автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Проектирование высокоинтегрированной элементной базы устройств интерфейса мультиплексных каналов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ _ УНИВЕРСИТЕТ им.В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)_

р[ 6 На правах рукописи

■1 г тон

Тупица Андрей Васильевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШСОКОИНГЕГРИРОВАННОИ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ УСТРОЙСТВ ИНТЕРФЕЙСА МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ КАНАЛОВ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства,

вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственно!, электротехническом университете им. В.И.Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент ХВОЩ С.Т.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МЕЛЕХИН В.Ф. кандидат технических наук ЛУЗАКОВ С.К.

Ведущая организация - ОКБ "Электроавтоматика",

г. Санкт-Петербург.

Защита состоится "¿4 " И.ИСЯЯ 1994 г. в час. н;

заседании специализированного совета К 063.36.0

Санкт-Петербургского государственного электротехническог университета им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376 г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова^ д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "¿О" МО. Я 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Юрков Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Последовательные мультиплексные каналы (МК) по ГОСТ 26765.52-8? (аналог стандарта США МП-БТЮ-1553В) находят широкое применение для комплэксирования аппаратуры систем распределенной обработки информации и управления, построения локальных информационно-вычислительных сетей. Подобные системы могут объединять устройства (подсистемы) с различным "интеллектом": от простейших устройств сопряжения о датчиками до сложных подсистем, имеющих в своем составе высокопроизводительные микроЗВИ, что обуславливает различные требования к функциональной сложности устройств интерфейса МК (УИМК). Простейшие УИМК выполняют лишь.кодирование и декодирование информации, выдаваемой в МК, и требуют больших затрат дополнительных аппаратных или программных средств для выполнения протокольных функций контроллера, оконечного устройства или монитора интерфейса. Сложные УИМК представляют собой сопроцессоры ввода/вывода центрального процессора абонента канала (подсистемы), автоном»9 управляющие обменом последовательностью сообщений по МК, и могут быть выполнены как в многокристальном варианта, так и на одном кристалле СБИС.

В то же время создание.полностью однокристального устройства интерфейса МК, что соответствует требованиям по применению в аппаратуре с определенными ограничениями массо-габаритных и энергетических характеристик, обеспечивающего выполнения функций контроллера, оконечного устройства"или монитора, функционирующего в качестве сопроцессора ввода-вывода процессора подсистемы и соответствующего широкому спектру возможных применений, является в настоящее, время проблематичной задачей из-за ограничений достигнутого уровня технологии (по степени интеграции, сложности выполнения на одном кристалле аналоговой и цифровой части устройства). Структурная сложность устройства УИМК также обусловлена существованием различных версий стандарта на МК и рекомендательным характером ряда моментов стандарта, различными требованиями к функциям УИЖ со стороны различных подсистем и различными типами интерфейсов сопряжения с ними.

Существующая к настоящему времени элементная база УИМК включает относительно большое количество устройств, в основном в

виде БИС, каждое из которых выполняет ограниченный набор функций по управлению обменом сообщениями в МК, в результате при реализации устройств УИМК возникают проблемы выбора существующих БИС УИМК и определения объема дополнительна апйаратных и программных затрат для создания устройства, в наиболее полном объеме и наиболее эффективно реализующего поставленные требования.

Наибольший интерес для реализации УИМК представляют устройства, выполненные в виде микромодулей, являющих собой многокристальный вариант реализации в виде набора бескорпусных БИС на многослойной плате, помещенной в герметичный корпус, в результате чего по основным техническим характеристикам, (надежности, массе, габаритам), устройства УИМК, выполненные в виде микромодулей (гибридные интегральные схемы - ГИС ,УШК) приближаются к однокристальным СБИС УИМК, сохраняя некоторые основные преимущества печатных плат: гибкость проектирования, уменьшение сроков и стоимости проектирования, определенную ремонтопригодность, возможность создания множества вариантов структур УИМК при использовании' ограниченного набора БИС. В настоящее время отсутствует единый интегрированный подход к процессу проектирования ГИС УИМК.

