Главная | Обратная связь

Принципы построения и структуры

Микропроцессорное устройство ЧПУ является вычислительной системой, которое строится с использованием универсальных средств вычислительной техники и специализированных схем или блоков, обеспечивающих связь с ОУ.

Микропроцессор (МП) – программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление этим процессом и построенный на одной или нескольких БИС.

Микропроцессорная система – вычислительная система, включающая в себя процессор, запоминающее устройство (ЗУ), расширители арифметических функций (РА), объединенные термином вычислитель (ВЧС) и контроллеры внешних устройств.

Контроллер внешнего устройства (КВУ) – устройство, включающее в себя схемы сопряжения внешнего устройства (ВУ) с системной магистралью (интерфейс) и схемы преобразования входных и выходных данных внешнего устройства.

Микропроцессор, память, расширители стандартных функции, объединенные системной магистралью, составляют вычислительное ядро или вычислитель МПС, с которым сопрягаются внешние устройства, необходимые для управления объектом и связи с оператором. При использовании однопроцессорного вычислителя возможны две основные структуры. В структуре с общей магистралью все контроллеры внешних устройств сопрягаются с вычислителем через эту магистраль. В этой структуре нагрузочная способность системной магистрали (СМГ) ВЧС ограничивает возможности расширения системы из-за ухудшения помехоустойчивости. Для улучшения этих характеристик нередко используется вариант однопроцессорной структуры с двумя магистралями, сопряжение между которыми осуществляется через специальное устройство согласования магистралей – адаптер. В этой структуре КВУ оператора (дисплей и клавиатура) сопрягаются обычно с магистралью ВЧС, а КВУ объекта (электропривод датчиков состояния объекта, устройств управления электроавтоматикой) сопрягаются с магистралью УЧПУ (СМГ УЧПУ).

Использование однопроцессорной структуры с двумя магистралями оказывается эффективным потому что КВУ объекта для связи с несколькими однотипными внешними устройствами обычно выполняется на одной плате и является по отношению к магистрали одной единицей нагрузки.

Уже в однопроцессорных УЧПУ в полной мере определились основные принципы организации МПС УЧПУ, обеспечивающие возможность расширения системы при сохранении функциональной гибкости и обеспечении надежности функционирования при малом времени восстановления в случае отказа. К их числу относятся:

- принцип программно-аппаратной реализации функций управления, в соответствии с которым основными функциями аппаратных средств КВУ являются функции преобразования информации вычислителя в сигналы управления объектом и обратное преобразование сигналов состояния объекта в машинную форму, а обработка информации производится программными средствами вычислителя;

- магистрально-модульный принцип построения аппаратных средств в соответствии с которым аппаратные средства, входящие в состав базовой конфигурации микропроцессорного УЧПУ выполняются в виде унифицированных по конструкции модулей и имеют унифицированные средства сопряжения с системными магистралями;

- принцип «встроенной» диагностики аппарата УЧПУ, в соответствии с которым каждый блок, входящий в ВЧС или КВУ, имеет свои аппаратные диагностические средства, что позволяет быстро локализовать неисправности и снизить время восстановления устройств в случае отказа.

В настоящее время распространены мультимикропроцессорные (ММПС) УЧПУ, в которых увеличение функциональных возможностей достигается в результате применения однородных по элементной базе функционально законченных микропроцессорных модулей, каждый из которых решает собственную вычислительную задачу. При расположении микропроцессорных модулей ММПС в одном блоке срабатывание отдельных вычислителей осуществляется с использованием двухпортовых блоков общей памяти (БОП). Центральный вычислитель (ВЧС) УЧПУ связан через системную магистраль (СМГ) с КВУ (ими могут быть контроллер дисплея, клавиатура пульта) и локальными вычислителями (ВЧС1-ВЧСn), имеющие собственные системные магистрали ЛСМГ и решающие конкретные функциональные задачи. Связь через двухпортовые БОП обеспечивает наименьшие потери производительности ММПС, обусловленные конфликтами при одновременном обращении вычислителей к БОП. Учитывая сравнительно малую интенсивность обмена данными между локальными ВЧС и центральными ВЧС, БОП может быть совмещен с оперативным запоминающим устройством локального вычислителя. При использовании параллельного обмена в рассматриваемой структуре потери производительности, обусловленные временем обмена, становятся пренебрежимо малыми.

Структура многопроцессорного УЧПУ с обменом через БОП.

Большая пропуская способность требуется от канала обмена данными при использовании структуры ММПС, способной обеспечивать функциональные возможности, аналогичные тем, которые обеспечивает вышеуказанная структура, по распределенным по конструктивным блокам варианте. Вариант структуры «распределенного» УЧПУ приведен ниже:

Структура многопроцессорного УЧПУ с обменом

через адаптеры связи

В отличие от предыдущей, в этой структуре микропроцессорные вычислители имеют равные возможности обмена данными. Обмен осуществляется через адаптеры связи АС1-АС3, подключенные к системным магистралям соответствующих вычислителей, и имеющие выходы на два последовательных канала обмена.

Комбинируя принципы построения мультимикропроцессорных структур, можно получить оптимальную по выбранному критерию структуру, удовлетворяющую требованиям использования в конкретном УЧПУ.