Разработка схемы приоритетов прерываний

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПРИОРИТЕТОВ ПРЕРЫВАНИЙ»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технические требования

2. Выбор и обоснование схемы электрической функциональной

3 Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

3.1 Выбор комплектующих

3.2 Элементы схемы

3.3 Выбор конструкционной единицы

3.4 Описание конструкции ТЭЗа

4. Расчетная часть

4.1 Расчёты быстродействия

4.2 Расчет потребляемой мощности

Заключение

Список литературы

Приложение№ 1. Схема электрическая функциональная

Приложение№ 2. Схема электрическая принципиальная

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения перехода от одной программы к другой в мультипрограммной ЭВМ вводится так называемый режим прерывания программ. Прерывание программы — способность процессора прекращать выполнение текущей программы и её управление при возникновении определенных условий. Сигналы, вызывающие прерывание программы, называются сигналами прерывания или запросами прерывания.

В зависимости от условий возникновения сигналы прерывания подразделяют на пять классов:

1. Прерывание от схем контроля, или машинное прерывание, возникает в случае обнаружения ошибок в каких-либо блоках и устройствах ЭВМ. При этом происходит переключение к диагностической программе, позволяющей локализировать место неисправности.

2. Программное прерывание, или прерывание из-за ошибок программы, возникает при обнаружении ошибок в программе или при появлении необычных ситуаций при её выполнении. Например, при выполнении разрядной сетки, делении на нуль и т. п.

3. Внешнее прерывание возникает в случае появления сигналов от внешних объектов: датчиков времени (электронных часов), кнопок запросов на пультах инженера и оператора и других ЭВМ, подключенных к данной ЭВМ; аппаратуры передачи данных по линиям связи, от датчиков технологических процессов и т. п.

4. Прерывание от устройств ввода-вывода позволяет процессору получать информацию о состоянии каналов и периферийных устройств и отвечать на эти сигналы. Это прерывание от устройств ввода-вывода формируется, когда канал и ПфУ не могут выполнить заданную операцию; при возникновении особой ситуации в процессе выполнения операции ввода-вывода (ошибка в информации, обрыв перфоленты и бумаги, замятие перфокарты и др.); в момент окончания операции ввода-вывода.

5. Прерывание при обращении к управляющим подпрограммам-диспетчеру в случаях, когда предусмотрено выполнение каких-либо действий по управлению ЭВМ и ВС. Например, если при выполнении рабочей программы нужно выполнить действие, выходящее за пределы возможностей системы команд ЭВМ, то процессор формирует запрос на прерывание в виде обращения к соответствующей подпрограмме, которая реализует затребованное действие, после чего управление вновь передается прерванной программе. Путем обращения к управляющим программам организуется ввод-вывод, перераспределение памяти, прекращается выполнение программы.

Приоритеты прерываний. Программы, выполнявшиеся до появления запросов прерывания, называют прерываемыми программами. Программы, затребованные запросами прерываний, — прерывающими программами. Максимальное количество программ, прерывающих друг друга вновь возникающими запросами, называют глубиной прерывания. Степень важности запросов на прерывания в общем случае зависит от времени их поступления в систему прерывания программ, характера источников запросов. Поэтому каждому источнику запросов на прерывание присваивается постоянный, как правило, уровень приоритетности, или глубина прерываний. Наивысшим приоритетом (нулевой уровень) прерывания обладают прерывания от схем контроля ЭВМ. Прерывания нулевого уровня могут прерывать любую из программ, отвечающих уровням 1, 2, …, n при выделении (n+1) уровней.

Первый уровень присваивается прерываниям от устройств ввода-вывода, второй уровень — внешним прерываниям, третий уровень — программным прерываниям и прерываниям при обращении к управляющей программе-диспетчеру. Эти два класса прерываний исключают взаимно друг друга, а поэтому имеют одинаковый приоритет.

Прерывания первого уровня могут прерывать любую из программ второго и третьего уровней приоритетности, но не могут прервать программу с нулевым уровнем приоритетности. В связи с введением приоритетов время реакции на отдельные запросы увеличивается.

Процессор должен обеспечивать такой подход к запросам на прерывание, при котором прерывание по отдельным причинам может быть запрещено в течение некоторого промежутка времени, в то время как для других запросов прерывание разрешается. В современных ЭВМ наибольшее распространение получило программное управление приоритетом на основе максикода защиты от прерываний, представляющее собой двоичное число, разряды которого соответствуют отдельным причинам или уровням прерывания. Если разряд маски имеет значение 0, то соответствующая причина прерывания замаскирована и процессор не реагирует на данный запрос на прерывание. Если разряд маски равен 1, то соответствующая причина прерывания не замаскирована и процессор воспринимает данный запрос на прерывание.