С учетом всего сказанного, актуальными являются задачи исследования структуры, процессов обмена в УИМК и вопросов проектирования устройств УИМК в виде ГИС.

Целью диссертационной работы явилось сокращение сроков и стоимости проектирования специализированной элементной базы ГИС УИМК, обеспечивающей расширение области применений и уменьшение загрузки подсистемы по управлению обменом в МК.

Метод исследования основан на комплексном рассмотрении процессов взаимодействия функциональных компонентов структуры УИМК при организации управления обменом информацией по МК с использованием теории множеств .и графовых методов, теории алгоритмов и моделей расширенных конечных автоматов, принципов иерархии структуры и декомпозиции систем, концепции взаимодействия. В работе сочетаются формальные и содержательные методы исследования.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Система моделей архитектурного и функционального уровней устройств УИМК, позволяющая в определенной степени формализовать процессы функционального анализа и структурного синтеза устройств УИМК на основе спецификаций БИС УИМК и технического задания на проектирование, проводить на этапе функционального проектирования оценку аппаратурных затрат и быстродействия разрабатываемых устройств УИМК.

2. Методика проектирования гибридных интегральных схем УИМК (микросборок) на основе применения системы разработанных моделей УИМК архитектурного и функционального уровней проектирования.

Практическая ценность. Разработан комплект интерфейсных БИС БМК управления обменом ■ последовательностью сообщений и интерфейсного сопряжения, расширяющий возможности комплекта протокольных БИС УИМК, разработанного ранее в 0НШ1 "ССБИС" " при СПбГЭТУ. На основе разработанного комплекта интерфейсных БИС разработан ряд ГИС УИМК, расширяющий область применения « повышающий эффективность обмена сообщениями по МК. Методика проектирования ГИС - УИМК обеспечивает сокращение сроков и стоимости проектирования УИМК для конкретного применения с оптимизацией загрузки подсистемы по управлению обменом в МК.

Апробация работы." Основные положения и результаты работы положены на научно-техническом семинаре "Локальные сети микроэвм в системах обработки и управления" '(г. Санкт-Петербург, 1990г.); аа краткосрочном научно-техническом семинаре "Мультиплексные каналы межмодульного обмена информацией: архитектура, элементная Заза, программное обеспечение" (г. Санкт-Петербург, 1992г.).

Публикации. Основные положения ' диссертационной работы эпубликованы в пяти статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 50 яаименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена аа 144 страницах машинного текста. Работа содержит 40 рисунков и 2-таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены архитектура элементной базы устройств УИМК и процессы обмена в них.

Проведен анализ функций УИМК по управлению обменом в UK и предложено иерархическое представление процессов обмена к структуры технических средств интерфейса в виде уровней обмена: битами, словами, сообщениями и последовательностями сообщений, i соответствии с режимами функционирования УИМК, с учеток дублирования и резервирования функций, структура устройства УШИ представлена множеством функциональных компонентов в соответствие с выражением:

BIU= vtFEJjCHNjLfc}, I=(i,J,k), i«KT7n), Je{T7m>, teiTTr}, (1]

где BIU - устройство УИМК, REJ^ -■ 1-й резким функционирования, CHNj - j-й функциональный канал, L^ - k-й уровень обмена.

Взаимодействие функциональных компонентов УИМК предстрвленс при помощи примитивов локального взаимодействш пзапрос|'/"подтверадение" либо "индикация"/"ответ", ко торю соответствует передача мевду уровнями обмена необходимо! управляющей информации и данных. Определена структура и тиш межуровневых взаимодействуй для устройств контроллера ] оконечного устройства.

