34. Этапы создания программного обеспечения.

Содержание этапов разработки исходного текста программы, трансляции и отладки логических связей на модели существенно зависит от используемых системных средств. В настоящее время ресурсы 8-разрядных микроконтроллеров достаточны для поддержки программирования на языках высокого уровня. Это позволяет использовать все преимущества структурного программирования, разрабатывать программное обеспечение как проект с использованием раздельно транслируемых модулей. Одновременно продолжают широко использоваться языки уровня ассемблера, особенно при необходимости обеспечить контролируемые интервалы времени. Задачи предобработки данных часто требуют использования вычислений с плавающей точкой, трансцендентных функций. В настоящее время самым мощным средством разработки программного обеспечения для контроллеров являются интегрированные кросс-системы программирования на языках высокого уровня типа Паскаль, Си. Система Паскаль-51, например, включает редактор текста, компилятор с редактором связей, библиотеку стандартных функций периода выполнения и символический отладчик. Такие системы позволяют резко сократить затраты времени на создание и коррекцию программного обеспечения. Другой внутренний цикл, выполняемый параллельно, составляют этапы создания аппаратуры: разработка общей принципиальной схемы и разводка топологии плат, монтаж макета и его автономная отладка. Эти этапы можно считать завершенными после того, как «оживает» магистраль микропроцессорной системы и через нее можно обратиться к памяти и блокам ввода/вывода. Время выполнения этих этапов зависит от имеющегося набора опробованных функционально-топологических модулей и квалификации разработчика. Распространенными системами проектирования, используемыми на этапе ввода принципиальной схемы и разработки топологии являются ACCEL EDA и OrCad. Эффективность их использования значительно зависит от имеющегося у разработчика объема библиотек используемых элементов.

Этап совместной отладки аппаратуры и программного обеспечения в реальном масштабе времени является самым трудоемким и обязательно требует использования таких высокопроизводительных средств (development tools), как схемный эмулятор, эмулятор ПЗУ, логический анализатор и генератор программируемых последовательностей. Выбор одного из перечисленных средств обусловлен используемым методом отладки. Этап завершается, когда аппаратура и программное обеспечение совместно обеспечивают выполнение всех шагов алгоритма работы системы. В конце этапа код программы управления «зашивается» с помощью программатора в энергонезависимую память и проверяется работа контроллера без участия эмулятора. Отладка на этом этапе ведется в лабораторных условия с питанием от источника, обеспечивающего максимальную защиту аппаратуры. Часть внешних источников информации может моделироваться.

Этап интеграции контроллера в изделие заключается в повторении работ по совместной отладке аппаратуры и управляющей программы, но при работе в собственном отсеке изделия, питании от штатного источника, с информацией от штатных устройств и датчиков. Осложнения, как правило, возникают из-за электромагнитной несовместимости исполнительных устройств, разработанных ранее, с микропроцессорной системой управления. Много времени на этом этапе уходит на ликвидацию одиночных сбоев. Эту проблему можно решить с помощью программного резервирования, но только при наличии резерва памяти программ. На этом же этапе проводится и калибровка прибора с занесением параметров во flash-память.

Испытания изделия с микропроцессорным контроллером можно разделить на комплексные и специальные. Особенностью комплексных испытаний является то, что для наблюдением за микропроцессорным контроллеров в реальных условиях не всегда применимы лабораторные средства отладки. Автономные отладочные средства менее развиты и при этом существенно дороже. Специальные испытания (на электромагнитную совместимость, климатические и т.п.) проводятся по обычным методикам. После успешного проведения испытаний появляется файл с окончательной версией кода управляющей программы для программатора или для завода-изготовителя микроконтроллеров, который осуществляет масочное программирование внутренней памяти программ.

34. Расскажите об основных характеристиках МП. Емкость памяти. Организация памяти вычислительной системы. Номенклатура запоминающих устройств. Многоуровневая организация памяти. Внутренняя память процессора.

