Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Участвовать в соревнованиях может любой дрессировщик с собакой. Допускается участие одного спортсмена с несколькими собаками (не единовременно!). С од...полностью>>
'Документ'
В связи с Эстафетой Олимпийского огня, которая пройдет 10 октября 2013 года на территории города Одинцово с 7 час. 30 мин. до 14-00 час. будет перекры...полностью>>
'Документ'
№ 10 7 (к Порядку проведения краевого этапа Всероссийского конкурса «Учитель года России- 014», номинация «Лучший учитель») Заявка на участие в краево...полностью>>
'Документ'
V. Лекарственные препараты, которыми обеспечиваются больные злокачественными новообразованиями лимфоидной, кроветворной и родственных им тканей (хрони...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

УДК 681.3-181.4

М54

Рецензенты:

Кандидат физико-технических наук, генеральный директор

ЗАО «ИНФОРМТЕК»

М.В. Матвеичев

Печатается по решению редакционно-издательского совета Муромского института

М54 ПРОГРАММИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ IBM PC

И учебного стенда SDK -1.1

: ” Персональные ЭВМ и Спец. ЭВМ " / Сост.: М.Н. Кулигин – Муром: Изд.- полиграфический центр МИ ВлГУ, 20011.– … с. - Библиогр.: 19 назв.

Лабораторный практикум предназначен для студентов четвёртого курса, обучающихся по специальностям 230101 ”Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”, 230105 ”Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем ”. Он содержат варианты заданий для 5-и лабораторных работ и контрольные вопросы к ним, требования к оформлению отчётов, необходимый теоретический материал

и примеры программ на языке ассемблера для домашней подготовки. В приложении приведено описание системных функций, необходимых для выполнения лабораторных работ.

УДК 681.3-181.4

 Муромский институт (филиал)

Владимирского государственного

университета, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Персональные ЭВМ (персональные компьютеры) и спец. ЭВМ, построенные на базе современных микропроцессоров, представляют собой комплекс аппаратных и программных средств, для изучения которых лучше всего использовать “родной” язык микропроцессора (МП) – язык ассемблера.

Он является “естественным” языком низкого уровня, на котором “разговаривает” программист с компьютером. Специализация ЭВМ достигается путем подключения к ней нестандартного оборудования с целью автоматизации управления этим оборудованием, поэтому при решении подобных задач язык ассемблера незаменим – с его помощью программист получает прямой доступ к аппаратным ресурсам компьютера.

Для подключения к компьютеру нестандартных периферийных устройств (ПУ) необходимо овладеть методикой работы с этими устройствами на уровне регистров (портов) и прерываний. Поэтому лабораторные работы, описание которых представлено в данном пособии, рассчитаны как на изучение архитектуры базового микропроцессора IBM PC – совместимого компьютера, так и на приобретение навыков написания программ, работающих с аппаратурой компьютера через порты, прерывания и функции драйверов.

Целью данного учебного пособия является методическое обеспечение по выполнению курса лабораторных работ. В описание каждой лабораторной работы включен необходимый теоретический материал, рассчитанный на самостоятельную домашнюю подготовку.

Структура учебного пособия.

Пособие содержит описания 5 лабораторных работ.

  • Лабораторная работа №1 – изучение режимов работы, системы команд и дополнительных способов адресации процессоров семейства IA-32.

  • Лабораторная работа №2 – организация прерываний в IBM PC и программирование контроллера прерываний 8259А.

  • Лабораторная работа №3 – программирование таймера 8254 и генерация звука в IBM PC.

- Лабораторная работа №4 – проектирование программного обеспечения систем управления на базе учебного лабораторного комплекса SDK -1.1.

  • Лабораторная работа №5 – изучение возможностей последовательного интерфейса RS-232 и программирование его контроллера.

Описание лабораторной работы включает задание для домашней подготовки, контрольные вопросы, лабораторное задание и необходимый теоретический материал для домашней подготовки.