Предложена структурная модель УИМК архитектурного уровня i виде направленного'графа структуры, содержащего множество вершш двух типов, соответствующих функциональным устройствам ] устройствам буферной памяти уровней обмена, помеченных соответствии с выражением (1), соединенных ребрами двух типов соответствующими взаимодействиям по обмену управляице: информацией интерфейса либо данными протокола, помеченными типам взаимодействий уровней обмена.

Предложена модель процесса функционирования уровня обмен УИМК в виде выполнения определенной структурой (конфигурацией ресурсов STR определенной процедуры ргос по управлению обмено данными МК, хранящимися в определенном буфере памяти уровн обмена dbf, причем в зависимости от параметров в процесс выполнения процедуры выполняется определенная функция Гш (обмен или внутренняя функция уровня) над переменными - 'блоками дашш

obj, то есть: STH={proc[íunJ, dbftobj]}. С учетом представления управляющей информации в виде веИраг], где sel соответствует коду операции и определяет выбор ресурсов (процедуры или буфера данных) уровня обмена, параметры par определяют конкретное выполнение функции fun обмена конкретным объектом данных obj, с учетом типа параметров (статические или динамические, структурные или процедурные) структура управляющей информации взаимодействия уровней обмена LCI представлена в виде:

где selproc и seldbf. - соответствуют коду операции - выбору процедуры и буфера данных, parf, раг^, рага, рагм -зоответственно параметры функциональные и динамические процедуры, зтруктурные и динамические буфера данных.

Проведено исследование интерфэйскых взаимодействий УИМК. Показано, что взаимодействие подсистем-абонентов по обмену сообщениями определенных, форматов по МК осуществляется ^средством локальных интерфейсных взаимодействий уровней обмена, которые в конечном счете представляются совокупностью обменов;: интерфейсными информационными объектами в интерфейсах сопряжения /ровней (устройств) УИМК. В соответствии с иерархией обменов в УИМК. предложено иерархическое представление структуры устройства /правления уровня обмена, включающее:

- устройства управления обменом в ЫК;

- устройства управления обменами с буферами памяти;

- устройства управления интерфейсными обменами, задатчика «ли исполнителя.

'В качестве управляемых для устройств управления обменом /ровня выступают:

- устройства управления обменом в Ш нижележащего уровня;

- буферы памяти;

- буферы информационных шин магистрали интерфейса.

.Управление разделением ресурсов буферов памяти и шин штерфейса между несколькими пользователями осуществляется тосредством управляющих устройств арбитража обращений к буферам 1амяти и доступа (захвата) магистралей интерфейса.

Предложена структурная модель устройства уровня обмена УИМК функционального уровня проектирования в виде направленного графа

структуры, содержащего множество помеченных вершин двух типов, соответствующих управляющим устройствам и буферам памяти и шин интерфейса, соединенных ребрами двух типов, соответствующими управляющим и информационным взаимодействиям, помеченными соответственно типами интерфейсных операций и типами передаваемых информационных объектов.

С учетом исследования интерфейсных взаимодействий предложена процедура функционального анализа устройств УИМК, заключающаяся в следующей последовательности шагов:

- определение множества функциональных компонентов в соответствии с выражением (1);

определение множеств взаимодействий функциональных компонентов посредством примитивов "запрос"/"подтверждение" и "индикaцияV"oтвeт,,;

- построение структурной модели устройства' УИМК в виде направленного графа структуры, отражающего структуру функциональных компонентов и их взаимодействий;

- определение структуры управляющей информации взаимодействий функциональных компонентов : состава кодов операций и параметров, в соответствии с выражением (2);

- представление структуры функциональных взаимодействий уровня в виде иерархии интерфейсных взаимодействий;

- построение структурной модели уровня обмена, в виде направленного графа структуры, отражающего структуру управляющих и буферных устройст§ уровня обмена и их взаимодействий;

определение структуры интерфейсных взаимодействий устройств управления обменом уровня.