С замаскированным запросом в зависимости от причины прерывания поступают двояким образом: или он игнорируется, или запоминается с тем, чтобы осуществить затребованные действия, когда запрет будет снят. Например, если прерывание вызвано окончанием операции в периферийном устройстве, то его следует, как правило, запомнить, так как иначе ЭВМ останется неосведомленной о том, что периферийное устройство освободилось. Прерывание, вызванное переполнением разрядной сетки при выполнении арифметической операции, следует в случае его маскирования игнорировать, так как запоминание этого запроса может привести к искажению результата этой программы.

Реализация прерываний в современных ЭВМ осуществляется аппаратными и программными средствами, совокупность которых получила название системы прерывания. С помощью аппаратных средств обнаруживаются сигналы запроса прерывания, организуется запоминание информации, необходимой для начала функционирования программных средств, а также для передачи управления программе прерываний и восстановления старой программы. С помощью программных средств производится запись в память содержимого большинства регистров и информации о состоянии процессора. Все обслуживание прерываний, включая определение номера и типа устройства, вида ошибки, возлагается полностью на программное обеспечение (ПО). Иногда П О определяет и метод возвращения к старой (прерванной) программе.

Различают два метода обработки прерываний: с опросом и по вектору.

1. Прерывание с опросом. При помощи аппаратных и программных средств осуществляется опрос каждого периферийного устройства, пока не обнаружится то, которое запрашивает прерывание, после чего осуществляется переход на соответствующую подпрограмму обслуживания прерывания, которая и выполняет затребованные действия. При этом приоритет периферийного устройства определяется его местом в последовательности опроса.

2. Прерывание по вектору. Запрос непосредственно передается на соответствующую подпрограмму, т. е. все периферийные устройства обладают одинаковым приоритетом. Поскольку в данном случае опроса не требуется, время реализации прерывания меньше, чем при выполнении с запросом.

Достоинство системы прерывания заключается в том, что для обеспечения прерывания не нужно принимать никаких мер на уровне рабочей программы пользователя. Составляя свою программу, программист может даже ничего не знать о системе прерываний. Однако системному программисту возможно потребуется разработать особые программы обслуживания прерываний, специфичные для данного устройства, если таких программ может не оказаться в средствах ПО, созданных разработчиками этих средств.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1 Назначение

Прекращение выполнения текущей программы и её управления при возникновении определенных условий

1.2 Условия работы

В условиях эксплуатации отсутствует вибрация и радиация.

Работоспособность должна сохраняться при следующих условиях:

Температура: t=20 С ± 10%

Влажность: 70%

Давление: 1Па

1.3 Основные параметры

На вход блока прерывания поступают 5 сигналов прерывания (Р1,Р2,Р3,Р4,Р5) и 5 сигналов маски защиты прерывания (z1,z2,z3,z4,z5). На выходе получаются 5 сигналов прерывания.

1.4 Технологические требования

Печатная плата изготовлена в условиях серийного производства по типовому технологическому процессу.

1.5 Конструктивные требования

Конструктивное изделие должно быть выполнено на одной печатной плате, имеющей габариты согласно ГОСТу.

1.6 Требования по быстродействию

Частота срабатывания схемы не более 100 Мгц.

1. 7 Потребляемая мощность

Мощность потребления схемой не должна превышать 2160 мВт, ток потребления 454,7 мА.

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ

Cхема приоритета прерываний совместно с РПП обеспечивает учет приоритетов по всем группам источников прерываний. В первую очередь выявляется наличие запроса на прерывание по контролю машины. Далее просмотр содержимого РЗП производится в порядке условных номеров приоритетов, начиная с программных прерываний. Это производится для того, чтобы при наличии нескольких запросов на различные прерывания в конечном итоге первой производилась обработка наиболее важных запросов, начиная с вводо-выводных прерываний, как это уже отмечалось выше. В регистре приоритетов прерываний имеется пять разрядов- по одному на каждую группу запросов; Это сделано вследствие того, что при обращении к супервизору для нового и старого ССП отводятся не те ячейки что в случае программных прерываний. Собственно схема приоритета прерываний предоставляет собой группу логических элементов, реализующих следующие зависимости:

