Sulautetut järjestelmät

Transkriptio

1 1 Sulautetut järjestelmät Tietojenkäsittelytieteen koulukunta Sulautetut järjestelmät

2 2 Sulautetut järjestelmät Tyypillisiä sovelluskohteita» automaattiset tankkausjärjestelmät huoltoasemilla,» mekaanisen ja kemiallisen puunjalostuksen prosessinohjaus,» paikantamisjärjestelmät,» kulunvalvontajärjestelmät,» asiakasseuranta,» tietoliikennelaitteet (modemit, sillat y.m.s),» oheislaitteet,» luottokortit / älykortit (Sanyo tai Honeywell Bull MC6805),» puhelinvaihteet.

3 3 Sulautetut järjestelmät Muodostaa oman kokonaisuuden osana laajempaa järjestelmää Hallitsee itsenäisesti oman toimintaympäristönsä On lähes aina reaaliaikainen järjestelmä, joka» seuraa ympäristön tomintaa,» kerää tietoja ympäristöstä,» ohjaa omassa vaikutuspiirissään olevia laitteita ja» (mahdollisesti mutta ei aina) raportoi ylemmälle tasolle. On tietokone pienoiskoossa

4 4 Sulautetut järjestelmät Jokainen sulautettu järjestelmä valvoo pientä osaa kokonaisuudesta. Teollisuusautomaatiossa se ohjaa - moottoritehoja, - ratanopeuksia, - virtauksia putkistoissa, - sekoitussuhteita - valvoo laatua (reikiä, värit, koot) Teollisuudessa yksi instrumentointijärjestelmä voi sisältää satoja sulautettuja järjestelmiä.

5 5 Sulautetut järjestelmät KISS VAATIMUKSET Toimii määritysten KISS mukaisesti Ei ole näyttöä, joka kertoisi laitteen tilan, Luotettavuus KISS Luotettavuus KISS Luotettavuus Luotettavuus vaan oletusarvona on, että se on käyttökunnossa. Yhden laitteen pettäminen saattaa pysäyttää kokonaisen tuotantolinjan (puunjalostus), kustannus viallisen laitteen hinta / minuutti. Käyttöolosuhteet harvoin edes siedettävät - pöly, lämpö, kosteus ja tärinät. Luotettavuus Luotettavuus Ohjelmiston on kyettävä tekemään laitediagnostiikkaa ja avustettava virheenhaussa.

6 6 Komponentit Ohjelmistosta» keskeytysohjatut laiteajurit, joihin sovelluksesta riippuen saatetaan laittaa hyvinkin paljon älyä, koska reaaliaikainen ympäristö vaatii» laitteiston diagnostiikka ja huolto,» prosessien skedulointi,» protokollat (tietoliikenne) sekä» sovellukset. Laitteisto» piirilevy komponentteineen,» liitäntärajapinnat ympäristöön (väylät, rinnakkaiset liittimet, A/D j.n.e)

7 7 Komponentit Prosessorit Yleisprosessorit (Intel MCS-86 /MCS-96, Motorola 680XX, Zilog) Mikro-ohjaimet I8048, I8051, MC68HC05, y.m.s Signaaliprosessorit. Muistit (SRAM / DRAM, EPROM / FLASH) Oheispiirit ohjelmoitavat logiikat (PAL, FPGA) tietoliikenneohjaimet A/D ja D/A ohjaimet Rinnakkaisportit DMA-ohjaimet y.m.s

8 8 Rakenne Tyypillinen rakenne (tietokone pienoiskoossa) CPU Prefetch queue FLASH RAM M U U V Ä Y L Ä (8, 16 tai 32 bittiä) DMA A/D COMM M A A I L M A

9 9 Syventävää tietoa V Ä Y L Ä CPU -Write Enable -Operation Enable -Chip Enable 1 Data 0-15 Address 0 - n DMA Request INT INTACK Busy -Write Enable -Operation Enable -Chip Enable 2 Data 0-7 / 8-15 D A T A C O M M SRAM EPROM FLASH Syvennetään kurssin aihetta E1 Line Esim 128Kt moduliin tuodaan A0-16 Address 0 - n

10 10 Wait State Logic (Stall...) Syventävää tietoa Luku/kirjoitus T3 laskevalla reunalla Odotustilat Huomioita! Clock Address Chip sel OE tai WR Write data Read data Valid address Valid data Valid data Nonmultiplexed address bus Väylä varattuna koko luvun ajan! Odotustilat siis estävät muita liikennöimästä READY-signaaleilla voidaan kasvattaa viivetiloja. Myös prosessori voi lisätä viivetiloja (myöhästyttää lukua / kirjoitusta, kuten Motorolan DTACK)

