В настоящее время микропроцессоры (МП) и микроЭВМ широко применяют в качестве основных элементов цифровых вычислительных устройств различного назначения, в частности устройств обработки информации в радиотехнических системах (РТС). В соответствии с этим в учебных программах подготовки радиоинженеров уделяется серьезное внимание изучению микропроцессорных средств и их применению в РТС. В ряде книг, например [1—5], достаточно подробно освещены основы микропроцессорной техники и различные вопросы создания необходимого аппаратного и программного обеспечения, причем в качестве конкретных примеров рассмотрены микропроцессорные комплекты (МПК) младших поколений, которые характеризуются умеренным быстродействием и средней сложностью архитектурных решений. Среди однокристальных микропроцессоров в качестве базового, как правило, использовался 8-разрядный МП серии К580 [7, 8, 10, 13], который длительное время являлся наиболее распространенным.
Поступательное развитие микроэлектроники по пути увеличения степени интеграции микросхем и совершенствования технологии их изготовления привело к появлению микропроцессоров с повышенными быстродействием и разрядностью, например 16-разрядных центральных процессоров серий К588, К1801 и К1810. Основным достоинством серии К588, выполненной по КМОП-тех-нологии, является минимальное потребление энергии. Серия 1801, выполненная по л-МОП-технологии, характеризуется высокой степенью интеграции в сочетании с повышенным быстродействием. Отличные качества обеспечили достаточно широкое распространение этих серий, особенно в составе законченных микроЭВМ с системой команд, принятой в микроЭВМ типа «Электроника-60». Микропроцессорный комплект серии К1810, выполненный по усовершенствованной Я-МОП-технологии, отличается широкой номенклатурой БИС и высоким быстродействием. Этот комплект приобрел большую популярность и на его основе выпускаются разнообразные вычислительные средства от встраиваемых контроллеров до персональных компьютеров [6, 10, 11]. Микропроцессор серии К1810 является развитием МП серии К580, который достаточно подробно описан в учебной литерату-
ре. Знакомство с ним читателя весьма желательно, так как в данной книге в качестве базового выбран МПК серии К1810.
Распространение 16-разрядных МП не означает отмирание 8-разрядных, поскольку последние продолжают широко применять там, где их производительность оказывается достаточной, а использование более мощных МП приводит к неоправданной избыточности. В свою очередь, 16-разрядные МП сохраняют свои позиции и после появления 32-разрядных МП [10].
Таким образом, МП нового поколения могут применяться в тех случаях, когда требуется повышенное быстродействие. Это в полной мере относится к современным РТС, для которых характерна работа в реальном времени при высоком темпе поступления сигналов, широком динамическом диапазоне изменений параметров сигналов, жестких требованиях к точности вычислений и реализации сложных операций по обработке информации. Поэтому массовый выпуск МП повышенного быстродействия и разрядности означает новый этап в использовании микропроцессорных средств, которые естественным образом войдут в элементную базу РТС нового поколения. Эта тенденция полностью отвечает требованию высокими темпами наращивать масштабы применения современных высокопроизводительных электронно-вычислительных машин всех классов, сформулированному в Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года [9], одобренных XXVII съездом КПСС.
По реальной производительности МП К1810ВМ86 в 8—-12 раз превосходит МП К580ВМ80, что достигнуто за счет повышения быстродействия схемных элементов и усложнения центрального процессора (ЦП), в котором были использованы новые архитектурные решения [15]. Дополнительное повышение производительности системы достигается при совместной работе ЦП с сопроцессорами [16, 17], которые входят в комплект БИС серии К.1810. Повышенная сложность как самого МП, так и построенной на его основе микропроцессорной системы, создает трудности в освоении данного комплекта БИС даже для тех, кто имеет ; определенный опыт работы с микропроцессорными средствами предыдущих поколений. Отсюда следует необходимость особого внимания к подготовке и переподготовке специалистов и созданию соответствующей литературы учебного характера. Решению этой задачи и должна способствовать предлагаемая книга.
В книге рассматривается аппаратное и программное обеспечение вычислительных устройств различной конфигурации, построенных на основе БИС серии К1810, а также приводится ряд примеров реализации обработки радиотехнической информации с помощью этих устройств. Как известно, микропроцессоры К1810ВМ86 и К580ВМ80 имеют программную совместимость в направлении от младшего поколения к старшему. В связи с этим
• при методической обработке использованного материала прово^ I дилось сопоставление этих микропроцессоров с целью облегчить I читателю процесс освоения новых БИС. При этом предполага-I лось, что читателю известны основы микропроцессорной техники I (общая структура МП, принципы построения законченных вы-I числительных устройств на основе МП, методы организации об-I мена данными с внешними и запоминающими устройствами, эле-I менты программирования МП с использованием языка ассембле-I ра), которые достаточно хорошо освещены в литературе I применительно к МП предыдущих поколений. I В главе 1 рассматривается аппаратное обеспечение микропро-
I цессорных систем (МПС) на базе БИС центрального процессора I К1810ВМ86; дается описание функциональных возможностей и I и особенностей архитектуры ЦП; приводятся сведения о вспомо-I гательных интегральных схемах серии К1810, что позволяет проектировать законченные системы средней сложности; разбираются практические схемы для минимального и максимального режимов работы ЦП, использование которых позволяет наилучшим образом реализовать функциональные возможности ЦП в I конкретных случаях; обсуждаются вопросы организации памяти и применения разнообразных способов адресации, присущих данному ЦП.
