Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007), страница 4

Существуют отдельные ключевые факторы, которые необходимо рассмотреть для определения производительности процессора. 1.5.1. Прерывания Как часто должны происходить прерывания, и как много операций должно быть выполнено в каждой процедуре обработки прерывания ()пгеггцрг Зегч(се Коцбпе, 1БК)? Какова максимальная задержка обработки прерывания? Будут ли некоторые прерывания запрещены на продотжительное время, и как это отразится на задержке остальных прерываний? Вам может понадобиться один или более процессоров: один для выполнения высокоскоростных прерываний с минимальным временем задержки и невысокой сложностью вычислений, другой для обработки медленных прерываний с повышенными требованиями к программному обеспечению. 1.5.2.

Интерфейсы Что система должна сообщать? Как будет осуществляться связь с внешним миром? Сколько потребуется электроники для поддержания выбранного интерфейса, и как много функций должно будет выполнять программное обеспечение? Например, интерфейс 1зС, осуществляемый программным обеспечением микроконтроллера, больше повлияет на общую производительность, чем тот же интерфейс, но выполненный аппаратно. Подобная ситуация возникает и в связи с обработкой прерываний, поскольку в интерфейсах также используются прерывания. Об интерфейсе 1зС более подробно рассказывается в главе 2.

1.5.3. Поддержка на аппаратном уровне Система визуализации изображений, в которой используется контроллер прямого доступа к памяти, ПДП (Вбгесг Мегпогу Ассем, ОМА), не потребует столько вычислительной мощности от процессора, как система, в которой все данные обрабатываются программно. Процессор, передающий данные программе, но обладающий аппаратной инструкцией перемещения блока (Ыос)с-пюче инструкцией), будет быстрее процессора, выполняющего цикл за циклом.

Подобно тому, как, если микропроцессор содержит встроенный математический сопроцессор, то операции с плавающей точкой выполняются аппаратно быстрее, чем с помощью программы. В каждом конкретном случае необходимо выбрать оптимальное соотношение программных и аппаратных средств в зависимости от решаемой задачи и расставленных приоритетов. 22 ° Глава!. Параметры системы 1.5.4.Требования кпроцессору При обработке изображений передача процессором данных от одного блока (например, интерфейс камеры) к другому (например, цифровой фильтр) отнимет некоторую часть процессорного времени. Если процессор должен выполнить алгоритм фильтрации программно, это займет значительную часть процессорной мощности.

Неправильно спроектированные процессорные системы, не учитывающие объем операций микропроцессора, как правило, выполняют операции медленно и круг их задач крайне ограничен. 1.5.5. Требования к операционной системе При использовании операционных систем следует обратить особое внимание на время запрета выполнения прерываний. Совместимо ли это время с ограничениями по задержке на обработку прерываний? А если операционная система вдруг остановит вычисления для того, чтобы потратить несколько секунд на обслуживание жесткого диска? Станет ли это причиной потери данных? Должна ли система работать в режиме реального времени (что потребует применения специальной операционной системы реального времени)? 1.5.5.

Язык программирования и компилятор Если предполагается использовать обьектно-ориентированный язык программирования высокого уровня, такой как С++, то что может случиться, если процессору понадобится переслать большой объем данных в память? Не потеряется ли часть данных? Не придется ли менять 100 МГц процессор на 1 ГГц, только для того, чтобы сократить интервал времени сбора данных? 1.6. Ограничение скорости Выбор достаточно быстрых шин и процессора — очень важное дело, но может не менее важно избежать слишком высокой скорости? Может показаться нелогичным нежелание применять самый быстрый процессор и периферийные устройства, однако бывают приложения, где встречается именно такая ситуация, не требующая суперпроцессора...

В основном, изза цены или в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости устройств. !.6. Ограничение скорости ° 23 1.6.1. Затраты Стандартный компьютерный параллельный интерфейс РС/104 определяет механические и электрические характеристики плат РС, оптимизированных для встроенных систем. Платы РС/104 поставляются с оригинальной шиной, подобной устаревшей шине стандартного компьютерного параллельного интерфейса 1э":,4 по электрическим и временным характеристикам, но способной передавать данные со скоростью 5 Мбайт/с.

Платы центрального процессорного устройства (ЦПУ) компьютера работают на повышенных скоростях обмена информацией при использовании усовершенствованного стандартного компьютерного параллельного интерфейса РС/104+. При этом скорость обмена доходит до скоростей по интерфейсу РС1 (133 Мбайт/с). Хотя часто предпочтение отдается более скоростным устройствам, следует, однако, учитывать, что цена платы РС/104 значительно ниже, чем РС/104+. Благодаря синхронизации на меньшей частоте, РС/104 позволяет применять более длинные проводники и более простую логику. Если перед вами стоит задача подключения большой (по размерам) платы аналогового ввода/вывода к плате РС/104, то временные соотношения РС/104 позволят вам сделать проще трассировку соединений.