На основании применения структурных моделей УИМК предложена процедура определения вариантов наборов БИС для применения в ГИС проектируемого УИМК, позволяющая в соответствии с требованиями технического задания на проектирование сформировать из множества предварительно отобранных, с учетом каких-либо дополнительных критериев, БИС УИМК наборы БИС "покрытия" функциональной структуры проекта ГИС УИМК, учитывающие в максимальной степени соответствие функциональных возможностей набора БИС требованиям технического задания на проектирование, чем обеспечивается минимизация необходимых дополнительных аппаратных затрат, и, таким образом, сокращение сроков и стоимости проектирования ГИС.

Во второй главе исследуются структура уровней обмена и интерфейсные взаимодействия устройств управления обменом с целью разработки соответствующих моделей функционального уровня проектирования.

С целью уменьшения числа внутренних состояний конечных автоматов, моделирующих работу устройств управления обменом, применена модель расширенного конечного автомата, процесс функционирования которого включает последовательные срабатывания контекстного и базового автоматов. Соответственно функционирование устройства управления обменом представляется последовательными процессами во взаимодействующих устройствах управления выполнением функции (устройстве выполнения) и управления контролем (устройстве контроля). В устройстве выполнения реализуются алгоритмы функций обмена, устройство контроля осуществляет контроль правильности их выполнения. Для правильной отработки функции устройством уровня обмена информация о шаге алгоритма функции поступает с устройства выполнения на -устройство контроля, информация о результате контроля шага алгоритма - с устройства контроля на устройство выполнения, определяя его дальнейшую работу. На основании анализа обобщенных алгоритмов функционирования устройств выполнения и контроля УИМК показано, что целесообразно выделеяие в устройстве обмена фиксированной функциональной части, обеспечивающей полный набор функций выполнения и'контроля, и программируемой части параметров (устройств параметров), обеспечивающей гибкую модификацию алгоритма функционирования фиксированной части при помощи вырабатываемых для нее условий.

Предложена функционально-модульная' структура устройства управления обменом в виде четырех модулей: управления выполнением ССГ/ех, параметров выполнения РИ/ех, управления контролем СИ/сЬ и параметров контроля Ри/с11, причем управление модулями в процессе функционирования осуществляется при помощи взаимодействий г^/а^ по типу "запрос'Ушдтверздение" с устройством управления подготовкой/завершением функции обмена си/Ье, как представлено на рис.1. Взаимодействие с устройством вышележащего уровня по выполнению функции обмена Р определяется запросом функции подтверждениями нормального/ошибочного завершения функции АскР/ИакР, индикацией информации управления протокола 1пс1Р.

Рис.1. Функционально-модульная структура устройства управления обменом

Модули функционируют в соответствии с управляющей информацией кода функции Р и параметров, соответствующей примитивам взаимодействия с вышележащим уровнем обмена.

Взаимодействие с устройством нижележащего уровня осуществляется при помощи запроса/подтверждения функции нижележащего уровня reqí/ackí с формированием соответствующих кодов функции f u анализом информации состояния е и параметров состояния pare. Взаимодействие модулей между собой определяется управляющей информацией: условий контроля ende, признаков нормального/ошибочного завершения функции n/е, условий выполнения, функции ende. Завершение работы устройства управления обменом происходит в случаях: завершения формирования последовательности функций í устройством выполнения; обнаружения ошибки обмена; обнаружения информации управления протоколом обмена; при этом модули формируют соответствующие признаки: окончания функции обмена end; обнаружения ошибки егг; информации управления Ctrl.

Структура устройства управлению обменом в виде взаимодействующих функциональных модулей, отражающая все существенные моменты его функционирования, принята в качестве структурной модели функционального уровня проектирования устройств управления обменом.