В главе 2 содержится материал о системе команд центрального процессора К1810ВМ86, необходимый для рационального составления прикладного программного обеспечения МПС. При этом учитывается, что глубокое знание разработчиком команд микропроцессора и особенностей их использования, умение выбрать оптимальный вариант программной реализации алгоритмов и навыки в применении типовых приемов программирования в значительной степени определяют успех проектирования вычислительных систем. В то же время именно программирование представляет наибольшие трудности для радиоинженеров при освоении ими микропроцессорной техники. Команды, имеющие аналоги в ЦП К580ВМ80, сопровождаются лишь краткой характеристикой с указанием их особенностей. Для новых команд приведены подробные сведения об их назначении и способах использования, причем в необходимых случаях даны практические примеры.
В главе 3 рассматриваются способы расширения функциональных возможностей микропроцессорных систем (МПС) путем подключения двух специализированных сопроцессоров серии К1810, один из которых — арифметический сопроцессор К1810ВМ87 —предназначен для ускоренного выполнения арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой. Широкий диапазон представления чисел, высокая точность вычислений и возможность вычисления специальных Функций делают его незаменимым элементом при построении
многих устройств обработки информации в РТС. Второй сопроцессор ввода — вывода К1810ВМ89 предназначен для построения совершенных и легко перестраиваемых систем обмена данными с разнообразными внешними устройствами. Приводятся необходимые сведения об архитектуре, функционировании и программных средствах этих сопроцессоров, обсуждаются вопросы проектирования МПС различных конфигураций, рассматриваются конкретные схемы многопроцессорных систем. Рассмотрены также вопросы применения двух программируемых БИС: контроллера прерываний К580ВН59А, работа которого с ЦП серии К1810 заметно отличается от работы с ЦП серии К580, и контроллера клавиатуры и дисплея К580ВВ79.
В главе 4 разбираются вопросы практического применения МП на примерах построения устройств обработки информации в РТС. Так как особенности разработки аппаратных средств достаточно полно изложены в главах 1 и 3, то здесь главное внимание уделено созданию программного обеспечения. В сжатой форме описаны языки ассемблера ASM-86 и ASM-89, предназначенные для программирования соответственно центрального процессора .# сопроцессоров. Примеры программной реализации алгоритмов первичной обработки импульсных радиолокационных сигналов и обнаружения фазоманипулированных сигналов, а также организации МПС с большим объемом хранимой информации дают наглядную иллюстрацию широких возможностей применения процессоров серии KJ810 в РТС.
В приложениях приводится справочный материал, который в совокупности с основным материалом книги обеспечивает необходимую информацию для изучения и практической разработки программных средств микропроцессорных систем.
В основу данной книги положен материал лекций, прочитанных авторами на кафедре радиосистем ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) для студентов радитехнических специальностей и слушателей факультета повышения квалификации преподавателей, а также для работников промышленных предприятий.
Авторы выражают благодарность рецензентам за ценные замечания и предложения, которые способствовали ее улучшению, Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: 101403, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
Авторы
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие............................. 3
Слисок основных сокращений и терминов.............. 7
Гша I. Аппаратные средства микропроцессорной системы...... 11
| 1.1. Структура и характеристики узлов микропроцессора К1810ВМ86 11
1.2. Организация памяти и способы адресации........... 17
' 1.3. Синхронизация микропроцессора и демультиплексирование шин 23
1 1.4. Структура минимально укомплектованной МПС........ 26
{ 1.5. Структура МПС повышенной сложности........... 32
Контрольные вопросы.................... 37
Тми 2. Программные средства микропроцессорной системы..... 38
* 2.1. Общая характеристика системы команд К1810ВМ86...... 38
2.2. Команды пересылки данных................. 39
1 2.3. Арифметические команды.................. 43
2.4. Сдвиги и логические команды................ 48
и! 2.5. Команды обработки строк данных.............. 50
• 2.6. Команды передачи управления ............ 53
е. J 2.7. Команды управления процессором........... 59
' Контрольные вопросы.................... 62
fjtia 3. Построение микропроцессорной системы с расширенными воз-
" нежностями......................... 63
3.1. Организация системы прерываний на основе БИС К580ВН59А 63
3.2. Построение пульта оператора на основе БИС К580ВВ79 ... 73 ' 3.3. Структура арифметического сопроцессора К1810ВМ87 .... 81
1 3.4. Программирование арифметического сопроцессора...... 94
1 3.5. Структура сопроцессора ввода — вывода К1810ВМ89..... 104
3.6. Программирование сопроцессора ввода — вывода....... 117
§ 3.7. Построение МПС высокой производительности........ 125
Контрольные вопросы.................... 140
Гша 4. Программная реализация алгоритмов обработки информации
в РТС............................ 141
§4.1. Программирование на языке ассемблера........... 141
} 4.2. Программная реализация алгоритмов первичной обработки радиолокационных сигналов.................. 155
J 4Д Применение арифметического сопроцессора для обработки
ФМ-сигналов........................ 163
§ 4.4. Применение сопроцессора ввода — вывода в системе с большим
объемом хранимой информации............... 169
Контрольные вопросы.................... 174
Заключение............................. 175
Приложения............................ 176
Список литературы.........•................. 206
Цена: 150руб.
