения и annapaiih.i\ грет in < >i сутствие подходящего МК чаще всего означает, что пин ре.иш шипи иг обходимого объема вычислений (алгоритмов управлении) m они /ни ное время нужна дополнительная аппаратам шитер/ыт Отрицательный результат поиска МК с требуемыми хараыгрш шнаьн

может быть связан также с необходимостью обслуживании (мни,.......

числа объектов управления. В этом случае возможно numm. юиннш внешних схем обрамления МК.

На этапе разработки структуры контроллера окончательно опреш-чн ется состав имеющихся и подлежащих разработке аппаратных монуи-н протоколы обмена между модулями, типы разъемов. Выполнит и ирги варительная проработка конструкции контроллера. В части нршрнммном обеспечения определяются состав и связи программных модунеИ, и и,п программирования. На этом же этапе осуществляется выбор срок i и м|н> ектирования и отладки.

Возможность перераспределения функций между аппаратными и про граммными средствами на данном этапе существует, но она ограничен, характеристиками уже выбранного МК. При этом необходимо имен, i виду, что современные МК выпускаются, как правило, еерпими (семействами) контроллеров, совместимых программно и конструк i ними но различающихся по своим возможностям (объем памнш, п,Мм_Ч1 периферийных устройств и т.д.). Это дает возможность выбора с i рук i \^^^•^ контроллера с целью поиска наиболее оптимального варианта pea и и......ш

Нельзя не упомянуть здесь о новой идеологии разработки ycipoiii m h,i базе МК, предложенной фирмой «Scenix». Она основана па ik тип. ним нии высокоскоростных RISC-микроконтроллеров серии SXc икюпои 'ы стотой до 100 МГц. Эти МК имеют минимальный набор вароенпои п. риферии, а все более сложные периферийные модули шу'шрмом >i программными средствами. Такие модули программного обеепечгпич м.> зываются «виртуальными периферийными устройствами», они оип и, <ш вают уменьшение числа элементов контроллера, времени ра ip.it >о и -и \ и, личивают гибкость исполнения. К настоящему времени рациьпыт-р целые библиотеки виртуальных устройств, содержащие <н чл/м-шн.и пр.. граммные модули таких устройств как модули ШИМ и ФЛМЧ ш» и i»

вательные интерфейсы, генераторы и измерители час-mi м, ниш......< ri.i

прерываний и многие другие.

Дата добавления: 2014-01-07