11 11 Syventävää tietoa Chip Enable logic Voidaan määritellä - voimassa osoitteilla xxx - yyy - voimassa I/O avaruudessa tai - voimassa muistiavaruudessa - odotustilojen lukumäärä MOV OUT IN MOV osoite ja käskyn tyyppi aktivoi CS WORD PTR [BX],05H DX,AX AX,DX AX, ES:[BX] Aikaisemmin tämä tehtiin diskreeteillä piireillä Mikron väylällä MRD, MWR, IOWR ja IORD ovat erillisiä signaaleja, koska CE-logiikka sijoitetaan liitäntäkortille! I/O osoite vain 16-bittinen! Address Address Chip Enable 1 -Chip Enable 2 -Write Enable -Operation Enable Data 0 - n INTACK INT DMA Request Busy V Ä Y L Ä

12 12 Syventävää tietoa BUS MASTER (yhdellä laitteella) V Ä Y L Ä CPU HOLD Request HOLD Ack Muut tarvittavat Data 0-15 Address 0 - n Väylään päin DMA pyytää väylää nostamalla signaalin HOLDrequest (Intel menetelmä) CPU antaa väylän nostamalla HOLD Ack ylös ja samalla se asettaa omat osoite-, data- ja valvontasignaalit high impedance-tilaan (kytkeytyy irti väylästä). D M A Nyt DMA voi vapaasti hallita väylää omien toimintojensa ajan. CPU voi tehdä muita toimenpiteitä, mutta se ei pääse väylälle. Miten toimii -CE?

13 13 Syventävää tietoa -CE ohjausta ei voida keskittää, koska osoitelinjoja ohjaavat muutkin kuin CPU V Ä Y L Ä CPU Data Address & Control HOLD Request HOLD Ack A R B I T E R - CS-toiminto hajautetaan kuten mikron väylällä on tehty. - Väylälle erillinen CS-yksikkö, joka kuuntelee osoiteväylää. HOLD Request HOLD Ack HOLD Request HOLD Ack C E C E MASTER 1 MASTER 2

14 14 Esimerkkitapauksia Esimerkki pienestä integrointiasteesta» Pin Pad & magneettijuovakortin lukija, vuosimallia -82 Zilog Z80 RAM EPROM Ohjainpiirit Esimerkki korkeasta integrointiasteesta» Sulautettu silta/reititin, vuosimallia -96 Motorola MC68EN302 (silicon rev 0.1) RAM-muisti FLASH-muisti Ethernet 10Bast-T ja 10Base-2

15 15 Pin Pad & Magneettijuovakortin lukija Esimerkkitapauksia Verkko Tunnusluku? Näyttö Näppäimistö Kortinlukija

16 16 Pin Pad & Magneettijuovakortin lukija Esimerkkitapauksia Pyörä Kide 4 Mhz Z-80 CPU A MREQ -IOREQ -CE logiikka -CE Z-80 SIO Clock Data VISA Lukupää Tämäkin on tietokone! 8Kb EPROM -CE Data 0-7 ADR 0-12, -RD ja -WR -CE -CE 8Kb SRAM Pin Padnäppämistö

17 17 Sulautettu silta/reititin, vm -96 Esimerkkitapauksia Kohde Internetmaailma Intel-pohjainen sulautettu järjestelmä Silta Ethernet -verkko

18 18 Esimerkkitapauksia Sulautettu silta/reititin 1 yleinen DMA Keskeytysohjain Ajastinyksikkö SRAM 256 kb MC68000 CPU MC68000 väylä 6 kpl DMA -ohjainta 1152 tavua DP-RAM Väyläohjain FLASH 256 kb Intel bus interface Mikro-ohj. RISC CPU Oheislaite väylä OSC 20Mhz Intel väylä 2 SIO 3 nopeata sarjaliik. Ethernet ohjain MC68160 ETH-ohj. Diskr. logiikkaa 10Base-T 10Base-2

19 19 Mitä ovat ne ominaisuudet, joiden perusteella laite luokitellaan tietokoneeksi? Koko? Nopeus? Arkkitehtuuri? Käyttöjärjestelmä? Stetsonin periaate (hatusta veto)?