3. Техническая реализация систем технической диагностики

Возможны три способа реализации алгоритмов СТД (рис.3.1):

- аппаратный;

- программный;

- аппаратно-программный.

Аппаратная реализация подразумевает использование разнообразных функ­циональных блоков: регистров, сумматоров, шифраторов и дешифраторов, счетчиков, линий задержек, устройств памяти, умножителей, сдвигателей, логических элементов, интегральных и больших интегральных схем, про­граммируемых логических матриц и т.п. Совокупность функциональных блоков и связей между ними определяет реализуемый алгоритм.

Рис.3.1.

Программная реализация написана на языке программирования, соответствующем конкретному блоку в алгоритме. Так, для персонального компьютера это будет любой из языков высоко уровня (Pascal, C++, Java и др.), а для микропроцессорного комплекта или цифрового процессора - соответствующий язык ассемблера.

Все команды, составляющие программу, должны быть представлены в виде, понятном процессору и непосредственно им воспринимаемом. Ко­манды предъявляются процессору как комбинация нулей и единиц; такие комбинации составляют машинный язык. Поэтому создаются специальные средства, облегчающие подготовку и отладку программ для процессора, когда каждой машинной ко­манде или группе команд ставится в соответствие понятный человеку символ на основе мнемоники (правил и приемов, облегчающих запоминание) так, чтобы символ отражал смысловое содержание команды.

Рекомендуемые материалы

К достоинствам программной реализации относятся:

- неизменная структура системы при различных алгоритмах и областях применения:

- хорошая гибкость, позволяющая достаточно легко изменять алгоритмы работы системы за счет коррекции или изменения программы;

- существенное ускорение, облегчение и удешевление проектирования, изготовления и отладки системы, поскольку вместо прибора разрабатыва­ется программа.

Недостатком программной реализации является относительно низкое быст­родействие по причине последовательного выполнения операций програм­мы в одном процессоре: как бы ни увеличивали скорость выполнения ко­манд, она будет оставаться ниже производительности соответствующего устройства, реализованного аппаратно. Отсюда вытекает задача обеспечения реального времени, которая подразумевает два обстоятельства:

- время обработки одного отсчета или группы отсчетов сигнала tб должно быть меньше допустимого времени задержки tдоп : to6 < tuon; контроль за выполнением этого условия осуществляется как при написа­нии программы, так и при ее отладке;

- цикл работы программы и моменты поступления отсчетов входного сигнала х(п) должны быть строго согласованы по времени, т. е. начало обработки очередного отсчета х(п) должно совпадать или следо­вать за поступлением этого отсчета; с другой стороны, результат обработ­ки у(п) должен быть выведен согласно темпу работы внешнего устройст­ва, который не обязан совпадать с темпом поступления отсчетов х(п), что видно на примере вокодеров.

Аппаратно-программная реализация подразумевает, что часть функций систе­мы ЦОС выполняется аппаратно (аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования, умножение, умножение с накоплением, прием/передача данных и др.), а другая часть функций выполняется программно. Пример аппаратно-программной реализации показан на рис.3.2, где к процессору, работающему по заданной программе, подключены:

- аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи;

- модули внешней памяти, хранящие программы, разнообразные константы и таблицы функций (например, sin и cos), что позволяет заменять длитель­ное их вычисление быстрым обращением к памяти (такая реализация явля­ется прекрасным примером обмена скорости вычисления на дополнитель­ное оборудование, т. е. действует закон, согласно которому невозможно получить абсолютный выигрыш: любой выигрыш требует платы за себя);

Рекомендуем посмотреть лекцию "1 Вопросы к экзамену по цифровым сетям интегрального обслуживания".

Пример реализации микропроцессорной СТД

Рис.3.2.

- интерфейс — это специальные вспомогательные схемы, обеспечивающие согласование сигналов на стыках с модулями внешней памяти, АЦП, ЦАП, кана­лом связи (регистры стыковки также могут быть отнесены к интерфейсу);

- система синхронизации, обеспечивающая временное согласование элементов системы.

Аппаратно-программная реализация сочетает положительные свойства аппа­ратной и программной реализаций. Разумное сочетание аппаратных и про­граммных средств позволяет снизить требования к вычислительным возможностям элементной базы и упростить реализацию систем ЦОС в целом, для отладки которой требуются специальные средства отладки. Средства отладки создаются под конкретную элементную базу и по сути являются инструмен­том разработки многочисленных систем на этой элементной базе.