3.2. Основные этапы проектирования

Проектирование МПС начинается с разработки технического задания (ТЗ) и заканчивается выпуском конструкторской документации (КД) на систему. Полная схема процесса проектирования МПС приведена на рис. 3.3.

Разработка ТЗ опирается на системный анализ, позволяющий определить требования к проектируемой системе с точки зрения ее функций, производительности, надежности и т. д. и т.п.

Первым этапом собственно проектирования является разработка архитектуры МПС. На этом этапе решается задача целесообразного разделения функций по обработке информации между аппаратными и программными средствами.

Затем процесс проектирования распадается на две ветви: разработка программных (ПС) и аппаратных (АС) средств МПС,  которые могут выполняться параллельно. Ветвь ПС включает в себя разработку, тестирование и отладку программы, а также ее занесение на рабочий носитель, в качестве которого в МПС чаще всего используются ПЗУ. Ветвь АС включает в себя схемно-конструкторское проектирование, изготовление и настройку опытного образца системы.

Рис. 3.3. Схема процесса проектирования МПС

Параллельные ветви процесса проектирования объединяются на этапе комплексной отладки МПС, целью которого является обеспечение совместного достоверного функционирования ее ПС и АС. На заключительном этапе проводятся испытания системы на соответствие всем требованиям ТЗ. Итогом проектирования МПС является комплект КД для ее дальнейшего тиражирования.

На любом этапе проектирования могут быть выявлены ошибки, которые исправляются путем внесения изменений в технические решения, принятые на предшествующих этапах. Эти действия представлены на рис. 3.3 штриховыми линиями. После исправления ошибки на некотором этапе необходимо повторить все последующие этапы в естественном порядке.

Очевидно, что чем тщательнее выполняется каждый из этапов проектирования, тем меньше будет ошибок и возвратов на предшествующие этапы. Однако, полностью избежать ошибок при проектировании сложных систем невозможно даже для высококвалифицированного и опытного разработчика. Поэтому для обеспечения возможности их исправления основным критерием в процессе проектирования является простота и понятность принимаемых технических решений, а также высокая модульность построения АС и ПС.

3.3. Разработка архитектуры системы

Архитектура МПС представляет собой совокупность ее программно доступных элементов. Она отражает обобщенную структуру системы на уровне, достаточном для понимания ее функционирования без детализации технической реализации, и должна содержать всю информацию, необходимую при проектировании программы.

При разработке архитектуры прежде всего решается вопрос о целесообразном распределении функций по обработке информации между ПС и АС. Для упрощения МПС все эти функции необходимо реализовывать программным путем. И лишь тогда, когда программная обработка не обеспечивает требуемого быстродействия, допускается использовать АС для обработки информации.

Поскольку основой любой МПС является микроЭВМ, то разработка ее архитектуры сводится к разработке архитектуры процессора, архитектуры памяти и архитектуры интерфейса.

При разработке архитектуры процессора необходимо прежде всего выбрать используемый МПК БИС. При выборе МПК на основе однокристальных МП (КР580, К1810) архитектура процессора оказывается полностью определенной. При выборе секционированных МПК (КМ1804) предстоит решить еще ряд дополнительных вопросов: определить разрядность процессора, структуру команд и т. д. и т.п.

При разработке архитектуры памяти необходимо выбрать номенклатуру ЗУ, ориентировочно определить их объем и распределить адресное пространство МП между ними.

Практически в состав любой МПС входит ПЗУ и ОЗУ, и лишь в простейших из них оперативная память может отсутствовать. Объем каждого из типов ЗУ на этом этапе определяется путем расчетов (для ОЗУ) или исходя из опыта и интуиции разработчика и оценивается с точность до 2 Кбайт.

Адресное пространство МП распределяется между ОЗУ и ПЗУ таким образом, чтобы до предела упростить техническую реализацию системы дешифрации адреса при условии выделения каждому из них требуемого объема памяти.

При разработке архитектуры интерфейса необходимо определить номенклатуру внешних устройств и методы обмена данными с ними, выделить для каждого из УВВ соответствующие порты ввода/вывода и назначить им адреса. Кроме того, требуется распределить входные и выходные сигналы МПС по разрядам портов ввода/вывода при использовании упакованного формата ввода/вывода данных.

УВВ, используемые в МПС, определяются требованиями ТЗ, а методы обмена данными с ними особенностями этих устройств. При выборе метода обмена следует помнить, что более сложные методы требуют дополнительных аппаратурных затрат. Поэтому их применение должно быть оправдано требованиями по быстродействию.

Поскольку МП легко обеспечивает логическую обработку данных, то, чаще всего, нерационально использование в МПС шифраторов на входах портов ввода и дешифраторов на выходах портов вывода. При большом количестве УВВ для упрощения АС целесообразно использовать матричные схемы включения элементов.

Конкретные адреса портам ввода/вывода назначаются таким образом, чтобы до предела упростить техническую реализацию адресного дешифратора с обеспечением возможности дальнейшего развития системы.

Разработанная архитектура является основой для проектирования ПС и АС МПС, которое может выполняться параллельно и независимо друг от друга (см. рис. 3.3).