Основные термины и определения

Интерфейс - это совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в системах при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.

Устройства сопряжения и интерфейсные устройства предназначены для управления вводом и выводом информации и согласования интерфейсов компьютера с одной стороны и внешних устройств и объекта управления с другой стороны. Конструктивно эти устройства могут выполняться в виде одной БИС, нескольких БИС или в виде отдельной платы. Устройства сопряжения и интерфейсные устройства могут иметь достаточно сложную структуру Выполняемые ими функции могут программироваться, в ряде случаев в состав таких устройств входит микропроцессор. Устройства сопряжения и интерфейсные устройства со сложной структурой иногда называют контроллерами.

Процессор – основная часть ЭВМ, непосредственно осуществляющая процесс обработки данных и управляющая этим процессом.

Микропроцессор (МП) – программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им построенное на одной или нескольких интегральных микросхемах. Иными словами микропроцессор это процессор, реализованный на одной или нескольких СБИС.

Оперативная память – память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций.

Постоянная память - это память, используемая для хранения информации, которая не должна изменяться в ходе работы компьютера.

Прерывание – это аппаратная функция, вызывающая приостановку операций процессора, запоминание его состояния и выполнение специальной программы, которая называется программой обработки прерывания или обработчиком прерывания (ISR).

  1. Общие сведения об архитектуре персонального компьютера и

архитектуре стенда SDK 1.1

Персональный компьютер типа IBM PC имеет традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы: процессор, постоянную и оперативную память, устройства ввода/вывода, системную шину, источник питания (рис.1.1). Основные особенности архитектуры персональных компьютеров сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.


Рис. 1.1. Архитектура персонального компьютера типа IBM PC

Функции основных узлов компьютера следующие:

  • Центральный процессор - это микропроцессор со всеми необходимыми вспомогательными микросхемами, включая внешнюю кэш-память и контроллер системной шины. В большинстве случаев именно центральный процессор осуществляет обмен по системной шине.

  • Оперативная память может занимать почти все адресуемое пространство памяти процессора. Однако чаще всего ее объем гораздо меньше. В современных персональных компьютерах стандартный объем системной памяти составляет, как правило, от 512 Мбайт до 2 Гбайт. Оперативная память компьютера выполняется на микросхемах динамической памяти и поэтому требует регенерации.

  • Постоянная память (ROM BIOS — Base Input/Output System) имеет небольшой объем (до 128 Кбайт), содержит программу начального запуска, описание конфигурации системы, а также драйверы (программы нижнего уровня) для взаимодействия с системными устройствами.

  • Контроллер прерываний (описание функций этого контроллера приведено в разделе 2.2). Все режимы функционирования контроллера прерываний задаются программно процессором перед началом работы.

  • Контроллер прямого доступа к памяти принимает запрос на ПДП из системной магистрали, передает его процессору, а после предоставления процессором магистрали производит пересылку данных между памятью и устройством ввода/вывода. Все режимы функционирования контроллера ПДП задаются программно процессором перед началом работы. Использование встроенных в компьютер контроллеров прерываний и ПДП позволяет существенно упростить аппаратуру применяемых плат расширения.

  • Контроллер регенерации осуществляет периодическое обновление информации в динамической оперативной памяти путем проведения по шине специальных циклов регенерации. На время циклов регенерации он становится хозяином (задатчиком) шины.

  • Часы реального времени и таймер-счетчик - это устройства для внутреннего контроля времени и даты, а также для программной выдержки временных интервалов, программного задания частоты и т.д.

  • Системные устройства ввода/вывода - это те устройства, которые необходимы для работы компьютера и взаимодействия со стандартными внешними устройствами по параллельному и последовательному интерфейсам. Они могут быть выполнены на материнской плате, а могут располагаться на платах расширения.

