Помощь студентам в учебе
Цифровой модуль фильтрации координат спутниковой системы навигации
|
АННОТАЦИЯ 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ технического задания 14
2 Структура разрабатываемой МПС 18
2.1 Основные блоки МП 19
2.1.1 Описание регистров МП 20
2.1.2 Описание состояния флагов МП 22
2.2 Способы адресации МП 23
2.3 Элементы и функциональная схема МПС 24
2.3.1 Микропроцессор 24
2.3.2 Система управления и синхронизации МПС 26
2.3.3 Системный контроллер 27
2.3.4 Распределение памяти 27
2.3.5 Блок ввода/вывода 29
3 Реализация блоков МПС на языке VHDL 30
3.1 Микропроцессор 30
3.2 Схема сброса и пошаговое выполнение программ 33
3.2.1 Схема устранения дребезга контактов 33
3.2.2 Схема сброса МП 35
3.2.3 Схема пошагового выполнения программ 36
3.3 Системный контроллер 38
3.4 Управление ПЗУ и ОЗУ 40
3.4.1 Общая схема управления памятью 40
3.4.2 Дешифратор адреса памяти 42
3.4.3 Дешифратор адреса внешних устройств 42
3.5 Устройства ввода/вывода 46
3.5.1 Устройство ввода информации 46
3.5.2 Устройство вывода информации 47
4 Тестирование МПС 54
4.1 Алгоритм тестовой программы 54
4.2 Алгоритм программы-монитора 57
4.3 Тестирование МПС с применением программных средств 64
4.3.1 Тестовая программа 65
4.3.2 Программа-монитор 66
4.4 Тестирование МПС с применением аппаратных средств 67
5 Организационно-экономический раздел 71
5.1 Сетевое планирование 71
5.2 Элементы сетевого графика 72
5.3 Расчет ожидаемой продолжительности и вероятностных характеристик
выполнения работ 73
5.4 Расчет параметров событий сетевого графика 76
5.5 Расчет параметров работ сетевого графика 79
5.6 Расчёт затрат на проведение работ 83
5.7 Расчет экономического эффекта и срока окупаемости работ 87
6 Безопасность жизнедеятельности 88
6.1 Анализ взаимодействия пользователя с разработанным ПО ПЛИС 88
6.1.1 Загрузка ПО ПЛИС 88
6.1.2 Взаимодействие пользователя с комплексом 90
6.2 Рекомендации по организации рабочего места пользователя 90
6.3 Требования, предъявляемые к производственной среде 92
6.3.1 Требования к освещению 92
6.3.2 Требования к шуму 93
6.3.3 Требования к микроклимату 95
6.4 Требования к рабочему месту оператора 95
6.4.1 Требования к рабочему столу 95
6.4.2 Требования к рабочему стулу 96
6.4.3 Требования к подставке для ног 97
6.4.4 Требования к дисплею 97
6.4.5 Требования к клавиатуре 99
6.5 Анализ рабочего места на соответствие требованиям 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А 107
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 111
ПРИЛОЖЕНИЕ В 112
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ технического задания 14
2 Структура разрабатываемой МПС 18
2.1 Основные блоки МП 19
2.1.1 Описание регистров МП 20
2.1.2 Описание состояния флагов МП 22
2.2 Способы адресации МП 23
2.3 Элементы и функциональная схема МПС 24
2.3.1 Микропроцессор 24
2.3.2 Система управления и синхронизации МПС 26
2.3.3 Системный контроллер 27
2.3.4 Распределение памяти 27
2.3.5 Блок ввода/вывода 29
3 Реализация блоков МПС на языке VHDL 30
3.1 Микропроцессор 30
3.2 Схема сброса и пошаговое выполнение программ 33
3.2.1 Схема устранения дребезга контактов 33
3.2.2 Схема сброса МП 35
3.2.3 Схема пошагового выполнения программ 36
3.3 Системный контроллер 38
3.4 Управление ПЗУ и ОЗУ 40
3.4.1 Общая схема управления памятью 40
3.4.2 Дешифратор адреса памяти 42
3.4.3 Дешифратор адреса внешних устройств 42
3.5 Устройства ввода/вывода 46
3.5.1 Устройство ввода информации 46
3.5.2 Устройство вывода информации 47
4 Тестирование МПС 54
4.1 Алгоритм тестовой программы 54
4.2 Алгоритм программы-монитора 57
4.3 Тестирование МПС с применением программных средств 64
4.3.1 Тестовая программа 65
4.3.2 Программа-монитор 66
4.4 Тестирование МПС с применением аппаратных средств 67