Исследована структура модулей выполнения и контроля, содержащая в общем случае узлы управления, входные и выходные преобразователи, арифметико-логическое устройство. Определены основные функции модуля параметров выполнения: подсчет количества

обмениваемой информации (уровни обмена сообщением, последовательностью сообщений, устройство параметров обмена с памятью данных), а также заданного числа повторов при ошибках обмена (уровень обмена последовательностью сообщений). Типовая структура модуля параметров выполнения содержит в качестве основных у злое регистры-счетчики количества передаваемой информации и повторов и логику сравнения кодов. Основные функции устройства контроля заключаются в формировании по результатам анализа входной информации состояния о завершении функции обмена признаков нормального/ошибочного завершения, либо индикации управления, а также информации состояния о выполнении текущей функции обмена вышележащего уровня. Основные функциональные узлы модулей контроля и параметров контроля: логика сравнения, входные и выходные регистры, регистр маскирования прерываний. Определена типовая структура операционного узла (адресного сопроцессора) устройства управления обменами с памятью, содержащего регистр-счетчик адреса, узлы определения базового адреса и адреса смещения, сумматор адреса.

Предложена типовые структуры устройств управления обменами по МН,- обменами с памятью, интерфейсными обменами' в виде структуры. управляющих и- операционных узлов. Показано, что функционально-модульная структура в виде структуры управляющих и операционных узлов позволяет оценить аппаратурные затраты реализации и быстродействие устройств управления обменом. Так, аппаратурные затраты реализации узлов выполнения и контроля определяются составом, типами и размерностью (количеством входов/выходов) содержащихся логических, схем и регистров. 'Показано, что структура управляющих узлов напоминает структуру сдвигового регистра с формированием в кавдом состоянии в „общем случае лишь одного выходного сигнала, поэтому предложено представление их структуры структурой конечного автомата по методу непосредственного отображения состояний, что дает возможность . оценки аппаратных затрат управляющих узлов непосредственно по граф-схемам состояний конечного автомата. Быстродействие устройства управления обменом определяется структурой и типами взаимодействий управляющих узлов с операционными узлами модулей выполнения/контроля с учетом времени срабатывания операционных узлов. '

В третьей главе исследуются вопроси проектирования устройств УИМК в виде ГИС. Определены цели эффективного проектирования ГИС УИМК:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик;

- сокращение сроков и стоимости проектирования;

- расширение области применений;

- повышение эффективности обмена сообщениями по МК,

Отмечено, что в общем случае требования к

многофункциональности устройств УИМК, предъявляемые широким спектром возможных применений, и требования эффективного функционирования при конкретном применении являются противоречивыми, но могут быть преодолены в устройствах УИМК, .выполненных в виде ГИС, при этом определены основные принципы, которые должны быть положены в основу проектирования ГИС УИМК для достижения поставленных целей: модульность структуры и программируемость функций.

Исследованы вопросы эффективного проектирования устройств УИМК в виде ГИС. Эффективность проектирования ГИС УИМК обеспечивается на" основе максимального использования функциональных возможностей серийных БИС, при этом достигается минимизация сроков и стоимости проектирования посредством минимизации числа вновь разрабатываемых БИС, привносшцих основную доли в сроки и стоимость проектирований ' ГИС. Эффективное проектирование предполагает минимизацию использования устройством УИМК аппаратных и программных ресурсов.

Показано, что объем аппаратных затрат УИМК и загрузка УИМК аппаратных ресурсов подсистемы взаимозависимы. Относительная загрузка программных ресурсов подсистемы по управлению обменом в МК определена как доля дополнительного времени обмена управляющей информацией ко времени обмена словами сообщений и определяется в соответствии с выражением:

ДБ ^ (уп^)хК+й5)х2+(12 = , ^ + йз_ + ^ ;

Б0 пхМхг п Мхп ахИхп

где бу, с^, й8, - загрузка программных ресурсов при обслуживании обмена по МК соответственно: словом сообщения, сообщением, последовательностью сообщений, сообщениями малого

цикла, исчисляемая в количестве дополнительных, обменов словами данных; г - количество последовательностей сообщений в пределах малого цикла; N - среднее количество сообщений ' в последовательности .сообщений; п - среднее число слов в сообщении.

