Реалізація системи технічного зору (СТЗ) на базі багатокристального мікропроцесора (К1804)
Введення
Мікропроцесорний комплект серії К1804 включає в себе ряд модулів для побудови операційних і керуючих пристроїв. Основою операційного пристрою (ОУ) може служити мікропроцесорна секція (МПС) ВС1 і ВС2. Крім того, можуть використовуватися схема прискореного переносу ВР1 і пристрій керування сигналами стану та зсуву ВР2.
Блок мікропрограмного управління може бути побудований на основі схем формування адреси мікрокоманди ВУ4 і ВУ1 (ВУ2), ВУ3.
Для побудови ОУ виберемо мікропроцесорну секцію ВС2. Розрядність секції дорівнює чотирьом. Отже, для побудови 16-ти розрядного ОУ необхідні чотири секції. Мікропроцесорна секція К1804 ВС2 має 16 РОН з двома вихідними портами зчитування та фіксаторами вхідних даних, три зовнішніх інформаційних шини: вхідна DA, двонаправлені DB і Y - арифметико-логічний пристрій зі зсувними пристроєм на виході, багатофункціональний регістр зі зсувними пристроєм на вході, дешифратор 9-ти розрядного коду операції мікрокоманд. Каскадне з'єднання чотирьох секцій з використанням схеми прискореного переносу К1804ВР1 проводиться за стандартною схемою.
1. Розробка структури апаратних засобів
Основою для розробки системи є, як і перш, алгоритм функціонування. Згідно з цим алгоритмом визначимо, в яких запам'ятовуючих елементах будуть зберігатися використовувані змінні.
Розподіл змінних за внутрішнім регістрам МП секції наведено в табл.1.
Таблиця 1 Вѕ Таблиця відповідності
Змінні
РОН секції ВС2
шістнадцятковій адресу
ОН
Xц, Yц
R1
1
Rmin
R2
2
Xт, Yт
R3
3
Xт ', Yт'
R4
4
R
R6
6
I
R11
B
J
R12
C
L
R13
D
K
R14
E
інші структурні схема системи зображена на рис. 1.
Вихідні дані (m, r, Xцн, Yцн) з пульта управління заносяться в регістри PM, PR, PXYЦ.
Інформація в цих регістрах може бути прочитана в МПС по шині Y. Таким чином, джерелами шини Y є регістри PM, PR, PXY і вихід сдвигового пристрої АЛП.
В результаті виконання алгоритму в кінці кожного кадру видаються координати центру об'єкту. Для їх запам'ятовування необхідні регістр PXY. Інформація в цей регістр заноситься з шини Y.
МПС не має окремої адресної шини, тому необхідно організувати запам'ятовування адреси зовнішньої пам'яті в спеціальному регістрі.
Адреса ОЗУІ запам'ятовується в регістрі адреси РА, інформація в який завантажується з шини Y. Адреса ПЗУ формується лічильником адреси ВЧА, початкова завантаження якого також проводиться по шині Y. Формування адреси за допомогою ВЧА дозволяє поєднати за часом виконання операцій формування адреси ОЗУІ і ПЗУ.
Таким чином приймачами шини Y є PXY, РА, ВЧА і Рони МПС, причому можлива одночасна запис в РОН і один з решти приймачів, а також відсутність запису в усі приймачі.
ОЗУІ і ПЗУ підключені до шинам DA і DB відповідно, що дозволяє здійснити їх одночасне читання. В алгоритмі передбачається формування адрес окремо по координаті X і Y. Доцільно здійснювати формування адрес одночасно по двох координатах в одному 16-ти розрядному регістрі. Для цього необхідно сформувати спеціальні константи. Так, для одночасного виконання мікрокоманд Y4 і Y5 необхідно сформувати константу
С1 =; Y8, Y9 Вѕ C2 =; Y18, Y19 Вѕ C3 = і Y25, Y26 Вѕ C4 =
Формування констант С1 Вѕ С4 передбачає виконання мікрокоманд зсуву вправо і вліво. Для обох зрушень в звільнилися розряди записується нуль.Організація зрушень досягається підключенням до входів - виходів зрушень повторювачів з трьома станами, на вхід яких поданий логічний нуль. Всі керуючі сигнали формує пристрій керування, схема якого показана на рис.2.
Пристрій управління містить у собі пам'ять мікрокоманд (ЗУМК), регістр мікрокоманд, дешифратор джерел шини Y (DC1), дешифратор приймачів шини Y (DC2), комутатор умов М, D - тригер для зберігання молодшого розряду адреси ЗУМК, генератор тактових імпульсів (ГТВ), схему В«пуску-остановуВ», що включає в себе тригер пуску (ТП), одновібратор (ОВ), інвертор і схему В«ІВ».
