Анализ алгоритма работы специализированного вычислителя

Таблица 2.2 - Список команд микросхемы K9K4G08U0M

* Произвольный ввод/вывод данных возможен в пределах 1 страницы.

Ускорить запись данных можно при помощи кэш-регистра объемом 2112 байт. Запись в кэш-регистр может быть произведена во время перезаписи данных из регистра данных в ячейки памяти (во время программирования). После окончания программирования, при наличии данных в кэш регистре, внутренний контроллер микросхемы перепишет данные из кэш-регистра в регистр данных и начнет запись новой страницы.

Устройство реализует функцию автоматического чтения при включении питания, которая обеспечивает последовательный доступ к данным первой страницы после включения питания без ввода команды и адреса.

В дополнение к расширенной архитектуре и интерфейсу устройство включает функцию резервного копирования данных с одной страницы на другую без использования внешней буферной памяти. Т.к. трудоемкие циклы последовательного доступа и ввода данных исключены, то производительность системы для применения в полупроводниковых дисках значительно улучшена.

Устройство может содержать недопустимые блоки при первом использовании. Во время использования микросхемы количество недопустимых блоков может возрасти. Недопустимые блоки - это блоки, которые содержат 1 или более изначально неработоспособных битов, надежность которых не гарантируется компанией Samsung. Устройства с недопустимыми блоками имеют тот же уровень качества и те же динамические и статические характеристики, как и устройства без таких блоков. Недопустимые блоки не влияют на работу нормальных блоков, потому что они изолированы от разрядной шины и общей шины питания транзистором выбора. Система спроектирована таким образом, что у недопустимых блоков блокируются адреса. Соответственно, к некорректным битам попросту нет доступа. Первый блок, помещаемый в 00-й адрес, должен использоваться для хранения загрузочной информации. SAMSUNG уверяет, что он будет гарантированно допустимым, не требующим исправления ошибок в течение 1 Кциклов записи/чтения.

Изначально содержимое всех ячеек микросхемы стерто (FFh), за исключением ячеек, где хранится информация о недопустимых блоках, записанная до этого. Допустимость блока определяется 1-ым байтом запасного пространства. Samsung уверяет, что 1 или 2 страница каждого недопустимого блока по адресу столбца 2048 содержит данные, отличающиеся от FFh. Так как информация о недопустимых блоках является стираемой, то в большинстве случаев стирания ее невозможно восстановить. Поэтому, в системе должен быть заложен алгоритм, способный создать таблицу недопустимых блоков, защищённую от стирания и основанную на первоначальной информации о бракованных блоках. Любое намеренное стирание информации о недопустимых блоках запрещено.

Следовательно есть вероятность выхода из строя блоков микросхемы во время эксплуатации системы, что может привести к потере информации. Для повышения надежности хранения информации следует увеличить объем основного накопитель в два раза до 8 Гб.

3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

В процессе разработки ПЭС необходимо сопоставить узлам функциональной схемы их электрические эквиваленты. Разделим процесс разработки принципиальной схемы системы на пять этапов:

- микросхема ПЛИС со схемой загрузки;

- микроконтроллер AT89C5131 и USB интерфейс;

- микросхема часов реального времени и ее питание;

- накопитель, повышение быстродействия его работы;

- быстрая промежуточная память.

3.1 Микросхема ПЛИС со схемой загрузки

При реализации функциональных блоков в ПЛИС процесс разработки ПЭС сводится к выделению необходимых внешних линий связи и формирования цепей загрузки ПЛИС. В таблице 3.1 приведены внешние связи, сгруппированные по функциональному признаку, которые будут подключены к пользовательским выводам ПЛИС.

Таблица 3.1 - Перечень необходимых пользовательских контактов микросхемы ПЛИС

Для обеспечения конфигурирования ПЛИС совместим две стандартные схемы конфигурирования, рекомендованные фирмой производителем (ALTERA). Первая схема конфигурации (JTAG-цепочка) позволяет независимо загружать прошивку в конфигурационную микросхему и ПЛИС. Она используется на этапе настройки, проверки и конфигурирования загрузочной памяти. Вторая цепочка (режим пассивной последовательной конфигурации) используется в штатной работе ячейки. При включении питания при ее помощи информация из конфигурационной микросхемы переписывается в ПЛИС.

