Учебное пособие к практическим занятиям (Учебное пособие к практическим занятиям (М. Н. Ушкар)), страница 2

Определяем Кр:К 1р = ]10 ⋅ 75 / 2000[ = 1К р2 = ]75 / 2000[ = 1Кр =12. Число микросхем КР132РУ6А, необходимое для реализации модуля ОЗУ:10⎤ 16 ⋅ 1К ОЗУ = ⎥[×] 16 ⎡⎢ = 1616 ⋅ 1 ⎣⎦ 13. Принимая mx=my=4, определяем площадь печатной платы. Минимальные размеры печатной платы (I):Lx = 3(20,5 + 0,6) + 20,5 + 2,5+ 2,5 = 88,8 (мм);Ly = 3(8,5 + 0,6) + 8,5 + 15,0 + 2,5 = 53,3 (мм).Ближайший стандартный типоразмер 170Х75 мм.Площадь печатной платы:S=170x75 = 12750 мм2Определяем Wmin:3 • 12750= 0,305 мм.2 • (170 + 75)16 • 16Wmin ≤Из таблицы 3 выбираем третий класс точности изготовления печатной платы.4. Удельная мощность рассеивания модуля ОЗУ, при k = 0,8:p уд =0,8 ⋅ 16 ⋅ 0,5= 0,05Вт / см 2127,5Поскольку pуд≤ pд, выбираем типоразмер печатной платы 170Х75мм.Варианты заданий.№ вариантаЕзу, ксловТц, мксl, битТд, мксN0рд, Вт/см2132020162240,121041321100,2326414161,8320,0541188323120,021152122160,6180,082.

ПРОГНО3ИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИМИКРОПРОЦЕССОРАРассмотрим решение этой задачи на примере микропроцессора (МП)цифровой обработки сигналов, реализующего алгоритм базовой операции(БО) быстрого преобразования Фурье (БПФ).Оптимальным вариантом построения МП будем считать устройство,обеспечивающее решение алгоритма обработки сигнала в рамках заданных ограничений при минимуме обшей площади монтажных плат:___(6)S 0 = min S i ; i = 1, LТпр<Тд, σ< σ д; p<pдгде Тпр, Тд - времена вычисления программы базовой операции и егодопустимое значение; σ , σд- среднее квадратическое значение погреш-ности вычислений МП и его допустимое значение; p, pд - удельная рассеиваемая МП мощность и ее допустимое значение.12Решение задачи (6) выполняется методом последовательного анализа и отсеивания вариантов.

Этот метод предполагает отсеивание на каждом шаге оптимизации частичных решений, которые заведомо не могутпривести к оптимальному решению. Такими структурными вариантами являются те, которые не удовлетворяют ограничениям (6). После выполнения процедуры отсеивания остаётся подмножество решений, удовлетворяющих всем ограничениям (6). Тот структурный вариант реализации МП,который входит в это подмножество и имеет минимальное значение общей площади монтажных плат и будет оптимальным.Процедура оптимизации включает несколько этапов.1. Выполняется построение различных вариантов МП, удовлетворяющих требуемым быстродействию и точности представления информации на выходе устройства, при этом решаются задачи распределения операторов программы между аппаратным и программным вариантами ихреализации с учётом возможности распараллеливания вычислений.2. Для каждого из сформированных вариантов определяется площадь монтажных плат, проверяется выполнение ограничений (6).3.

По минимальному значению площади монтажных плат выбираетсяоптимальный вариант.Исходными данными оптимизации структурных вариантов МП являются реализуемый алгоритм, требования и ограничения на его реализацию.Заданный алгоритм реализуется на элементной базе, которая можетбыть представлена, например, в виде таблицы 4.Таблица 4Типмик- Времяропро-выполнения Разрядностьоперации, мксМП, битПотребляемая МП ГабаритыЧислоЁмкостьмощность, мВтвыводовОЗУ,цессораМП, ммкбайтXXYY XXYY … XXYY1312… pМП1t11t21… tp1l1Pn1a1xb1B1N1МП2t12t22… tp2lPn2a2xb2B2N2..................МПкt1kt2k… tpklkPnkakxbkBk.МПк+1t1(k+1)t2(k+1)tp(k+1)lk+1Pn(k+1)ak+1xbk+1Bk+1Nk........Nk+1.........АПl----tplllPnlalxblBlBB.BBB.NlПри решении задачи на различных уровнях сложности под МП могутпониматься различные конструктивно-функциональные модули.