5 Организационно-экономический раздел 71
5.1 Сетевое планирование 71
5.2 Элементы сетевого графика 72
5.3 Расчет ожидаемой продолжительности и вероятностных характеристик
выполнения работ 73
5.4 Расчет параметров событий сетевого графика 76
5.5 Расчет параметров работ сетевого графика 79
5.6 Расчёт затрат на проведение работ 83
5.7 Расчет экономического эффекта и срока окупаемости работ 87
6 Безопасность жизнедеятельности 88
6.1 Анализ взаимодействия пользователя с разработанным ПО ПЛИС 88
6.1.1 Загрузка ПО ПЛИС 88
6.1.2 Взаимодействие пользователя с комплексом 90
6.2 Рекомендации по организации рабочего места пользователя 90
6.3 Требования, предъявляемые к производственной среде 92
6.3.1 Требования к освещению 92
6.3.2 Требования к шуму 93
6.3.3 Требования к микроклимату 95
6.4 Требования к рабочему месту оператора 95
6.4.1 Требования к рабочему столу 95
6.4.2 Требования к рабочему стулу 96
6.4.3 Требования к подставке для ног 97
6.4.4 Требования к дисплею 97
6.4.5 Требования к клавиатуре 99
6.5 Анализ рабочего места на соответствие требованиям 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А 107
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 111
ПРИЛОЖЕНИЕ В 112
С самого начала появления микропроцессоров, их применение оказало огромную роль в развитии и освоении всевозможной вычислительной техники. Благодаря освоению все более новых технологий изготовления, микропроцессоры стали применяться во многих средствах обработки информации, в устройствах, предназначенных для управления различным оборудованием, автоматизации технологических процессов. Столь обширная область применения микропроцессоров обусловлена компактностью готовых устройств, а также очень высокой надежностью. Но основным преимуществом использования микропроцессоров является огромные вычислительные возможности. Построение разнообразных вычислительных устройств на основе МП также стало возможным благодаря их гибкости и универсальности. Так, для того или иного устройства, МП не разрабатывается отдельно, а используются готовые решения.
На сегодняшний день интерес к микропроцессорной технике неуклонно растет. Но современные МП слишком сложны для изучения. Для достижения хороших результатов в обучении микропроцессорной техники, начинающим специалистам необходимо осваивать более простые для понимания МП. Но такие простые решения уже давно не применяются в современных вычислительных устройствах. Отсутствие лабораторной базы для изучения архитектур МПС является очень актуальной проблемой. Для полноценного изучения микропроцессорных систем необходима соответствующая лабораторная база. Для исследования различных архитектур МПС необходимо разное аппаратное обеспечение.
В настоящее время существуют различные отладочные платы на базе процессоров. Такое решение является классическим вариантом, оно позволяет работать с конкретной моделью процессора. К недостаткам всех отладочных плат на базе процессоров можно отнести то, что они сделаны под конкретную архитектуру и тип процессора. Следует отметить, что все процессоры, лежащие в основе отладочных плат, являются достаточно сложными и не подходят для обучения. На начальном уровне для обучения необходимо исследовать более простые модели процессоров 8
(например модель МП Intel 8080, или его отечественный аналог КР580ИК80), но отладочных плат или стендов на их базе в настоящее время нет. Сейчас все более популярными становятся ПЛИС. В последнее время появились доступные отладочные платы на базе ПЛИС, имеющих достаточную логическую емкость для реализации сложных и объемных проектов. Применение ПЛИС позволяет реализовать на программном уровне МП с различной архитектурой, не меняя при этом аппаратную часть.
Целью данной дипломной работы является разработка эмулятора микропроцессорной системы с архитектурой фон Неймана на базе ПЛИС. Под эмулятором понимается ПО ПЛИС. Данная архитектура является наиболее распространенной и часто применяемой. На таких МП построено большинство современных компьютеров и вычислительных станций. Также существует и другая архитектура - Гарвардская, она применяется значительно реже, в основном в сигнальных процессорах и специализированных системах. Применение ПЛИС позволит без изменения аппаратной части комплекса исследовать обе архитектуры. Данный подход позволит сильно удешевить аппаратную часть комплекса, а также более детально производить процесс обучения в виду наличия возможности исследования внутренней структуры МПС.
Аппаратная часть комплекса была реализована в рамках реализации инновационного проекта программы «УМНИК». Также по итогу выполнения первого этапа написана статья «Лабораторный комплекс для изучения архитектуры вычислительных узлов микропроцессоров», вошедшая в сборник трудов 75-й научной студенческой конференции.
Результатом данной работы будет являться ПО ПЛИС для программно-аппаратного комплекса, реализующего в себе микропроцессорную систему с архитектурой фон Неймана. Реализуемая МПС должна иметь в основе достаточно простой для обучения МП с системой команд, совместимой с Intel 8080.
К схожим аналогам разрабатываемого эмулятора (в виде программного обеспечения ПЛИС) можно отнести следующие существующие решения:
а) УМПК-80 - лабораторный комплекс на базе K580BM80, ранее выпускаемый промышленно. Данный комплекс не имеет внутрисхемного отладчика, что делает невозможным изучение МП на уровне регистров, [1];
б) макет Томского политехнического университета, реализованный с помощью отладочного комплекта на ПЛИС семейства Cyclone II. В отличие от разрабатываемого эмулятора, в данном аналоге реализован лишь МП, а управление им реализовано с помощью ПЭВМ посредством специальной управляющей программы. Периферия в данном случае отсутствует, из-за чего возможности данного стенда ограничены;
в) Altera NIOS II - программный процессор, специально собранный и оптимизированный для работы на ПЛИС. Данная система является универсальным 32-раз- рядным процессорным ядром. Для обучения данная система не подходит, т.к. является сложной в настройке и использовании. Данный МП реализован в виде отдельного IP-ядра, имеющего закрытый исходный код, а в следствии, невозможность просматривать внутренние сигналы и регистры МП. Данная система (и подобные ей) являются очень дорогими и не обладают возможностью исследования разных архитектур на одной аппаратной базе.
Помимо описанных решений, существуют и другие схожие аналоги, но, так как они являются зарубежными решениями, в настоящее время они являются недоступными.
Для определения структуры МПС с архитектурой фон Неймана необходимо четко понимать, что означает термин «архитектура» применительно к вычислительным устройствам.
В технических областях понятие архитектуры встречается достаточно редко, но оно прочно укрепилось с 70х годов XX века в области вычислительной техники. Понятие архитектуры вычислительной машины связано с набором характеристик, которым должны обладать система для возможности использования оператором (пользователем).
Под архитектурой ЭВМ можно понимать принципы взаимодействия всех структурных компонентов, из которых она состоит. Основными элементами любой ЭВМ являются центральный процессор, оперативная и постоянная память, а также периферийные устройства.
Архитектура компьютера полностью определяет возможности его использования. Для разработчика архитектура ЭВМ задает основные принципы и возможности программирования, организацию памяти, систему команд процессора и систему адресации. Стоит заметить, что при одинаковой архитектуре вычислительной машины, функционал и принципы внутреннего устройства разных моделей могут очень сильно различаться. Хотя ЭВМ одного производителя и семейства являются совместимыми, могут существовать и модели, имеющие большие различия.
Основная часть существующих ЭВМ имеют архитектуру фон Неймана. В 1945 году Джон фон Нейман определил основные принципы построения ЭВМ, а именно правила взаимодействия структурных частей системы, обработки информации, структуру памяти. В основу всех МП с данной архитектурой легли принципы, сформированные фон Нейманом:
а) принцип однородности памяти - программы и данные находятся в общей памяти, доступ к которой производится по одной шине данных и команд. Данный принцип гласит, что для ЭВМ не имеет значения, что именно располагается в той или иной ячейке памяти (какое-либо число или же команда). Исходя из этого, над командами можно производить точно такие же действия, как и над данными;
б) принцип адресности памяти - возможность доступа в любой момент времени к произвольной ячейке памяти. Данный принцип возможен благодаря тому, что память состоит из последовательно пронумерованных ячеек. Любой нужной ячейки памяти, а также области, захватывающей множество ячеек, возможно присваивать имена. Благодаря этому в процессе выполнения программы представляется возможным обращение к нужным ячейкам памяти и изменение их значений;
в) принцип программного управления - любая программа (управляющая или пользовательская) состоит из последовательности команд. Все команды выполняются МП строго последовательно. Для этого программа считывается из памяти при помощи специального счетчика, названного счетчиком команд. Порядок выполнения команд определяется при написании программы. Так, если необходим переход от одной команды к произвольной, а не следующей за ней в памяти, то используются команды перехода (условные или безусловные);
г) применение двоичной системы счисления - в отличие от десятичной системы счисления (применялась в первых вычислительных машинах), двоичная система имеет значительные преимущества, главные из которых - простота выполнения логических и арифметических операций и удобство представления информации.
В современном исполнении компьютеры с архитектурой фон Неймана полностью сохраняют описанные принципы.
Фон Нейман не только разработал основные принципы построения ЭВМ, но и предложил общую структуру, по которой были построены первые МП с данной архитектурой. Главными элементами ЭВМ с архитектурой фон Неймана являются:
а) арифметико-логическое устройство (АЛУ): необходимо для совершения над данными логических и арифметических операций. При выполнении арифметических операций аргументами, как и результатом вычислений являются числа. При выполнении логических операций результатом является какое-либо высказывания по «И», «ИЛИ», «НЕ». АЛУ выполняет необходимые операции над данными, после чего полученные результаты записываются в запоминающее устройство и/или в устройство вывода информации;
б) запоминающее устройство (ЗУ): необходимо для записи и хранения данных и команд. Запись данных возможен в произвольные ячейки памяти, в то время как запись команд производится в соседние ячейки. Команда в целом состоит из адреса той или иной ячейки памяти и кода операции, которую необходимо выполнить в данный момент;
в) устройство управления (УУ): предназначено для управления всеми блоками системы. Оно связывает все имеющиеся устройства и анализирует их состояние. Главная задача УУ - контроль за выполнением последовательности команд;
г) устройства ввода/вывода: предназначены для ввода и считывания информации соответственно. Устройство ввода и вывода всегда имеют понятное для пользователя представление данных. С помощью устройства ввода информации данные и команды вводятся в ЗУ через АЛУ. В простейшем случае устройство ввода представляет собой клавиатуру с требуемым количеством клавиш, различные тумблеры и переключатели. Устройство вывода может иметь самый разнообразный принцип отображения информации, в самом простом случае это набор светодиодов, в более сложном - набор семисегментных индикаторов, отображающих данные уже не в двоичном коде, а в привычном человеку десятичном формате.
Для выполнения настоящей дипломной работы были поставлены следующие задачи:
- анализ технического задания;
- определение структуры разрабатываемой МПС;
- реализация блоков МПС на языке VHDL;
- тестирование МПС с применением программных средств;
- тестирование МПС с применением аппаратных средств.
Настоящая пояснительная записка имеет следующую структуру: в первом разделе проводится анализ технического задания; во втором разделе определяется структура разрабатываемой МПС, в результате чего формируется структурная схема МПС; в третьем разделе описывается процесс реализации блоков МПС на языке VHDL; в четвертом разделе приводятся алгоритмы тестовой программы и программы-монитора, а также результаты тестирования МПС с применением программных и аппаратных средств (проверка с помощью симуляции в специализированной программе и тестирование на макетной плате на базе ПЛИС); в пятом разделе приведен экономический анализ и сетевое планирование; в шестом разделе содержатся требования к безопасности эмулятора, а также требования к условиям труда.
На сегодняшний день интерес к микропроцессорной технике неуклонно растет. Но современные МП слишком сложны для изучения. Для достижения хороших результатов в обучении микропроцессорной техники, начинающим специалистам необходимо осваивать более простые для понимания МП. Но такие простые решения уже давно не применяются в современных вычислительных устройствах. Отсутствие лабораторной базы для изучения архитектур МПС является очень актуальной проблемой. Для полноценного изучения микропроцессорных систем необходима соответствующая лабораторная база. Для исследования различных архитектур МПС необходимо разное аппаратное обеспечение.
В настоящее время существуют различные отладочные платы на базе процессоров. Такое решение является классическим вариантом, оно позволяет работать с конкретной моделью процессора. К недостаткам всех отладочных плат на базе процессоров можно отнести то, что они сделаны под конкретную архитектуру и тип процессора. Следует отметить, что все процессоры, лежащие в основе отладочных плат, являются достаточно сложными и не подходят для обучения. На начальном уровне для обучения необходимо исследовать более простые модели процессоров 8
(например модель МП Intel 8080, или его отечественный аналог КР580ИК80), но отладочных плат или стендов на их базе в настоящее время нет. Сейчас все более популярными становятся ПЛИС. В последнее время появились доступные отладочные платы на базе ПЛИС, имеющих достаточную логическую емкость для реализации сложных и объемных проектов. Применение ПЛИС позволяет реализовать на программном уровне МП с различной архитектурой, не меняя при этом аппаратную часть.
Целью данной дипломной работы является разработка эмулятора микропроцессорной системы с архитектурой фон Неймана на базе ПЛИС. Под эмулятором понимается ПО ПЛИС. Данная архитектура является наиболее распространенной и часто применяемой. На таких МП построено большинство современных компьютеров и вычислительных станций. Также существует и другая архитектура - Гарвардская, она применяется значительно реже, в основном в сигнальных процессорах и специализированных системах. Применение ПЛИС позволит без изменения аппаратной части комплекса исследовать обе архитектуры. Данный подход позволит сильно удешевить аппаратную часть комплекса, а также более детально производить процесс обучения в виду наличия возможности исследования внутренней структуры МПС.
Аппаратная часть комплекса была реализована в рамках реализации инновационного проекта программы «УМНИК». Также по итогу выполнения первого этапа написана статья «Лабораторный комплекс для изучения архитектуры вычислительных узлов микропроцессоров», вошедшая в сборник трудов 75-й научной студенческой конференции.
Результатом данной работы будет являться ПО ПЛИС для программно-аппаратного комплекса, реализующего в себе микропроцессорную систему с архитектурой фон Неймана. Реализуемая МПС должна иметь в основе достаточно простой для обучения МП с системой команд, совместимой с Intel 8080.
К схожим аналогам разрабатываемого эмулятора (в виде программного обеспечения ПЛИС) можно отнести следующие существующие решения:
а) УМПК-80 - лабораторный комплекс на базе K580BM80, ранее выпускаемый промышленно. Данный комплекс не имеет внутрисхемного отладчика, что делает невозможным изучение МП на уровне регистров, [1];
б) макет Томского политехнического университета, реализованный с помощью отладочного комплекта на ПЛИС семейства Cyclone II. В отличие от разрабатываемого эмулятора, в данном аналоге реализован лишь МП, а управление им реализовано с помощью ПЭВМ посредством специальной управляющей программы. Периферия в данном случае отсутствует, из-за чего возможности данного стенда ограничены;
в) Altera NIOS II - программный процессор, специально собранный и оптимизированный для работы на ПЛИС. Данная система является универсальным 32-раз- рядным процессорным ядром. Для обучения данная система не подходит, т.к. является сложной в настройке и использовании. Данный МП реализован в виде отдельного IP-ядра, имеющего закрытый исходный код, а в следствии, невозможность просматривать внутренние сигналы и регистры МП. Данная система (и подобные ей) являются очень дорогими и не обладают возможностью исследования разных архитектур на одной аппаратной базе.
Помимо описанных решений, существуют и другие схожие аналоги, но, так как они являются зарубежными решениями, в настоящее время они являются недоступными.
Для определения структуры МПС с архитектурой фон Неймана необходимо четко понимать, что означает термин «архитектура» применительно к вычислительным устройствам.