РПП[0]: =1 при РЗП[0]=1,

РПП[1]: =при РЗП[0]^РЗП[1−15]=1,

РПП[2]: =при РЗП[0−15]^РЗП[16]=1,

РПП [3]:= при РЗП[0−16]^РЗП[17−24]=1,

РПП [4]: =при РЗП[0−24]^РЗП[25−31]=1;

Обозначение вида РЗП[1−15] указывает на то, что хотя бы в одном из разрядов от 1-го до 15-го регистра запросов на прерывания содержится код 1;

Обозначение вида РЗП[0−16] эквивалентно единице только тогда, когда во всех разрядов РЗП с нулевого по 16 содержатся нули; после учета запросов соответствующие триггеры РЗП устанавливаются в состояние 0. Схема электрическая функциональная приведена в Приложении 1.

3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

3.1 Выбор комплектующих

Выбор микросхем и элементов проводим согласно схеме электрической принципиальной, данные сводим в таблицу.

Таблица № 1 — Выбор элементов схемы.

Элемент

Количество элементов

ИМСх

Количество ИМСх

D-триггер

5

КМ55ТМ5

2

5

К155ЛИ1

2

НЕ

8

К155ЛН1

2

8И-НЕ

4

КМ155ЛА2

4

Из справочника берем условные графические обозначения и тех. Данные микросхем и пишем их на отдельных листах, которые приведены ниже.

На основании выбора комплектующих — ИМСх строим схему электрическую принципиальную, которая приведена в Приложении 2.

3.2 Элементы схемы

На основании схемы электрической функциональной выбраны элементы схемы.

Для их пояснения в данном разделе приводятся краткие справочные сведения об элементах серии К155 используемых для построения схемы приоритета прерывания.

Условные обозначения микросхем D-триггера, 2И, Не, 8И-НЕ приведены на рис. 1, рис. 2, рис. 3. рис. 4

Четыре D-триггера

Микросхема типа КМ155ТМ5

Корпус прямоугольный, пластиковый 201. 14−1

Земля -7,10

+5В-4

Uпит=5В±5%

T0,1=35н. с

T1,0=15н. с

Pпот=265Вт

Четыре элемента 2И

Микросхема типа К155ЛИ1

Корпус прямоугольный, пластиковый 201. 14−1

Рпот. =165 мВт

Uпит.= 5В±5%

t1,0= не более 27 н. с

t0,1=не более 19

+5В — вывод 14

Земля — вывод 7

6 элементов НЕ

Микросхема типа К155ЛН1

Корпус прямоугольный, пластиковый 201. 14−1

±7

5В-14

Uпит=5B±5%

T0,1=15

T1,0=22

Pпот=173BT

8И-НЕ

Микросхема типа К155ЛА2

Корпус прямоугольный, пластиковый 201. 14−1

±8

+5B-14

Uпит=5В±5%

T0,1=15

T1,0=22

Pпот=90ВТ

3. 3 Выбор конструкционной единицы

При конструировании плат ячеек следует использовать соотношения линейных размеров из сторон, рекомендуемые стандартов (ГОСТ 10 317 — 72). Размеры плат, отличающиеся от приведенных в стандарте, необходимо выбирать в технически обоснованных случаях.

Толщина платы с одно- или двусторонним печатным монтажом должна быть 0,5: 2 мм. При использовании многослойных печатных плат толщина платы определяется числом слоев, методом изготовления и толщиной исходных материалов. Для увеличения жесткости платы иногда необходимо вводить дополнительные слои изоляции.

При выборе числа слоев печатной платы ячейки надо учитывать не только число микросхем и количество связей между ними, но и требуемое быстродействие.

3. 4 Описание конструкции ТЭЗа

ТЭЗ (типовой элемент замены) — конструктивно законченный элемент машины, служащий для электрического объединения ИС и радиокомпонентов, самостоятельный по технологии изготовления и взаимозаменяемый без подгонки и дополнительной настройки с однотипными ТЭЗ машины. Конструктивная законченность и идентичность технологии изготовления вне зависимости от функционального состава и назначения того или иного типа ТЭЗа одной машины предопределяют общие для этих ТЭЗов конструктивные особенности и общие правила их конструирования. К ТЭЗ стационарных ЭВМ относят ячейку и модуль — элементы первого уровня конструктивной иерархии. Рассмотрим общие правила их конструирования.