  • Платы расширения устанавливаются в слоты (разъемы) системной магистрали и могут содержать оперативную память и устройства ввода-вывода. Они могут обмениваться данными с другими устройствами на шине в режиме программного обмена, в режиме прерываний и в режиме ПДП. Предусмотрена также возможность захвата шины, то есть полного отключения от шины всех системных устройств на некоторое время.

Важная особенность подобной архитектуры - ее открытость, то есть возможность включения в компьютер дополнительных устройств, причем как системных устройств, так и разнообразных плат расширения. Открытость предполагает также возможность простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения компьютера.

Учебные микропроцессорные комплексы (стенды) на базе микроконтроллеров предназначены для изучения принципов организации и работы микропроцессорной элементной базы, вспомогательных элементов (память, контроллеры ввода-вывода и др.),получения навыков проектирования и программирования микропроцессорных систем различного назначения.

Внимания заслуживает опыт ООО «ЛМТ» (Санкт-Петербург), которое разработало и последовательно развивает семейство микропроцессорных стендов инструментального и учебного назначения - SDK.

Основу лабораторного комплекса составляет контроллер-конструктор (микропроцессорный стенд) SDK-1.1на базе ОКЭВМ фирмы Analog Devices ADuC812. Сам лабораторный комплекс представляет собой совокупность контроллера-конструктора, подключенного к персональному компьютеру, и программного обеспечения для ПК и SDK-.1.1.

Подключение осуществляется к СОМ-порту ПК через кабель RS232, комплекс инструментальных программ

обеспечивает весь процесс программирования SDK-1.1: компиляцию, доставку

и запуск программ в SDK-1.1.

Главной областью применения микропроцессорного стенда SDK-1.1, безусловно, является обучение различным аспектам встраиваемой вычислительной техники. Студенты имеют возможность ознакомиться на практике с проектированием, программированием, отладкой и использованием создаваемой ими из "конструктора" SDK-1.1. Разнообразные устройства, входящие в состав стенда, позволяют изучить круг вопросов, связанных с организацией взаимодействия

с ними через типичные интерфейсы, применяемые во встраиваемых вычислительных системах.

Микропроцессорный стенд SDK-1.1 построен на базе однокристальной микро-ЭВМ фирмы Analog Device типа ADuC812 (вычислительное ядро MCS-51) и имеет в своем составе разнообразные устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода информации в цифровом и аналоговом виде:

  • 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь:

  • 2-х канальный цифроаналоговый преобразователь;

  • устройства ввода и отображения информации (матричная клавиатура 4x4 клавиши, текстовый жидкокристаллический дисплей, пьезокерамический
    акустический излучатель, набор сигнальных светодиодов и переключателей);

  • параллельный 16..20-ти разрядный порт:

  • часы/календарь реального времени:

  • электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) на кристалле ADuC812 (640 байт):

  • внешняя память - EEPROM емкостью 128 байт.

Стенд SDK-1.1 может работать полностью автономно от ПК.

Лабораторный комплекс предназначен для освоения студентами архитектуры и методов проектирования:

  • систем на базе микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ;

  • встраиваемых контроллеров и систем сбора данных:

  • периферийных блоков вычислительных систем:

  • подсистем ввода-вывода встраиваемых вычислительных систем.

Подготовки программ для микроконтроллера ADuC812 осуществляется на языке программирования Си или Ассемблера (рис. 1.2) на ПК в обычном текстовом редакторе (или средах программирования, IDE, предназначенных для разработки программ под ядро MCS-51), далее программа компилируется в исполняемый модуль, доставляемый в стенд через СОМ-порт ПК с помощью специального программного обеспечения, входящего в состав стенда.

Рисунок 1.2 - Процесс написания программ для SDK-1.1

Программы для стенда располагаются во внешней памяти программ/данных – внешнем ОЗУ объемом 512 Кб. Из этих 512 Кб как память программ (особенности MCS-51) могут использоваться лишь 56 Кб (в стенде первые 8 Кб памяти программ заняты ПЗУ, в котором располагается системное программное обеспечение, отсюда 64 Кб - 8 Кб = 56 Кб). Однако, как показывает практика, программы такого размера для стенда подготавливать не требуется.