Элементы D1, D2 образуют JTAG-цепочку, организованную для загрузки элементов в системе. Кроме того JTAG, являясь стандартом периферийного сканирования, позволяет осуществлять проверку (верификацию) загруженной конфигурации ПЛИС и конфигурационного ПЗУ. Схема включения данных элементов подчиняется схеме функционирования JTAG-цепочки /3/ (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема функционирования JTAG-цепочки

Все резисторы схемы функционирования JTAG-цепочки выбраны номиналом 1 кОм, согласно рекомендации фирмы ALTERA.

На рисунке 3.2 представлена схема для пассивной последовательной конфигурации.

Рисунок 3.2 - Схема для пассивной последовательной конфигурации

Все резисторы схемы для пассивной последовательной конфигурации (рисунок 3.2) выбраны номиналом 1 кОм, согласно рекомендации фирмы ALTERA.

Характеристики выводов конфигурирования приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Перечень характеристик выводов конфигурирования микросхемы ПЛИС

3.2 Контроллер обмена с USB каналом

При построении ПЭС нам необходимо решить три задачи:

- режим работы с внешней памятью, при этом часть двунаправленных портов ввода вывода становятся шинами адреса, шинами данных и сигналами управления. Данный режим нам необходим для согласования микроконтроллера с внешними устройствами;

- необходимо согласовать контроллер с USB интерфейсом;

- для управляющего контроллера необходимо обеспечить загрузку программы во внутреннюю Flash-память.

Для обеспечения второго и третьего перечислений необходимо применить стандартные решения, предложенные разработчиком. Для этого воспользуемся схемой, предложенной в /1/ и представленной на рисунке 3.3.

Так же по третьему перечислению необходимо отметить, что внутри контроллера существует два загрузчика: пользовательский и аппаратный (HBL, Hadware BootLoader). Пользовательский загрузчик позволяет запускать программы, записанные в память микроконтроллера, а аппаратный позволяет осуществить запись самой программы. В данной схеме перевести контроллер в режим программирования (записи программы) можно выполнив следующую последовательность действий:

- отключить прибор от USB-шины, разомкнув перемычку Р2 (линия VREF);

- удерживая кнопки К3 (линия RESET) и К2 (линия PSEN) подключить прибор к USB-шине, замкнув перемычку Р2;

- отпустить кнопку К3;

- отпустить кнопку К2.

На базе схемы приведенной на рисунке 3.3 получаем схему включения контроллера представленную на рисунке 3.4. В данной схеме шина адреса, шина данных и управляющие сигналы, необходимые для работы микроконтроллера с внешними устройствами соединены с ПЛИС, а перевод контроллера в режим загрузки осуществляется при помощи переключателя S21.

Рисунок 3.3 - Типовая схема включения контроллера

Рисунок 3.4 - Схема соединения для микроконтроллера AT89C5131

3.3 Микросхема часов реального времени и их питание

Схема включения микросхемы часов реального времени приведена на рисунке 3.5. Особенностью данной схемы является параллельное включение четырех конденсаторов большой емкости (1 Ф) в цепь питания микросхемы. Эти конденсаторы выполняют роль аккумулятора.

Рисунок 3.5 - Эквивалентная схема питания часов реального времени в автономном режиме работы

Аккумулятор предназначен для обеспечения питания микросхемы часов реального времени при отсутствии общего питания. Это необходимо при проведении автономных летных испытаний для того чтобы обеспечить бесперебойную работу часов до момента окончательной проверки изделия и начала испытания (включения прибора). Временная диаграмма заряда/разряда конденсаторной батареи приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Временная диаграмма заряда/разряда конденсаторной батареи

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5