Анализ алгоритма работы специализированного вычислителя

У неё имеется стандартный интерфейс:

– шина адреса;

– двунаправленная шина данных,

и сигналы управления:

– чтение(OE);

– запись(WE);

– выбор кристалла (CS).

2.1.5 Блок согласования с микроконтроллером

Блок согласования с микроконтроллером необходим для согласования интерфейса микроконтроллера со всеми остальными функциональными узлами. И

з управляющих сигналов микроконтроллера будут формироваться сигналы чтения и записи всех основных узлов. Так же данный блок осуществляет деление адресного пространства микроконтроллера.

Логические функции возложенные на блок:

– привязка сигналов интерфейса микроконтроллера к общей тактовой частоте;

– формирование логики работы двунаправленной шины данных микроконтроллера;

– согласование приема и передачи информации от микроконтроллера к внешним устройствам и обратно;

– формирование непрерывного адресного пространства, в котором будут находится все функциональные узлы.

Входные сигналы блока:

- шина адреса от микроконтроллера;

- двунаправленная шина данных от микроконтроллера;

- сигнал чтения от микроконтроллера;

- сигнал записи от микроконтроллера;

- шина данных от блока обмена с промежуточной буферной памятью;

- шина данных от блока обмена с основным накопителем;

- шина данных от блока обмена с часами реального времени.

Выходные сигналы блока:

- сигналы управления режимом работы блока обмена с промежуточной буферной памятью;

- сигналы управления режимом работы блока обмена с накопителем;

- сигналы управления автоматом перезаписи;

- шина адреса микроконтроллера;

- шина данных микроконтроллера;

- сигнал чтения от микроконтроллера;

- сигнал записи от микроконтроллера.

Последние четыре сигнала (шина адреса, шина данных, сигнал чтения и сигнал записи) являются глобальными сигналами системы и соединяются со всеми внешними устройствами (промежуточная буферная память, основной накопитель, часы реального времени) через блоки преобразования интерфейса.

2.1.6 Блок обмена с часами реального времени

Данных блок согласует внутренний интерфейс передачи и приема информации от микроконтроллера с последовательным интерфейсом часов реального времени.

Входные сигналы блока:

- шина данных от блока обмена с микроконтроллером;

- шина адреса от блока обмена с микроконтроллером;

- сигнал записи от блока обмена с микроконтроллером;

- сигнал чтения от блока обмена с микроконтроллером;

- входные сигналы от часов реального времени.

Выходные сигналы блока:

- шины данных (времени) для блока обмена с микроконтроллером;

- выходные сигналы от часов реального времени.

2.1.7 Блок обмена с основным накопителем

Блок обмена с основным накопителем согласует интерфейсы накопителя и внутреннего интерфейса передачи информации. Блок формирует работу накопителя в специализированных режимах работы:

– передача информации из скоростной буферной памятив накопитель без участия микроконтроллера;

– предоставление микроконтроллеру доступа к ячейкам накопителя.

Входные сигналы блока:

- шины адреса от блока обмена с микроконтроллером и автомата перезаписи данных;

- шина данных от блока обмена с микроконтроллером и автомата перезаписи данных;

- сигналы управления режимом работы от блока обмена с микроконтроллером;

- сигнал чтения от блока обмена с микроконтроллером;

- сигналы записи от блока обмена с микроконтроллером и автомата перезаписи данных;

- входные сигналы от микросхем накопителя большого объема.

Выходные сигналы блока обмена:

- выходная шина данных для блока обмена с микроконтроллером;

- выходные сигналы для микросхем накопителя.

2.1.8 Микроконтроллер

Микроконтроллер является основным управляющим узлом данной системы. Он осуществляет общее управление работой разрабатываемого блока и обеспечивает связь с ПК по средствам USB интерфейса. В данной системе микроконтроллер напрямую взаимодействует только с блоком обмена с микроконтроллером.

Входные сигналы блока:

- двунаправленная шина данных;

- USB.

Выходные сигналы блока:

- шина адреса;

- сигнал чтения;

- сигнал записи;

- двунаправленная шина данных;

- USB.

2.1.9 Накопитель

Накопитель представляет собой набор микросхем Flash памяти большого объема. Данный блок напрямую взаимодействует только с блоком обмена с накопителем.

Входные сигналы блока:

- сигнал выборки;

- сигнал записи;

- сигнал чтения;

- шина адреса;

- двунаправленная шина данных.

Выходные сигналы блока:

- сигнал «Свободен/Занят»;

- двунаправленная шина данных.

Дальнейшая проработка функциональных узлов блока возможна при выбранной элементной базе, которая позволит более детально определить режимы работы всей системы.

2.2 Выбор элементной базы

Для реализации функциональной схемы проведем выбор элементной базы. На выбор элементов влияет множество факторов вот некоторые из них:

– доступность технической информации о элементах;

– доступность самих элементов в продаже в России;

– возможность применения элемента при заданных внешних условиях;

– масса – габаритные характеристики элементов;

– электрические параметры и характеристики.

Сложность узлов, описанных в функциональной схеме, заставляет переходить на элементы высокой степени интеграции, применять импортную элементную базу. Ниже представлены элементы и их характеристики, на которых остановился наш предварительный выбор.

Основным вычислителем и управляющим звеном блока является микроконтроллер. Так же необходимо чтобы он совмещал в себе функции контроллера USB интерфейса, необходимый для взаимодействия с персональным компьютером. На сегодняшний день существует целый ряд микроконтроллеров разных фирм производителей, которые удовлетворяют этим условиям. Один из наиболее известных производителей микроконтроллеров – ATMEL и микроконтроллеры серии АТ89. Это недорогие микроконтроллеры с известным ядром 8051. Реализация схемы требует минимум дополнительной привязки. Немаловажно и наличие бесплатного ассемблера, компилятора языка С, программатора и драйверов для Windows/Linux. Удобная возможность программирования процессора не по SPI, а «напрямую» по USB каналу. В данной серии есть несколько микроконтроллеров с интерфейсом USB, остановимся на АТ89С5131. В состав данного микроконтроллера входят:

– 32 Кбайт встроенной флэш-памяти с внутрисхемным программированием через USB или UART интерфейсы;

– 4 Кбайт EEPROM для загрузочного сектора (3 Кбайт) и данных (1 Кбайт);

– 1 Кбайт встроенного расширенного ОЗУ;

– USB 1.1 и USB 2.0 FS модуль с прерыванием на завершение передачи.

Микроконтроллер AT89C5131 содержит специальный аппаратный модуль, который позволяет ему обеспечить обмен данными по USB интерфейсу. Структурная схема USB модуля микроконтроллера АТ89С5131 приведена на рисунке 2.2. Для работы данного модуля необходимы опорные синхроимпульсы с частотой 48 МГц, которые вырабатываются контроллером синхронизации. Эти синхроимпульсы используются для формирования 12 МГц тактовых импульсов из принятого дифференциального потока данных на высокой скорости, соответствующей требованиям к USB устройствам.

 Скачать реферат