Сделан вывод, что устройства УИМК, прерывающие подсистему при кавдом обмене сообщением по МК (в том числе при частых ошибках обмена) либо использующие одиночное буферирование последовательности сообщений, нельзя считать эффективными с точки зрения минимизации загрузки программных ресурсов подсистемы. С целью уменьшения загрузки подсистемы необходимо возложить на устройство УШК большинство функций, связанных с управлением обменом по МК отдельными сообщениями. В этой связи отмечены, следующие способы, существенно повышающие эффективность функционирования устройств УШК:

-автономное управление УИМК обменом последовательностью сообщений (выполнение УИМК в виде сопроцессора ввода/вывода); -выполнение самотестирования; -обработка УШК обнаруживабмых ошибок обмена в МК; -автономное формирование контроллером МК асинхронных сообщений а соответствии с определенными установленными признаками в' ответном слове.

Предложены и исследованы способы расширения области применений устройств УИМК посредством применения дополнительных функциональных устройств и введения программируемых параметров выполнения и контроля функций устройства. С целью расширения функциональных возможностей выбираемого набора БИС определена необходимость и поставлены задачи проектирования БИС БМК устройств функционального расширения и интерфейсного сопряжения.

Определена обобщенная структура устройства , функционального расширения, состоящего из функциональных модулей-сопроДессоров соответствующих функциональных модулей базового устройства; определены способы взаимодействия устройства расширения с базовым устройством посредством дополнительных интерфейсов взаимодействия по запросу функций, отсутствующих.в устройстве, и запросу функций устройства "извне". Выполнение дополнительных входов и выходов функциональных устройств позволяет вводить в последовательности •состояний управляющих узлов подготовки/завершения функции обмена базового устройства подпоследовательности состояний, реализуемые

з соответствующих управляющих узлах функциональных модулей-сопроцессоров устройства функционального расширения.

Определена процедура проектирования устройств УИМК функционального расширения, заключающаяся в: представлении структуры модулей-сопроцессоров устройства расширения в виде совокупности функциональных узлов, взаимодействующих посредством интерфейсов типа "запрос-ответ";-' определении алгоритмов функционирования управляющих узлов, состава и структуры операционных узлов.

На основании исследования интерфейсных взаимодействий сделан вывод, что"для определения структуры интерфейсного устройства сопряжения необходимо привести в соответствие структуру интерфейсных обменов, выполняемых в сопрягаемых интерфейсах. Показано, .что преобразования, выполняемые в устройстве интерфейсного сопряжения, Ъбрагны преобразованиям, выполняемым в устройствах сопряжения с интерфейсом задатчика и исполнителя, при этом процесс функционирования устройства интерфейсного сопряжения состоит из двух этапов:.

-преобразование последовательности входных управляющих интерфейсных сигналов ' во внутренние сигналы интерфейсного взаимодействия;

-запуск выдачи последовательности выходных управляющих интерфейсных сигналов в соответствии с примитивами' интерфейсного взаимодействия. ; •

В результате структура устройства интерфейсного сопряжения представлена комбинацией соответствующих "ответных" частей устройств сопряжения с интерфейсом: пассивной для задатчика и активной для исполнителя. Для правильного сопряжения устройств задатчика. и исполнителя с помощью устройства интерфейсного сопряж;ния должны выполняться следующие соотношения :

Ind. = Req + ind, Ack = Rpl + ack, (4)

где Req, Ack, Ind, Rpl - примитивы интерфейсных взаимодействий устройств задатчика и исполнителя, ind, ack - примитивы интерфейсных взаимодействий, вырабатываемые внутри устройства интерфейсного сопряжения дополнительным устройством интерфейсного преобразования, функционирующим в соответствии с выражением (4). Для предотвращения потери информации и разделения использования шин интерфейса во времени в устройстве интерфейсного сопряжения

предусмотрена соответствующие информационные буферы (регистры и шинные формирователи).

На основании ■ результатов, полученных в ходе выполнения работы, предложена и разработана методика проектирования ГИС УШК для конкретного применения, минимизирующая сроки' и стоимость" разработки. С целью минимизации стоимости разработки минимизируется число вновь разрабатываемых БИС, критерием эффективности разработки является оптимизация на множестве вариантов ГИС одинаковой стоимости, при удовлетворении требований по объему используемых аппаратных ресурсов, загрузки программных ресурсов подсистемы по управлению обменом сообщениями по МК, определяемой в соответствии с выражением (3).

В четвертой главе приведено проектирование ряда устройств УШК в виде БИС БМК и ГИС.

Сформулирован ряд основных требований применений к функциям ГИС эффективных УИМК. Выбран ряд отечественных БИС для применения в ГИС УИМК, в максимальной степени обеспечивающих покрытие обобщенной функциональной структуры УИМК. Для уровня обмена сообщением выбраны БИС контроллера протокола контроллера канала я контроллера протокола оконечного устройства, разработанные в ОНИЛ "ССБИС" при СПбГЭТУ на БМК 1Б15ХМ1, обеспечивающие выполнение в полном объеме функций по ГОСТ 26765.52-87, а также БИС БМК контроллера интерфейсов И41 и памяти сообщений.

Применение выбранного набора БИС позволило создать устройства УИМК в виде ГИС контроллера/оконечного устройства, автономно управляющие обменом отдельными сообщениями по МК, с псевдодвухпортовой канальной памятью сообщений объемом 2к слов, с интерфейсами подсистемы И41 (ГИС 1, число используемых БИС - 6) и МПИ (ГИС 2, общее число БИС - 13, для сопряжения с МПИ используется 6 интерфейсных БИС серии 588).

С целью повышения эффективности функционирования и расширения областей применений поставлена задача проектирования дополнительного комплекта БИС и определен состав требуемых функций БИС: управления обменом последовательностью сообщений; аппаратной поддержки обработки нестандартных ситуаций (ошибок обмена и признаков слова состояния оконечного устройства); поддержки- прямого доступа к памяти сообщений подсистемы; управления распределением памяти сообщений; сопряжения с

»Интерфейсом типа МПИ; подцерзаш конфигурации простого оконечного устройства с интерфейсом ИРПР и стекоЕой памятью типа "FIFO".

Предложено и исследовано оптимальное решение задачи обеспечения широкого спектра применений УИМК, заключающееся в проектировании базового устройства управления обменом и устройства расширения его функциональных возможностей.

Разработан комплект интерфейсных БИС УИМК с целью реализации-функций управления обменом последовательностью сообщений. С учетом ограничений по числу выводов и степени интеграции распространенных БИС БМК устройство уровня последовательности сообщений-спроектировано в виде комплекта из трех БИС БМК: управления обменом последовательностью сообщений; управления обменами с памятью; расширенного управления памятью сообщений.

Получена оценка аппаратных затрат ВДС расширенного управления памятью сообщений, имеющей наиболее сложную функциональную структуру. Подтверждена возможность реализации БИС уровня обмена последовательностью сообщений в библиотеке БИС БМК 1Б15ХМ1 с учетом степени интеграции и коэффициента заполнения кристалла.

Определены функциональные структуры интерфейсных устройств сопряжения интерфейсов МПИ и И41. Выполнено проектирование БИС многофункционального интерфейсного устройства сопряжения МПП, основные функции которой: сопряжение с интерфейсом МПИ; поддержка сопряжения с интерфейсом ИРПР; буферизация 1шн данных. С учетом ограничений на число выводов выбранного БМК 1515ХМ1 проведено разбиение структуры устройства сопряжения для реализации в виде БИС "старшего" и БИС "младшего" байтов.