В процессе обучения с использованием SDK-1.1 студенты могут на практике ознакомиться с управлением периферийными устройствами, взаимодействующими с вычислителем посредством различных интерфейсов, освоить некоторые специфические аспекты программирования встраиваемых вычислительных систем, эффективного управления ресурсами. В стенде предусмотрена возможность симулировать некоторые внешние сигналы без использования дополнительного оборудования: сигналы внешних прерываний, счетные импульсы таймеров, аналоговые сигналы на входах АЦП. Интересно отметить возможность программного инициирования прерываний, не предусмотренную в MCS-51. однако реализованную в стенде через механизм программного управления состоянием входа внешнего прерывания INT0 ADuC812.

ПЗУ с резидентным программным обеспечением реализовано на кристалле ОЭВМ ADuC812 по технологии FLASH/ЕЕ и может быть перепрограммировано через интерфейс RS232C с обычного ПК. Новые версии резидентного ПО могут доставляться в стенд без использования специальных программаторов, а тем более новых микросхем ПЗУ - достаточно иметь лишь образ доставляемой программы в виде файла и специальную утилиту на ПК.

Некоторые устройства стенда подключены к вычислителю через периферийный расширитель, реализованный на базе ПЛИС небольшой емкости, перепрограммируемой через имеемый в SDK-1.1 JTAG-порт, что дает возможность при желании изменять механизмы работы с этими устройствами.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ по тематике лабораторных работ



Похожие документы:

  1. Зачем и кому нужна эта книга 6 Василий Трофимович Нарежный 1780 1825 9

    Документ
    ... Иваны со всеми своими домочадцами. По решению войсковой кан­целярии за « ... — математик и астроном, работы которого печатаются в бюллетенях Академии наук. Предоставив жене ... комым чиновникам, среди которых Егор Матвеич Богоборцев и стат­ский генерал ...
  2. Список лицензий на осуществление геодезической и картографической деятельности на территории Нижегородской области по состоянию на 13/10/2010

    Документ
    ... юридического лица Матвеичев Геннадий Александрович ... ответственностью "НИЖЕГОРОДСКИЙ ДОМ ПЕЧАТИ"г.Нижний Новгород 603116, ... ограниченной ответственностью "Группа комплексных решений" г.Нижний Новгород 603098 ... институт по проектированию объектов ...
  3. Всякий раз, когда моя книга выходит в свет и направляется к читателю, я испытываю острое волнение. Так было в дни моей житейской и литературной молодости, когд

    Документ
    ... своей подписью и печатью губревкома, Терентьев поехал по волостям и селам ... под Соколиновкой. Волченорский совет принял решение: арестовать и препроводить в ... ему преградила путь женщина. – Артем Матвеич, задержитесь на минуточку, – взволнованно ...
  4. Собрание сочинений 3 Очерки Уральские были Вдетские годы Ты что не собираешься? Ревело уж! 1 Ладно, без сборов. Отдохнем

    Документ
    ... садом. Тут и уселись. Иван Матвеич, понизив голос, проговорил: —  ... , помню, была последней в решении вопроса. Больше не колебался. ... по неволе) — для библиографических заметок, которые печатал в журналах „Штурм“ и „Товарищ Терентий“; П. Осинцев (по ...
  5. …А вот и нашла, добрые люди указали, записочка ваша довела. Да хорошо-то как у вас, барыня, и тихо, и привольно, будто опять у себя в Москве живете. Ну, как н

    Документ
    ... А в церкву ходила, дура. А Яков Матвеич, садовник-то, гвардейский раньше солдат ... с черной каемочкой, и с печатью с черной, по упокойникам вот печатают. Испугалась Катичка: помер кто ... стоит – дожидается, какое ему решение. Она вынула из сумочки зеркальце ...

Другие похожие документы..