Даний пристрій є мікропрограмним пристроєм з примусовою адресацією.
Адреса наступної мікрокоманди задається безпосередньо в поле (АМК0 - АМК7).
Організація умовних переходів здійснюється шляхом модифікації молодшого розряду адреси, на вхід якого в залежності від коду умови (АУС) через мультиплексор подаються сигнали за значеннями яких необхідно провести перехід. Для реалізації алгоритму достатньо два розряди для коду умови. Значення кодів умови (АУС) і відповідні їм сигнали наведені в табл. 2.
мікропроцесор апаратний змінна програма
Таблиця 2 Вѕ Коди умов
АУС
Сигнали
0
АМК0
1
N (знак)
2
Z (нуль)
3
EW
Малюнок 1 Вѕ Структурна схема обчислювального пристрої на МП
Малюнок 2 Вѕ Схема пристрою управління
Таким чином, для формування адреси наступної мікрокоманди необхідно 10 розрядів поля мікрокоманд.
Використання схем формування адреси мікрокоманд К1804 ВУ4 або К1804ВУ1 (2) і ВУ3 зажадало б не менше 12 розрядів поля мікрокоманд і значно великі апаратурні витрати.
Схема В«пуску-остановуВ» служить для початкової установки РМК, дозволу подачі тактових імпульсів (ТІ) з ГТВ на всі схеми по сигналу В«ПускВ» і припинення їх подачі по сигналу В«ОстВ» Вона працює таким чином. Сигналом В«ПускВ» скидаються в нуль РМК і тригер молодшого розряду адреси. Сигнал В«ПускВ», затриманий за допомогою одновібратора, по заданому фронту тактового імпульсу встановлює в В«1В» ТП, який відкриває схему В«ІВ» і дозволяє проходження через неї ТІ. Сигналом В«Ост.В» ТП скидається в нуль і закриває схему В«ІВ».
2. Формат мікрокоманди
Розглянемо тепер формат мікрокоманди. Для управління МПС необхідно 20 розрядів мікрокоманди: код операції I0-I9, EA, OEB, A0-A3, B0-B3, Cn.
Поля СО і СS призначені для управління напрямком зсуву сдвигового пристрої регістра Q і сдвигового пристрої АЛП відповідно.
Поле IY визначає код джерел шини Y. Вміст цього поля дешифрується і підключається до шини Y одного з джерел. Значення поля IY і відповідні їм регістри наведено в табл. 3.
Поля АУС і АМК були розглянуті раніше. Таким чином, загальна довжина мікрокоманди дорівнює 37 розрядам.
мікрокоманд складається в процесі послідовного аналізу вершин алгоритму та інтерпретації кожної вершини однієї або декількома мікрокомандами. Мікропрограма наведена в табл. 4. Значення всіх полів мікрокоманд наведені в шістнадцятковій формі. В примітці в символьному вигляді дана операція, виконувана даної мікрокоманд і відповідна мікрокоманда з граф - схеми алгоритму. Мікрокомандами з адресами 01-10 формуються константи С1, С2, С3 і С4, які заносяться відповідно в РОН МПС R7, R8, R9, R10. Мікрокоманди з адреси 20 строго відповідають граф - схемі алгоритму.
3. Розрахунок часу роботи програми
мікрокоманд з адресами 00-1F виконуються одноразово на початку роботи, потім на кожному кадрі Вѕ мікропрограма з адреси 20.
Таким чином, при розрахунку часових параметрів будемо враховувати тільки цю циклічну частину мікропрограми. Час її виконання:
tц.
Час циклу tц і відповідно тактова частота визначається тривалістю найдовшого шляху проходження сигналів. Самий довгий шлях: читання ОЗП (ПЗУ) Вѕ виконання операції в АЛП Вѕ запис в РОН. Адреса ОЗУІ (ПЗУ) в мікропрограмі формується заздалегідь і тому дані на виході ОЗУІ (ПЗУ) до моменту виконання мікрокоманди, їх використовує завжди готові. Час циклу від найбільш довгого шляху самих МПС. У літературі описаний розрахунок такого шляху для 16-ти розрядного процесу на МПС К1804ВС2. Час циклу не перевищує 200 нс. Нехай tц = 200 нс, тоді Т = 8 мс. Отримане час задовольняє ТЗ.
