Системное и прикладное программное обеспечение магистрально-модульных систем.

Основным способом организации МПС является магистрально-модульный (23.1): все устройства, включая и микропроцессор, представляются в виде модулей, которые соединяются между собой общей магистралью. Обмен информацией по магистрали удовлетворяет требованиям некоторого общего интерфейса, установленного для магистрали данного типа. Каждый модульподключается к магистрали посредством специальных интерфейсных схем.

Рис. 23.1. Магистрально-модульный принцип построения микропроцессорной системы

Магистрально-модульные системы – это один из методов организации систем автоматизации. ММСА состоят из одного или нескольких электронных блоков, механически объединённых в одном каркасе - крейте, и общей шины – магистра- ли. Магистраль - это совокупность электрических проводников, соединяющих различные блоки (модули) системы автоматизации. Обмен данными между модулями происходит через магистраль. Управляющим устройством – «хозяином» магистрали является специальный модуль – контроллер (рис. 1.). Он выполняет все процедуры по адресации остальных устройств, их чтению/записи, обработке запросов и т.п. В некоторых специфических случаях на магистрали могут устанавливаться несколько контроллеров, которые могут брать на себя управление магистралью. Очень часто контроллер является «интеллектуальным» и содержит процессор. Тогда часть функций управляющей ЭВМ, как например, работа с конкретными модулями, передаётся ему. Для подключения к управляющей ЭВМ контроллер содержит интерфейсный узел. Физическое соединение, обеспечивающее связь с ЭВМ, выполняется посредством какой-либо стандартной линии связи/шины: Ethernet, CANbus, RS-232, либо нестандартной. ЭВМ Линия связи ЭВМ/крейт контроллер Крейт Модули Магистраль Рис. 1. Устройство Магистрально-модульной сис- темы автоматизации Основным достоинством магистрально-модульных систем автоматизации является их гибкость: имея набор модулей можно организовывать различные варианты контрольно- измерительных систем, при необходимости можно быстро внести измерения в конфигурацию оборудования: добавить модули, произвести замену и т.д.

В любой магистрально-модульной системы, можно выделить основные элементы: крейт, модули, магистраль

Крейт (или корзина) – это механический каркас, в который устанавливаются модули, кроме этого, в крейте располагаются: магистраль, блок питания, система охлаждения. В случае большой системы автоматизации, с множеством измерительных приборов уста- новленных в нескольких крейтах, они (крейты) могут быть смонтированы в специальную стойку.

Модули – это электронные блоки, выполняющие различные функции: измерение, гене- рация сигналов, хранение информации, преобразование сигналов и др. Модули устанавливаются в крейт и подключается к магистрали.

Магистраль - это совокупность электрических проводников, соединяющих различные модули системы автоматизации. В устройстве магистрали можно выделить несколько шин.

Шина – это набор электрических проводников сгруппированных по функциональному назначению. В общем случае, можно выделить следующие типы шин: шина адреса, шина данных, шина команд, шина состояния, шина управления, шина арбитража, шины прерывания [2].

Шины адрес а – предназначена для выбора модуля установленного в крейт. Выбор мо-дуля (или адресация) может выполняться различными способами: двоичное кодирование, географическая адресация и т.п. В системах PXIe, используемых в практикуме, поддержи- вается географическая (позиционная) адресация – каждому месту в крейте отводится от- дельная сигнальная линия.

Шина данных – предназначена для передачи данных. Чаще всего, разрядность шины (количество проводников сгруппированных в шину) кратна байту: 8, 16, 24, 32 разряда. В результате, за один такт, по шине могут быть переданы, соответственно: 1, 2, 3, 4 байта. Для уменьшения общего количества проводников в шине, шина адреса и шина данных могут выполняться мультиплексированными – т.е. одни и те же линии используются как для посылки адреса, так и для данных, но посылки разнесены по времени, фиксация мо- ментов (стробирование), когда происходит передача адреса, а когда данных происходит по сигналам на шине управления.

Шина команд – используется для управления операциями на магистрали. По шине пе- редаются команды модулям, например: произвести чтение, выдать данные, начать работу и т.п. Полный список команд, выполняемых модулем определяется стандартом, в котором выполнена система автоматизации.

Шина состояния – используется для передачи данных о результате выполнения опера- ций каким-либо модулем, например: модуль закончил работу, при работе модуля возникла ошибка, модуль готов к работе и т.д. Все вышеперечисленные шины: шина команд, шина данных, шина адреса, шина со- стояния могут быть мультиплексированы, (т.е. по одним и тем же линиям передаются ад- рес, данные, команды, состояние). Мультиплексирование может быть частичным: адрес – данные мультиплексированы, а шина команд и состояния – выполняются отдельными линиями. Наличие мультиплексированных шин на магистрали характерно для современных стандартов систем автоматизации: cPCI, PXI, PXIe. 3 Шина управления – предназначена для синхронизации работы модулей или передачи информации. В состав шины управления могут входить: линии стробирования (по этим линиям передаются сигналы разделяющие адрес, данные, и т.д. на мультиплексированных шинах), тактовые линии (по ним передаются сигналы постоянной формы и частоты, чаще всего прямоугольный меандр, подаваемые на все модули одновременно для синхронизации работы модулей во времени), линии сброса и очистки (по ним передаются сигналы модулям перейти в начальное состояние).

Шина арбитража – предназначена для того, чтобы реализовать модулям доступ к магистрали в соответствии с приоритетом. Расстановка приоритета на доступ к магистрали необходима, например, чтобы не образовалось два или более модулей пытающихся по од- ним и тем же линиям передавать данные, если возникнет такое состояние, то данные будут потеряны.

Шина прерываний – предназначена для того чтобы определить, что модуль запрашивает обработку какого-либо события: закончено измерение, требуются данные, и т.д. Все вышеперечисленные шины не обязательно должны присутствовать в магистрально- модульной системе. Их наличие или отсутствие, а так же способ реализации: разрядность, мультиплексированы или нет, и т. д. определяется спецификацией на систему.

Программы работы МПС размещаются в модулях постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и оперативных запоминающих устройств (ОЗУ).