В зависимости от того, каким образом организована память многопроцессорных (многомашинных) систем, различают вычислительные системы с общей памятью (shared memory) и ВС с распределенной памятью (distributed memory). В системах с общей памятью (ее часто называют также совместно используемой или разделяемой памятью) намять ВС рассматривается как общин ресурс, и каждый из процессоров имеет полный доступ ко всему адресному пространству. Системы с обшей памятью называютсильно связанными(closely coupled systems). Подобное построение вычислительных систем имеет место как в классе SIMD, так и в классе MIMD. Иногда, чтобы подчеркнуть это обстоятельство, вводят специальные подклассы, используя для их обозначенияаббревиатурыSM-SIMD (Shared Memory SIMD) и SM-MIMD (Shared Memory MIMD).

В варианте с распределенной памятью каждому из процессоров придается собственная память. Процессоры объединяютсяв сеть и могут при необходимости обмениваться данными, хранящимися в их памяти, передавая друг другу так называемыесообщения. Такой вид ВС называютслабо связанными (loosely coupled systems). Слабо связанные системы также встречаются как в классе SIMD, так и В классе MIMD, и иной раз, чтобы подчеркнуть данную особенность, вводят подклассы DM-SIMD (Distributed Memory SIMD) и DM-MIMD (Distributed Memory MIMD).

Различие между общей и распределенной памятью — это разницу в структуре виртуальной памяти, то есть в том, как память выглядит со стороны процессора. Физически почти каждая система памяти разделена на автономные компоненты доступ к которым может производиться независимо. Общую память от распределенной отлипает то, каким образом подсистема памяти интерпретирует поступивший от процессора адрес ячейки.

1. Регистры. Объем памяти – десятки-сотни байт. Время обращения – 1 такт ЦП.

2. Кэш первого уровня (L1) Объем памяти – десятки килобайт. Время обращения – 1-2 такта ЦП.

3. Кэш второго уровня (L2)     Объем памяти – сотни килобайт. Время обращения – 3-5 тактов ЦП.

4. Основная память (оперативная память) Объем при 32-хбитной ОС = 4Гб (максимальный объем). Время обращения – десятки тактов ЦП.

5. Файл подкачки (виртуальная память) Рекомендуемый объем – в 1,5 раза больше, чем объем опер-й памяти. Время обращения – сотни-тысячи тактов ЦП.

Использование буферной памяти небольшого объема и высокого быстродействия позволяет существенно сократить количество медленных обращений к оперативной памяти, подменяя часть из них обращениями к быстрой буферной памяти. Это происходит за счет размещения активных фрагментов информации (команд и данных) на разных уровняхбуферов.Столь быстрое обращение к регистрам и кэшам 1,2 уровня осуществляется за счет их расположения в ЦП. Иерархическая организация памяти существенно уменьшает простои в ожидании данных. Пока процессор обрабатывает данные, расположенные в буфере, производится обмен данных между уровнями памяти (т.е. обеспечивается совмещение во времени обработки в процессоре с пересылкой блоков м/у уровнями памяти).Эффект уменьшения времени обращения к памяти будет тем больше, чем больше время обработки информации, расположенной в буфере, по сравнению с временем пересылки инф-ии м/у оперативной памятью и  буфером. Увеличение времени обработки информации в буфере напрямую связано с размерами буферов.

Внутренняя память процессорасамая маленькая, но самая быстрая.

Емкость внутренней памяти процессора, необходимая для размещения базовых адресов, определяется из следующих соображений. На каждом этапе вычислений используется ограниченное число базовых адресов - один базовый адрес для указания начала выполняемой программы и базовые адреса для адресации массивов данных, количество которых определяется свойствами алгоритма и в первую очередь - структурой данных, обрабатываемых программой. Если на этапе вычислений используется k базовых адресов и емкость внутренней памяти, отведенная под базовые адреса, Q k, то в процессе вычислений возникает необходимость разгружать память базовых адресов путем передачи их в основную память и загружать в освободившиеся ячейки необходимые базовые адреса. Как и в случае с индексами, передачи базовых адресов между внутренней памятью процессора и основной памятью приводят к увеличению длины и времени выполнения программы.

При выключении питания информация в оперативной памяти и внутренней памяти процессорауничтожаются. Данные на жестком диске при этом не стираются. Поэтому, закончив работу с программой, данные сохраняют на жестком диске. Из оперативной памяти данные переписываются на жесткий диск в виде файлов.