Ячейка. Основа ячейки — прямоугольная печатная плата (с одно- или двусторонним печатным монтажом или многослойная), на поле которой (с одной или двух сторон) крепят все необходимые детали — микросхемы, разъемы, ручку, фиксаторы, ключ, контрольные гнезда и др. Поле печатной платы можно разделить на два участка: основной — для монтажа микросхем, вспомогательный — для монтажа остальных конструктивных элементов. Вспомогательный участок, располагающийся по краям вдоль контура платы, в свою очередь делят на подучастки. Основной участок условно делят на зоны, в каждой из которых находится посадочное место под одну микросхему. Координаты зоны задают числами и буквами русского или латинского алфавита. Таким образом, положение каждой микросхемы на плате строго закоординировано. Числа и буквы координат зон, как правило, вытравливают на плате вместе с рисунком печатного монтажа или наносят краской. Размеры зоны определяются шагом расположения микросхем по обеим координатам. Необходимый элемент ячейки — ключ, предназначенный для исключения возможности неправильной установки последней. В большинстве случаев ключом ячейки служит ключ разъема, используют также и несимметрию конструкции ячейки конструкции ячейки, разнотолщинность направляющих и т. д.

Модуль. Конструирование модулей производится в основном по тем же правилам, что и ячеек. Так же как у ячеек, в зависимости от предъявляемых требований, плата модуля может быть с одно-, двусторонним или многослойным печатным монтажом. Поле платы делится на основной и вспомогательный участки. На основном участке располагаются зоны, координаты которых задаются буквенно-цифровыми обозначениями или порядковыми номерами. В каждой схеме размещают одну микросхему. Вспомогательный участок, находящийся по краям платы модуля, делят на четыре подучастка. На двух подучастках вдоль длинных сторон платы модуля размещают элементы электрического контактирования, на двух других — маркировку и другие вспомогательные элементы. Электрическое объединение модулей с субблоком производят с помощью металлических штырьковых выводов, находящихся на плате модуля или на плате субблока.

4. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Расчёты быстродействия

Цель расчета:

Определение максимальной частоты срабатывания схемы.

Для определения времени задержки необходимо использовать самую длинную цепочку в схеме, формирующую выходной сигнал.

Исходными данными являются:

1. Схема электрическая принципиальная;

2. Справочник по интегральным микросхемам.

Период повторения подчиняется соотношению: T>> ф?

ф?=155 н. с

ѓ= 1/T = 1/200*10-9 = 20 Мгц

Результат расчета быстродействия согласуется с техническими требованиями на схеме.

4.2 Расчет потребляемой мощности

Цель расчета:

Определение максимальной потребляемой мощности схемы, а так же требования к источнику питания при наладке и настройке схемы.

На основе полученных результатов выбирается источник питания.

Исходными данными для расчета является:

1. Схема электрическая принципиальная;

2. Справочник по интегральным микросхемам.

По схеме электрической принципиальной определяется тип и количество микросхем, по справочнику — потребляемая мощность одной микросхемы данного типа.

Расчет потребляемой суммарной мощности определяется по формуле:

Таблица 3 — расчет потребляемой мощности:

№ пп

ИМСХ

Количество ИМСХ (n)

Рi, мВт

Рi К, мВт

1

КМ155ЛА2

4

90

360

2

К155ЛН1

2

173

346

3

К155ЛИ1

2

80

160

4

КМ155ТМ5

2

265

530

Pпотр = 1396 мВт

Зная напряжение питания схемы, (Uпит = 5 В ±5%) и суммарную потребляемую мощность по формуле определяем ток источника питания:

Iпит = Р? /U = 1396мВт/4,75 В = 293,9 мА

Следовательно, для наладки и настройки ТЭЗа необходим источник питания с напряжением 5 В и током питания не менее 293,9 мА, что удовлетворяет техническим требованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании технических требований была разработана схема электрическая функциональная, схема электрическая принципиальная приоритета прерываний. Сделан расчет потребляемой мощности, быстродействия.

Задание выполнено полностью согласно техническим требованиям.

приоритет прерывание принципиальный микросхема

ЛИТЕРАТУРА

1. Нешумова К. А Электронно-вычислительные машины и системы, М., Высшая школа, 2009

2. Справочник по интегральным микросхемам под редакцией Б. В Тарабрина, М., Энергия, 2001

3. Каган Б. Н. ЭВМ и системы, М., Энергия, 2008

ПРИЛОЖЕНИЕ1. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой