БОРТТЫ АПАРАТТЫ-БАСАРУ ЖЙЕЛЕРІН БАДАРЛАМАЛАНАТЫН ЛОГИКА МИКРОСЛБАЛАРЫН ОЛДАНУМЕН ЖОБАЛАУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

 

 

арыш аппараттарыны заманауи бортты жабдытарыны рылымы оны элементтеріні конструктивті интеграциясыны жоары дегейін мензейді. Жоарыда крсетілгендей, осы крделі жабдытарды басаруа арналан негізгі элемент бортты апаратты-басару кешені (БИУК) болып табылады. Осы тапсырмаларды шешу жеткілікті ресурссыйымды болып саналады жне бортты есептеуіш кешендерді олдану арылы жзеге асырылады. Сонымен атар арыш аппаратыны сипаттамалары мен масатты арналымдарына байланысты эффективті шешім шін минималды, сонымен атар шекті максималды есептеуіш ресурстар керек болуы ммкін. Мысалы, заманауи жоары орбиталды серіктік байланыс жйелеріні кпшілігі ретрансляторлар-серіктер жабдытарыны жмысын ретрансляциялау немесе жиілікті кшіріп ретрансляциялау режимнде арастырады, ол абылдау-тарату жабдытарыны жартылай жиынтытарыны ауыстырылуымен ана амтамасыз етіледі. Баса мысал ретінде тменорбиталды оптика-электронды баылау серіктері мен Жерді ашытытан зондтау серіктерін атап туімізге болады. Олар толытай келесі блімде арастырылан, оларды функционалдануы немі абылдау мен бейнелерді рделі есептеуіш делуін, алынан мліметтер длдігін амтамасыз етеді.

 

 

р рет айта жасаталатын бортты жабдытарды растыру мен тапсырма шін микрослбаларды олдану жасатауды ымбар рі за блігі болып саналады. Бдан блек, микроэлектронды технологияны дамуыны жоары динамикасыны саталуы кезінде осындай жасатамалар тез ескіретін болады. Жоарыда аталып ткендей, заманауи бортты жабдытарды дамуыны негізгі тенденцияларыны бірі оны элементтеріні унификациясы болып табылады. Сондытан оны ру шін жиі апробациядан ткен стандартталан жобалау технологияларын олданады, олар келесі принциптар бойынша жзеге асырылан:

 

1) БИУК элементтеріні стандарт микроконтроллер мен микропроцессорлар баасында кпмодульді растырылуы;

 

2) БИУК иерархиялы растырылуы негізгі талап етілген есептеуіш ресурстарды жзеге асырумен орталы элемент (бортты микроЭВМ) жне осымша тапсырмаларды шешу шін осымша элементтерді олданумен;

 

3) «Кристаллдаы жйе» принципі бойынша ру (systemonchip) –БИУК барлы функцияларыны аса ірі интеграция дрежесімен сипатталатын бір микрослбада жзеге асырылуы.

 

растыруды бірінші нсасы стандартталан модульдер мен микрослбаларды олдануа негізделген. Мысал ретінде PC 104 стандартын айтуа болады, ол бортты жабдытарды «баспалдаты» рылымын арастырады, бл рылым кезінде р модуль стандартталан лшемдерге (форма факторы) жне зара рекететтесуге арналан коммутация элементтеріне ие болып табылады. Орталы модуль басаруды да амтамасыз ететін орталы процессор модулі болып табылады. Осындай БИУК рылымыны баса нсасы жзеге асыруды модульді принципіне базаланады, ол бірнеше микроконтроллерларда орындалады, аталмыш микроконтроллерлер арапайым ішкі рылыма ие болулары тиіс, мысалы PIC контроллерлардан раланы абзал.

БИУК иерархиялы жзеге асырылуы жеткілікті жоары німділікке ие бортты ЭВМ олдануды мензейді. Дегенмен, детте осындай ЭВМ бортты аппаратура кзарасымен араанда ірі массагабариттеру мен энергетикалы ажеттіліктерге ие болады. Сондытан осындай нсаны олдану тек орташа немесе лкен арыш аппараттарында ммкін болады. «Кристаллдаы жйе» концепциясы, аса толы 11 тарауда арастырылады, перспективті арыш аппараттарыны бортты жабдытарында олдануа аса рсатталан болып саналады, себебі жабдытар элементтеріні максималды интеграциясын амтамасыз етеді, жне шаын лшемдер мен тмен энергияттынуымен ерекшеленеді. Оны жзеге асыру шін арнайы интегралды слбалар зірленуі ммкін, олар наты бір арышты аппарата арнайы жасаталады. Дегенмен жасатау жне осындай элементтерді бір-бірлеп ндіру лкен экономикалы жне уаытты шыындарды талап етеді, жне арыш аппараттарыны сериялы ндірісі кезінде ана аталады. Одан баса, осындай элементтерді модернизациялау мен реконструкциялау процесттері крделенеді. Жалпы жадайда «кристаллдаы жйе» принципі зіне блоктарды трлі трлерін енгізе алады: бадарламаланатын процессорлы ядролар, арнайы интегралды слбалар блоктары, бадарламаланатын логика блоктары, аналогты компоненттер мен трлі интерфейсты слбалар. Осындай блоктарды барлыы міндетті трде физикалы сипатта бір кристаллда жзеге асырылуы тиіс емес: процессорлар, жад блоктары блек компоненттер ретінде олданылуы ммкін.

 

Жоары интеграцияланан БИУК жасатау тиімділігіні артуы «кристаллдаы жйе» технологиясы бойынша бадарламаланатын логиканы олданатын интегралды микрослбаларды олдану арылы жзеге асырылады (ПЛИС). Аталмыш технология жеткілікті ке тааран жне танымал болып табылады, дегенмен соы кездері интеграция дрежесіні артуы мен элементті базаны тез рекет етуі арасында оны арышты аппаратураны бортты жабдытарына белсенді енгізу ммкіндіктері пайда бола бастады. ПЛИС микроэлектрониканы салыстырмалы трде жаа, тез дамып келе жатан саласы болып табылады, жне ата бсекелестік жадайында оларды танымалдылыынын артаны соншалы, кейбір болжамдар бойынша барлы аспаптарды 60% ПЛИС олданады жне тек ана 21% – арнайы вентиль матрицаларын пайдаланады.

 

ПЛИС олдану санды рылыларды жобалау процессіні технологиясын елеулі арттырады жне осы процестті толытай дерлік ПЭВМ ауыстырады. Бадарламаланатын логикалы интегралды слбалар классына келесі технологиялар бойынша жасаталан интегралды слбалар жатызылады:

 

– FPGA (Field Programmable Gate Array);

 

– EPLD ((Е)EPROM technology based complex Programmable Logic Devices);

 

– CPLD (CMOS FastFlash complex Programmable Logic Devices);

 

– MPLD (Mask Programmable Logic Devices).

 

EPLD, CPLD, MPLD технологиялары толытай бадарламаланатын вентиль матрицалары мен макрояшытар банкін олдануды мензейді. Макрояшытар функционалды блоктарды райды, олар з кезегінде трлі комбинаторлы жне кезекті логикалы функцияларды орындайды. олданушы бадарлайтын базалы матрицалы кристаллдар (FPGA) аса жетілген болып саналады,себебі интегралды слбаны ішкі рылымын ішкі матрицаны бадарламалау жолымен жзеге асыруа ммкіндік береді.

 

Бадарламаланатын логикаа ие элементті базаны негізгі ндіруші жне жасатаушы QuickLogic, Actel, Xilinx, Altera компаниялары болып саналады. арышты жйелерде ПЛИС олдануда блек орынды Actel компаниясыны німдері алады. Actel компаниясыны ПЛИС ерекшеліктері Antifuseтехнологияны олдану болып табылады, ол бадарламалау кезінде металл ткшені растырумен сипатталады. Берілген технология трассировканы жоары сенімділігі мен икемді ресурстарын амтамасыз етеді, жне конфигурациялы ПЗУ талап етпейді. Компания ндіретін німдер коммерциялы, радиациятраты орындалуды амтамасыз етеді жне крделі жадайлада функционалдану тратылыы мен сенімділік стандарты талаптарына жауап береді.

 

ПЛИС базасында слбаларды жобалау келесі операцияларды орындауды алдын алады:

 

– жасаталып жатан логикалы слбаны сипаттамасын бірнеше тілде енгізу

 

–ПЛИС моделін сипатталан слбаны жзеге асыру шін экспертті тадау, ол талап етілген бадарламаланан яшытар санын ескере отырып жне компонент функционалдану шарттарына жгініп жзеге асырылады;

 

 

– элемент слбасыны логикалы сипаттамасын ПЛИС моделіне кшіру жне оны оптимизациялау (трансляция, оптимизация, орналастыру);

 

 

– жасаталан компонентті талаптара сйкестікке тексеру масатында функционалды жне уаытты модельдеу;

 

 

– жасаталан компонент верификациясы мен оны моделін редакциялау;

 

 

– Шегерілген ПЛИС моделін ПЭВМ кмегімен сйкес порт немесе FPGA жадайында ішкі есте сатау рылысы негізінде жктеу. CPLD чиптары FAST FLASH жадымен жктелгеннен кейін, шірілгенде де оларды сатайды. Жиі ПЛИС компоненттерін сипаттау шін VHDL тілі олданылады – санды компоненттерді логикалы рылымын сипаттайтын тіл. Одан блек, кптеген олданулар шін компоненттер оймасы жасаталан, олар ПЛИС ндіруші фирмаларымен тегін таратылады.

 

 

 

арыш аппаратыны БИУК ПЛИС микрослбасы базасында жзеге асырылуыны мысалы.Сурет 1.4.

 

Перспективті байланыс арыш аппаратыны БИУК жзеге асырылу нсасы 1.4-суретте бейнеленген. ПЛИС бл жадайда орталы элемент болып табылады, ол арнайы апаратты жинау жне деуді, сонымен атар бортты жабды барлы элементтеріні жадайын басару мен баылауды жзеге асырады. ПЛИС негізіндегі БИУК рылымы мліметтерді алмасу ішкі шиналарын олдануды р трлі компоненттер арасында мензейді. Осы жадайда олданылатын вентильдерді шамамен аландаы саны бір жарым милиона жуы, ол ProAsic сериясыны бір ПЛИС микрослбасы аясында жзеге асырылуы ммкін. Сурет 1.5 ProAsicPlus сериялы ПЛИС компоненттеріні сырты крінісі келтірілген, ол сырты рылылармен рекет ету операцияларын деуді амтамасыз етеді.

 

Бадарламаланатын логикаа ие микрослбаларды шегіну ташасы. Сурет 1.5.

 

 

рі арай бортты жабдытар модернизациясы бадарламалы модельдер мен жасаталан стандартты компоненттер кітапханасыны болуыны арасында осымша шыындарды талап етпейтін болады, ол з кезегінде берілген технологияны массалы сипатта олдану жадайында перспективті арыш аппараттарыны сериялы ндірісін амтамасыз етуге ммкіндік береді.