Реализация системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора (К1804)
Реализация
системы технического зрения (СТЗ) на базе многокристального микропроцессора
(К1804)
Введение
Микропроцессорный
комплект серии К1804 включает в себя ряд модулей для построения операционных и
управляющих устройств. Основой операционного устройства (ОУ) может служить
микропроцессорная секция (МПС) ВС1 и ВС2. Кроме того, могут использоваться
схема ускоренного переноса ВР1 и устройство управления сигналами состояния и
сдвига ВР2.
Блок микропрограммного
управления может быть построен на основе схем формирования адреса микрокоманды
ВУ4 и ВУ1(ВУ2) , ВУ3.
Для построения ОУ выберем
микропроцессорную секцию ВС2. Разрядность секции равна четырём. Следовательно,
для построения 16-ти разрядного ОУ необходимы четыре секции. Микропроцессорная
секция К1804 ВС2 имеет 16 РОН с двумя выходными портами считывания и
фиксаторами входных данных, три внешних информационных шины: входная DA, двунаправленные DB и Y - арифметико-логическое устройство со сдвиговым устройством
на выходе, многофункциональный регистр со сдвиговым устройством на входе, дешифратор
9-ти разрядного кода операции микрокоманд. Каскадное соединение четырёх секций
с использованием схемы ускоренного переноса К1804ВР1 производится по стандартной
схеме.
1. Разработка
структуры аппаратных средств
Основой для разработки системы является, как и
прежде, алгоритм функционирования. Согласно этому алгоритму определим, в каких
запоминающих элементах будут храниться используемые переменные.
Распределение переменных по внутренним регистрам МП
секции приведено в табл.1.
Таблица 1 ¾ Таблица соответствия
Переменные
|
РОН секции ВС2
|
Шестнадцатиричный
адрес
ОН
|
Xц , Yц
|
R1
|
1
|
Rmin
|
R2
|
2
|
Xт, Yт
|
R3
|
3
|
R4
|
4
|
R
|
R6
|
6
|
I
|
R11
|
B
|
J
|
R12
|
C
|
L
|
R13
|
D
|
K
|
R14
|
E
|
Cтруктурная схема системы изображена
на рис. 1.
Исходные данные (m, r, Xцн, Yцн) с пульта управления заносятся в
регистры PM, PR, PXYЦ.
Информация в этих
регистрах может быть прочитана в МПС по шине Y. Таким образом, источниками шины Y являются регистры PM, PR, PXY и выход сдвигового устройства АЛУ.
МПС не имеет отдельной
адресной шины, поэтому необходимо организовать запоминание адреса внешней
памяти в специальном регистре.
Адрес ОЗУИ запоминается в
регистре адреса РА, информация в который загружается с шины Y. Адрес ПЗУ формируется счётчиком
адреса СчА, начальная загрузка которого также производится по шине Y. Формирование адреса с помощью СчА
позволяет совместить по времени выполнение операций формирования адреса ОЗУИ и
ПЗУ.
Таким образом приёмниками
шины Y являются PXY, РА, СчА и РОНы МПС, причём возможна одновременная
запись в РОН и один из оставшихся приёмников, а также отсутствие записи во все
приёмники.
ОЗУИ и ПЗУ подключены к
шинам DA и DB соответственно, что позволяет осуществить их одновременное
чтение. В алгоритме предполагается формирование адресов отдельно по координате X и Y. Целесообразно осуществлять формирование адресов одновременно
по двум координатам в одном 16-ти разрядном регистре. Для этого необходимо
сформировать специальные константы. Так, для одновременного выполнения
микрокоманд Y4 и Y5 необходимо сформировать константу
С1 = ; Y8, Y9 ¾ C2 = ; Y18, Y19 ¾ C3 = и Y25, Y26 ¾ C4=
Формирование констант С1 ¾ С4 предполагает выполнение микрокоманд
сдвига вправо и влево. Для обоих сдвигов в освободившиеся разряды записывается
нуль.Организация сдвигов достигается подключением к входам - выходам сдвигов
повторителей с тремя состояниями, на вход которых подан логический нуль. Все
управляющие сигналы формирует устройство управления, схема которого показана на
рис.2.
Устройство управления включает в себя память
микрокоманд (ЗУМК), регистр микрокоманд, дешифратор источников шины Y (DC1), дешифратор приёмников шины Y(DC2), коммутатор условий М, D - триггер для хранения младшего разряда адреса ЗУМК,
генератор тактовых импульсов (ГТИ), схему «пуска-останова», включающую в себя
триггер пуска (ТП), одновибратор (ОВ), инвертор и схему «И».
Данное устройство
является микропрограммным устройством с принудительной адресацией.
Адрес следующей
микрокоманды задаётся непосредственно в соответствующем поле (АМК0 - АМК7).
Организация условных
переходов осуществляется путём модификации младшего разряда адреса, на вход
которого в зависимости от кода условия (АУС) через мультиплексор подаются
сигналы по значениям которых необходимо произвести переход. Для реализации алгоритма
достаточно два разряда для кода условия. Значения кодов условия (АУС) и
соответствующие им сигналы приведены в табл. 2.
микропроцессор
аппаратный переменная программа
Таблица 2 ¾ Коды условий
АУС
|
Сигналы
|
0
|
АМК0
|
1
|
N(знак)
|
2
|
Z(нуль)
|
EW
|
Рисунок 1 ¾ Структурная схема вычислительного
устройства на МП
Рисунок 2 ¾ Схема устройства
управления
Таким образом, для
формирования адреса следующей микрокоманды необходимо 10 разрядов поля микрокоманд.
Использование схем формирования
адреса микрокоманды К1804 ВУ4 или К1804ВУ1(2) и ВУ3 потребовало бы не менее 12
разрядов поля микрокоманд и значительно большие аппаратурные затраты.
Схема «пуска-останова»
служит для начальной установки РМК, разрешения подачи тактовых импульсов (ТИ) с
ГТИ на все схемы по сигналу «Пуск» и прекращения их подачи по сигналу «Ост»
Она работает следующим образом. Сигналом «Пуск» сбрасываются в нуль РМК и
триггер младшего разряда адреса. Сигнал «Пуск», задержанный с помощью
одновибратора, по заданному фронту тактового импульса устанавливает в «1» ТП,
который открывает схему «И» и разрешает прохождение через неё ТИ. Сигналом
«Ост.» ТП сбрасывается в нуль и закрывает схему «И».
2. Формат микрокоманды
Рассмотрим теперь формат
микрокоманды. Для управления МПС необходимо 20 разрядов микрокоманды: код
операции I0-I9, EA, OEB, A0-A3, B0-B3, Cn.
Поля СО и СS предназначены для управления
направлением сдвига сдвигового устройства регистра Q и сдвигового устройства АЛУ соответственно.
Поле IY определяет код источников шины Y. Содержимое этого поля дешифруется и
подключается к шине Y одного из
источников. Значения поля IY и
соответствующие им регистры приведены в табл. 3.
Поля АУС и АМК были
рассмотрены ранее. Таким образом, общая длина микрокоманды равна 37 разрядам.
Микрокоманда составляется
в процессе последовательного анализа вершин алгоритма и интерпретации каждой
вершины одной или несколькими микрокомандами. Микропрограмма приведена в табл.
4. Значения всех полей микрокоманд приведены в шестнадцатиричной форме. В
примечании в символьном виде дана операция, выполняемая данной микрокомандой и
соответствующая микрокоманда из граф - схемы алгоритма. Микрокомандами с
адресами 01-10 формируются константы С1, С2, С3 и С4, которые заносятся
соответственно в РОН МПС R7, R8, R9, R10.
Микрокоманды с адреса 20 строго соответствуют граф - схеме алгоритма.
3. Расчёт времени
работы программы
Микрокоманды с адресами
00-1F выполняются однократно в начале работы, затем на
каждом кадре ¾
микропрограмма с адреса 20.
Таким образом, при
расчёте временных параметров будем учитывать только эту циклическую часть
микропрограммы. Время её выполнения:
tц.
Время цикла tц и соответственно тактовая частота
определяется длительностью самого длинного пути прохождения сигналов. Самый
длинный путь: чтение ОЗУ (ПЗУ) ¾ выполнение операции в АЛУ ¾ запись в РОН. Адрес ОЗУИ(ПЗУ) в
микропрограмме формируется заранее и поэтому данные на выходе ОЗУИ (ПЗУ) к
моменту выполнения микрокоманды, их использующей всегда готовы. Время цикла от
наиболее длинного пути самих МПС. В литературе описан расчёт такого пути для
16-ти разрядного процесса на МПС К1804ВС2. Время цикла не превышает 200 нс.
Пусть tц = 200 нс, тогда Т = 8 мс.
Полученное время удовлетворяет ТЗ.