С другой стороны, при выпуске систем малым тиражом, может не получиться покрыть все расходы на применение скоростной платы РС/104+. Подобные рассуждения применимы, в общем случае, и для построения систем на основе других компьютерных архитектур типа РС, Сошрасг РС и т. п. Все зависит от того, что мы хотим и за какие деньги. 1.6.2. Электромагнитная совместимость Почти кажлая микропроцессорная система проходит тест на электромагнитную совместимость (Эл4С) перед тем, как поступить в продажу в США или в Европе. Требования ЭМС ограничивают объем энергии, излучаемой прибором, для предотвращения влияния на другие электроприборы, такие как телевизоры или радиоприемники.

Заметим, что чем выше тактовая частота, тем сильнее будет излучение в окружающее пространство. Современные стандарты ЭМС охватывают электромагнитное излучение в частотном диапазоне 30 М Гц...1 ГГц. Процессор, работающей на частоте б МГц, не будет обладать значительной излучающей способностью в том диапазоне, в который могут попасть лишь пятая и выше гармоники тактовой частоты процессора. Высшие гармоники обычно обладают меньшей энергией. Напротив, 33-М Гц процессор генерирует излучение в тестируемом диапазоне уже на основной частоте.

К тому же, микропроцессор, работающий на 24 ° Глава й Параметры системы повышенной частоте, требует применения скоростных логических ИС для обработки сигналов с короткими фронтами и соответственно увеличенной энергией высших гармоник. Пример с 6-МГц процессором в эпоху 3-ГГц 2- ядерных Пентиумов слишком архаичен, но вносит большую ясность. Ограничения по ЭМС вЂ” зачастую именно это причина снижения скорости процессора и шины до частот, действительно необходимых для работы. Естественное предупреждение в данном случае — не ограничивать частоты слишком, чтобы не оказаться на грани работоспособности прибора. 1.7.

Другие системные ограничения 1.7.1. Периферийные устройства Однажды, у меня при разработке системы визуализации возникли проблемы с потерей данных. Дело в том, что система временно записывала в буфер жесткого диска значительный объем данных. Проблема крылась в функции записи жесткого диска; диск ненадолго останавливался при приеме данных, и буфер с файлом изображения переполнялся. Этот дефект связан с тем, что используемый жесткий диск оснащен схемой температурной компенсации, которая часто требовала от встроенной схемы управления отключения обмена данными на несколько десятков миллисекунд.

Наша система, однако, требовала довольно продолжительного доступа к диску. Так что удостоверьтесь сначала, что используемые вами периферийные устрайства не создают лишних проблем. 1.7.2. Общие интерфейсы Что влияет на общие интерфейсы? Например, если записывать с двух видеокамер данные на два жестких диска, то скорости одного интерфейса !ГЗЕ может не хватить.

Может понадобиться два интерфейса 1ГЗЕ для двух дисков так, чтобы те могли работать независимо либо придется выбрать другой интерфейс жесткого диска. Улержит ли все данные !О-ЬазеТ Егйегпе! или сразу выбрать ! 00-ЬазеТ Егйегпег? Сопоставьте объем данных с возможностями выбранного интерфейса и удостоверьтесь в том, что он обладает необходимой пропускной способностью. 1.7.3. Приоритет задач Архитектура !ВМ РС используется для многих приложений. Это хорошо документированный стандарт с огромным числом совместимого программного обеспечения, имеющегося в наличии, от разных производите- 1. 2 //ругие системные ограничения ° 25 лей.

Но существуют и недостатки, включая работу операционной системы Изпаоии не в режиме реального времени. Вы, вероятно, сталкивались с временным прекращением на несколько секунд реакции компьютера на внешние воздействия из-за переполнения емкости жесткого диска по непонятным причинам. При печати документа, например, некоторое раздражение вызывает такое явление, когда курсор вдруг пропадает и появляется через несколько секунд вместе с набором вновь введенных символов. Что произойдет, если операционная система ПК вдруг прекратит интенсивный поток данных от аудио- или видеоустройства к ПК, работающего в качестве домашнего кинотеатра, и начнет выполнять другую задачу? Если в компьютерной системе не предусмотрено предоставление наивысшего приоритета вашей задаче, то неизбежна потеря данных.