- •«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
- •«Встроенные микропроцессорные системы»
- •Составитель о.В. Гончаровский
- •Оглавление
- •2. Программное обеспечение встроенных систем ……….
- •Введение
- •Аппаратные средства встроенных систем
- •Организация аппаратных средств встроенных
- •1.2. Элементы архитектуры процессоров встроенных систем
- •1.2.1. Множество команд
- •1.2.3.1. Адресное пространство
- •1.2.3.2. Порядок байт
- •1. 2.3.3. Когерентность памяти
- •1. 2.3.4. Защита памяти
- •1. 2. 4. Модель прерываний
- •1.2. 5.Модель управления памятью
- •1.2.5.1. Страничная организация памяти
- •1.2.5.2. Сегментация памяти
- •1.3. Типы процессоров
- •1.4. Формы параллелизма в процессорах
- •1.4.1. Конвейеризация
- •1.4.2. Параллелизм уровня команд
- •1.5.Технологии памяти
- •1.5.1. Оперативная память
- •1.5.1. 1. Статическое озу
- •1.5.2. Постоянное запоминающее устройство (rom)
- •1.6. Иерархия памяти
- •1.6.1. Распределение или карта памяти
- •1.6.2. Блокнотная и кэш память
- •1.6.2.2. Ассоциативная по множеству кэш-память
- •1.6.2.3. Обновление кэш-памяти.
- •1.6.2.4. Протокол когерентности кэширования с обратной записью
- •1.7. Магистраль микропроцессорной системы
- •1.8. Базовые устройства ввода-вывода встроенных систем
- •1.8.1. Порты ввода-вывода общего назначения
- •1.7.2. Таймер-счетчик
- •1.8.3. Импульсно-кодовая модуляция.
- •1.8.4. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь
- •1.9. Базовые последовательные интерфейсы ввода-вывода
- •1.9.2. Последовательный интерфейс spi
- •1.9.4.1. Введение в usb
- •1.9.4.2. Интерфейс Open Host Controller для usb
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 2
- •1.10. Язык проектирования аппаратуры vhdl
- •1.10.2. Введение в vhdl
- •1.10.2.1. Программирование на vhdl для моделирования и синтеза [22]
- •1.10.2.3. Операторы присваивание и process [22]
- •1.10.2.4. Цикл моделирования vhdl
- •1.10.2.5. Многозначная логика и стандарт ieee 1164
- •1.11. Проектирование устройств ввода-вывода и контроллеров
- •1.12. Интегрированная среда разработки аппаратных средств
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 3
- •2. Программное обеспечение встроенных систем
- •2.1 Модель вычислений
- •2.2 Автомат с конечным числом состояний
- •2.3. Асинхронный язык проектирования sdl
- •2.4. Синхронный язык проектирования Lustre
- •2.5. Многозадачность.
- •2.5.1. Язык программирования Си
- •2.5.2. Потоки
- •2.5.2.1. Реализация потоков
- •2.5.2.2. Взаимное исключение
- •2.5.2.3. Взаимная блокировка
- •2.5.2.4. Модели непротиворечивости памяти
- •2.5.2.5. Проблемы с потоками
- •2.5.3. Процессы и передача сообщений
- •2.6. Интегрированная среда разработки прикладного программного
- •2.6.2. Комплект программ Telelogic Tau sdl Suite
- •2.6.3. Средства разработки программного обеспечения
- •2.7.1. Моделирование, эмуляция и макетирование
- •2.7.2. Формальная верификация
- •2.7.3. Оценка производительности
- •2.7.3.1. Оценка wcet
- •2.7.3.2. Исчисление реального времени
- •2.7.4. Модели энергии и мощности
- •2.7.5. Тепловая модель
- •Задания
- •1. Конвейеризация
- •2. Иерархия памяти
- •3. Базовые устройства ввода-вывода встроенных систем
- •5. Многозадачность
- •6. Валидация и оценка проекта
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Встроенные микропроцессорные системы
3. Базовые устройства ввода-вывода встроенных систем
1. Предположим, что 4-х разрядный ADC-преобразователь работает по принципу последовательных приближений. Диапазон входного сигнала от Vmin=1 В (=0000) до Vmax=4.75 В (=1111). Какое количество шагов используется для преобразования значений 2.25 В, 3.75 В, and 1.8 В? Изобразить временную диаграмму преобразования этих значений.
4. Язык проектирования аппаратуры VHDL
Пусть дана реализация шины как на рисунке.
Какое значение из множества IEEE 1164 std_logic для VHDL будет на шине (bus), если оба разрешающих входа установить в ’0’ (ena1 = ena2 = ’0’)?
Какое значение из множества IEEE 1164 std_logic для VHDL будет на шине (bus), если ena1 = ’0’, ena2 = ’1’ and f 2 = ’1’?
5. Многозадачность
1. Дать EFSM-модель функции addListener на рис.73 подобно модели на рис. 74.
2. Допустим, что две целые глобальные переменные a и b разделяются несколькими потоками. Допустим, что lock_a и lock_b два замка мутекса, которые защищают доступ к a и b. Допустим, нельзя предположить, что чтение и запись целых глобальных переменных являются атомарными. Рассмотрим следующий код:
Допустим, для исключения взаимоблокировки команда разработчиков договорилась, что замок b должен быть всегда взят перед замком a любым кодом, берущим оба замка. Кроме того из-за производительности команда настаивает, что не надо излишне брать замок. Следовательно, неприемлемо модифицировать proc1 следующим образом:
Поток, вызывающий proc1 берет замок b излишне, когда a не равно arg.
В некоторых библиотеках потоков такой код является некорректным. Поток будет блокировать попытку получить уже удерживаемый замок. Но примем для нашего случая, что если поток пытается получить уже удерживаемый замок, тогда он немедленно предоставляет его.
Дать решение для proc1, которое минимизирует излишнее взятие замка b.
3
1
if
(size
== 0) { 2
pthread_cond_wait(&sent, &mutex); 3
}
тогда этот код будет работать, только если удовлетворяются два условия:
– pthread_cond_wait возвращается, только если есть соответствующий вызов pthread_cond_signal и
– есть только один поток-потребитель.
Пояснить, почему требуется второе условие.
4. Шаблон producer/consumer, реализованный на рис.77 имеет недостаток в том, что размер очереди используемой для буферизации сообщений неограничен. Программа может отказать в работе, исчерпав всю доступную память (отказ функции malloc). Написать вариант функций send и get, который ограничивает размер буфера до 5 сообщений.
5. Альтернативная форма передачи сообщений, называемая рандеву подобна шаблону producer/consumer на рис.77, но это синхронная процедура тесно связанная с потребителем. В частности на рис. 77 функция send возвращается немедленно независимо от того готов ли некоторый поток принять сообщение. При коммуникации в стиле рандеву процедура send не должна возвращаться пока процесс потребителя не достигнет соответствующего вызова get. Соответственно нет необходимости в буферизации сообщений.
Написать реализацию send и get для рандеву.