В технических областях понятие архитектуры встречается достаточно редко, но оно прочно укрепилось с 70х годов XX века в области вычислительной техники. Понятие архитектуры вычислительной машины связано с набором характеристик, которым должны обладать система для возможности использования оператором (пользователем).
Под архитектурой ЭВМ можно понимать принципы взаимодействия всех структурных компонентов, из которых она состоит. Основными элементами любой ЭВМ являются центральный процессор, оперативная и постоянная память, а также периферийные устройства.
Архитектура компьютера полностью определяет возможности его использования. Для разработчика архитектура ЭВМ задает основные принципы и возможности программирования, организацию памяти, систему команд процессора и систему адресации. Стоит заметить, что при одинаковой архитектуре вычислительной машины, функционал и принципы внутреннего устройства разных моделей могут очень сильно различаться. Хотя ЭВМ одного производителя и семейства являются совместимыми, могут существовать и модели, имеющие большие различия.
Основная часть существующих ЭВМ имеют архитектуру фон Неймана. В 1945 году Джон фон Нейман определил основные принципы построения ЭВМ, а именно правила взаимодействия структурных частей системы, обработки информации, структуру памяти. В основу всех МП с данной архитектурой легли принципы, сформированные фон Нейманом:
а) принцип однородности памяти - программы и данные находятся в общей памяти, доступ к которой производится по одной шине данных и команд. Данный принцип гласит, что для ЭВМ не имеет значения, что именно располагается в той или иной ячейке памяти (какое-либо число или же команда). Исходя из этого, над командами можно производить точно такие же действия, как и над данными;
б) принцип адресности памяти - возможность доступа в любой момент времени к произвольной ячейке памяти. Данный принцип возможен благодаря тому, что память состоит из последовательно пронумерованных ячеек. Любой нужной ячейки памяти, а также области, захватывающей множество ячеек, возможно присваивать имена. Благодаря этому в процессе выполнения программы представляется возможным обращение к нужным ячейкам памяти и изменение их значений;
в) принцип программного управления - любая программа (управляющая или пользовательская) состоит из последовательности команд. Все команды выполняются МП строго последовательно. Для этого программа считывается из памяти при помощи специального счетчика, названного счетчиком команд. Порядок выполнения команд определяется при написании программы. Так, если необходим переход от одной команды к произвольной, а не следующей за ней в памяти, то используются команды перехода (условные или безусловные);
г) применение двоичной системы счисления - в отличие от десятичной системы счисления (применялась в первых вычислительных машинах), двоичная система имеет значительные преимущества, главные из которых - простота выполнения логических и арифметических операций и удобство представления информации.
В современном исполнении компьютеры с архитектурой фон Неймана полностью сохраняют описанные принципы.
Фон Нейман не только разработал основные принципы построения ЭВМ, но и предложил общую структуру, по которой были построены первые МП с данной архитектурой. Главными элементами ЭВМ с архитектурой фон Неймана являются:
а) арифметико-логическое устройство (АЛУ): необходимо для совершения над данными логических и арифметических операций. При выполнении арифметических операций аргументами, как и результатом вычислений являются числа. При выполнении логических операций результатом является какое-либо высказывания по «И», «ИЛИ», «НЕ». АЛУ выполняет необходимые операции над данными, после чего полученные результаты записываются в запоминающее устройство и/или в устройство вывода информации;
б) запоминающее устройство (ЗУ): необходимо для записи и хранения данных и команд. Запись данных возможен в произвольные ячейки памяти, в то время как запись команд производится в соседние ячейки. Команда в целом состоит из адреса той или иной ячейки памяти и кода операции, которую необходимо выполнить в данный момент;
в) устройство управления (УУ): предназначено для управления всеми блоками системы. Оно связывает все имеющиеся устройства и анализирует их состояние. Главная задача УУ - контроль за выполнением последовательности команд;
г) устройства ввода/вывода: предназначены для ввода и считывания информации соответственно. Устройство ввода и вывода всегда имеют понятное для пользователя представление данных. С помощью устройства ввода информации данные и команды вводятся в ЗУ через АЛУ. В простейшем случае устройство ввода представляет собой клавиатуру с требуемым количеством клавиш, различные тумблеры и переключатели. Устройство вывода может иметь самый разнообразный принцип отображения информации, в самом простом случае это набор светодиодов, в более сложном - набор семисегментных индикаторов, отображающих данные уже не в двоичном коде, а в привычном человеку десятичном формате.