Для однихзадач МП могут конструктивно представлять собой БИС, для других функциональную ячейку. Кроме МП, которые программно реализуют функции, всписок элементной базы включены также модули, реализующие некоторыефункции (например, умножение) аппаратным или программно-аппаратнымспособом. Количество типов таких модулей, как и МП очень велико: этоБИС умножителей, сумматоров, арифметических расширителей (арифметика с плавающей запятой) и др.При задании исходной совокупности МП необходимо определитьмножество М процессорных модулей, некоторая комбинация которых(M0<M) является оптимальным, в смысле (6), вариантом построения обрабатывающей части МПУ.

Для определения М0 надо исходить из особенностей конкретного применения МПУ в составе РЭУ: условия эксплуатации,энергетические ресурсы, конструктивная совместимость с РЭУ и др.Совокупность заданных МП (М) представляет собой открытое множество, которое расширяется при появлении новых МП, отвечающих требованиям технического задания. Каждый МП представляет собой строкутаблицы, которая характеризуется рядом элементов (параметров МП).

Втаблице 4 приведен минимальный перечень параметров. При решении14конкретных задач количество рассматриваемых параметров может бытьдостаточно просто расширено.Важнейшей характеристикой МП является набор команд и время ихвыполнения. МП, входящие в М, имеют различные системы команд, и поэтому эффективность выполнения алгоритма будет различной. В отличиеот МП, аппаратные процессоры (АП) реализует одну или несколько операторов алгоритма (обычно умножение). Кроме набора команд каждый МПхарактеризуется конструктивными параметрами: разрядностью (l), потребляемой мощностью (Pn), габаритными размерами, количеством выводов.Перечень этих параметров может быть расширен.Среднее значение времени выполнения программы определяютсяследующим образом / 2/:__n__Tпр = ∑ ti f i ,(7)i =1__где f i - среднее значение частоты повторения i -го шага программыпри однократном ее проходе.При расчете погрешности вычислений МП исходят из гипотезы о независимости ошибок округления в цепочке последовательных элементарных операций.

Дисперсию погрешности вычислений МП рассчитывают поформулеσ 2 = σ M2 + σ T2 + σ и2где σ - среднее квадратическое значение погрешности представления результата на выходе МП; σм; σт; σи - соответственно средние квадратические значения трансформируемой, методической и инструментальнойпогрешностей.Трансформируемые ошибки порождаются ошибками исходных величин.

Эти ошибки в процессе выполнения арифметических операций изме-15няют свою величину (трансформируются). Значение σт можно определить⎡ ∂F ( x1 ,..., xn ⎤из выражения: σ Т = ∑ ⎢σ i⎥∂xii =1 ⎣⎦n2где F (x1,…,x2) - вид реализуемой функции; σi - среднее квадратическое значение погрешности аргумента xi.Значение погрешности σi представления входных данных рассчитывают из выражения22σ вхi = σ Шi+ σ АЦПiгде σшi, σацпi - соответственно средние квадратические значения погрешности i-го канала и погрешности преобразования АЦП.Последовательно двигаясь от вершины к вершине графа программы,определяют σт для каждой вершины xi ∈ X графа программы G(X,U) /3/.Методические погрешности представляют собой погрешности численных методов, принятых для вычисления функции F(x1,…,xn). Посколькуалгоритм обработки задан, то, следовательно, значение σм определено.Инструментальные погрешности обусловлены конечным числом разрядов, предназначенных для представления операндов и необходимостьюокругления результатов некоторых элементарных арифметических операций.

Результирующая инструментальная погрешность представляет суммунакопившихся ошибок при последовательных округлениях элементарныхопераций. Величина ее определяется реализуемым алгоритмом и разрядностью МП. Результирующее значение инструментальной погрешности σи:σ и = σ 2 − σ м2 − σ Т2Проведя предварительные вычисления, алгоритм прогнозированияпараметров и выбора конструкции МП можно представить в виде следующей последовательности действий.1.

Определение разрядности ячеек ОЗУ, предназначенных для хранения входного массива данных: lвх = ]log 2 U max / σ вх [16где Umax- амплитуда входного сигнала; σвх - среднее квадратическоезначение погрешности входного сигнала.2. Определение числа разрядов, учитывающих разнуюточностьпредставления данных на входе и выходе МП:Δl = ⎣log 2 σ и ⎦ − [log 2 σ вх ] + 13.