Для выполнения настоящей дипломной работы были поставлены следующие задачи:
- анализ технического задания;
- определение структуры разрабатываемой МПС;
- реализация блоков МПС на языке VHDL;
- тестирование МПС с применением программных средств;
- тестирование МПС с применением аппаратных средств.
Настоящая пояснительная записка имеет следующую структуру: в первом разделе проводится анализ технического задания; во втором разделе определяется структура разрабатываемой МПС, в результате чего формируется структурная схема МПС; в третьем разделе описывается процесс реализации блоков МПС на языке VHDL; в четвертом разделе приводятся алгоритмы тестовой программы и программы-монитора, а также результаты тестирования МПС с применением программных и аппаратных средств (проверка с помощью симуляции в специализированной программе и тестирование на макетной плате на базе ПЛИС); в пятом разделе приведен экономический анализ и сетевое планирование; в шестом разделе содержатся требования к безопасности эмулятора, а также требования к условиям труда.
В результате выполнения настоящей дипломной работы разработан эмулятор микропроцессорной системы с архитектурой фон Неймана, в виде ПО ПЛИС для программно-аппаратного комплекса. Была определена структурная схема МПС, после чего разработаны необходимые блоки, входящие в МПС.
Основой МПС является микропроцессор, аналог Intel 8080 (КР580ИК80) с идентичной системой команд.
Для наглядного представления выполнения программ, отображение внутренних регистров и портов вывода было реализовано с помощью жидкокристаллического дисплея.
Благодаря реализации пошагового режима работы МПС, стало возможным контролировать правильность выполнения пользовательских программ.
Проведено тестирование разработанной МПС с применением программных и аппаратных средств. При проведении моделирования с помощью симулятора ModelSim подтверждена работоспособность как отдельных блоков, так и МПС в целом. Дальнейшее тестирование с помощью аппаратных средств показало, что все узлы МПС работают корректно в соответствии с требованиями ТЗ.
Планируется дальнейшее усовершенствование разработанного эмулятора, а именно увеличение объема ПЗУ, реализация знакогенератора для дисплея (позволит уменьшить объем блочной памяти, занимаемой в ПЛИС). Также планируется написание большего количества примеров программ и составление методических указаний по работе с комплексом.
В организационно-экономическом разделе приведены расчеты основных экономических показателей и срока окупаемости, что подтверждает целесообразность выполненных работ.
В разделе безопасности жизнедеятельности рассмотрены требования к условиям труда, а также требования к безопасности эмулятора, в результате чего подтверждена безопасность разработки и эксплуатации.
Основой МПС является микропроцессор, аналог Intel 8080 (КР580ИК80) с идентичной системой команд.
Для наглядного представления выполнения программ, отображение внутренних регистров и портов вывода было реализовано с помощью жидкокристаллического дисплея.
Благодаря реализации пошагового режима работы МПС, стало возможным контролировать правильность выполнения пользовательских программ.
Проведено тестирование разработанной МПС с применением программных и аппаратных средств. При проведении моделирования с помощью симулятора ModelSim подтверждена работоспособность как отдельных блоков, так и МПС в целом. Дальнейшее тестирование с помощью аппаратных средств показало, что все узлы МПС работают корректно в соответствии с требованиями ТЗ.
Планируется дальнейшее усовершенствование разработанного эмулятора, а именно увеличение объема ПЗУ, реализация знакогенератора для дисплея (позволит уменьшить объем блочной памяти, занимаемой в ПЛИС). Также планируется написание большего количества примеров программ и составление методических указаний по работе с комплексом.
В организационно-экономическом разделе приведены расчеты основных экономических показателей и срока окупаемости, что подтверждает целесообразность выполненных работ.
В разделе безопасности жизнедеятельности рассмотрены требования к условиям труда, а также требования к безопасности эмулятора, в результате чего подтверждена безопасность разработки и эксплуатации.