На основе комплекта протокольных БИС уровня обмена сообщеш&м и комплекта разработанных интерфейсных БИС .„-уровня последовательности сообщений разработаны ГИС УИМК:

- простого оконечного устройства, с буферной памятью на одно сообщение стековой организации (FIFO) и интерфейсом с подсистемой типа ИРПР (ГИС 3, число БИС - 6);

- контроллера/оконечного»'устройства управления обменом 'отдельными сообщениями с псевдодвухпортовой канальной памятью

сообщений, с интерфейсами сопряжения с подсистемой МПМ и И41 (ГИС 4, число БИС - 8);

резервированного контроллера/оконечного устройства

управления обменом последовательностью сообщений, размещаемых в псевдодвухпортовой памяти объемом 8к слов, с интерфейсами с подсистемой типов И41 и МПИ (ГИС Б, .число БИС - 10);

резервированных контроллера/оконечного устройства управления обменом последовательностью сообщений для сопряжения с интерфейсами подсистем типа Й41: с поддержкой прямого доступа к памяти сообщений подсистема и возможностью эффективного использования ресурсов памяти сообщений (ГИС 6, число БИС - 7); с дополнительным управлением псевдодвухпортовой памятью сообщений (ГИС 7, число БИС - 10). .

Проведено сравнэние функциональных возможностей вариантов УИМК ГИС1...ГИС7. Показано, что.на основе расширенного комплекта БИС УИМК возможно построение широкого ряда ГИС УИМК, в соответствии с вариантами комбинаций требований к основным функциональным возможностям УИМК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана система моделей устройств УИМК архитектурного и функционального уровней на основе направленных графов структуры,-' таблиц ' функциональных и интерфейсных элементов, функционально-модульных структур и алгоритмов, позволяющая проводить функциональный анализ и структурный синтез УИМК.

• 2. Разработана и предложена методика проектирования гибридных интегральных схем УИМК, обеспечивающая сокращение сроков и стоимости проектирования ГИС, расширяющих область применения и уменьшающих загрузку ресурсов подсистемы по управлению обменом сообщениями по МК.

3. Разработан кокплект интерфейсных БИС БМК устройств УИМК, предназначенных для применения в ГИС УИМК с целью повышения эффективности функционирования и расширения области применений.•

4. Разработан на основе применения комплекта интерфейсных БИС БМК ряд ГИС УИМК, обеспечивающих: управление обменом последовательностью сообщений; повышение эффективности функционирования УИМК; различные типы организации памяти сообщений; сопряжение с несколькими типами интерфейсов подсистем.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

х. Васильев В.А., Тупица A.B. БИС магистрального приемопередатчика 151БХМ1-213 // Мультиплексные каналы межмодульного обмена информацией: архитектура, элементная база, программное обеспечение : Мат-лы нруч.-техн. сем., 25-26 июня,-1992 Г. /ЛДНТП. -JI.i 1992. -С.47г-51.

2. Плата резервированного ГМК для сопряжения ПЭВМ типа IBM РС/ХТ/АТ с МК по ГОСТ 26765.52-87 / A.B. Тупица, А.Н. Васильев, В.В. Дорошенко ц др. // Мультиплексные каналы межмодульного обмена информацией: архитектура, элементная база, программное обеспечение : Мат-лы науч,-техн, сем,, 25-26 июня, 1992 г. /ЛДНТП. -Л., 1992. -С-52-58.

3. Тупица A.B. Подход к цроектировачш гибридных СБИС терминалов мультиплексного канала // Мультиплексные каналы межмодульного обмена информацией: архитектура, элементная база, программное обеспечение : Мат-^ы науч.-техн. сем., 25-26 июня, 1992 г. /ЛДНТП. -Л., 1992, -С.97-104.

4. Тупица A.B., Хвощ С.Т. Плата сопряжения ЭВМ типа ДВК с последовательным мультиплексным каналом по ГОСТ 26765.52-87 // Мультиплексные каналы межмодульного обмена информацией: архитектура, элементная база, программное обеспечение : Мат-лы науч.-техн. сем., 25-26 июня, 1992 г.' /ЛДНТП." -Л., 1992. -С.58-65.

5. Хвощ С.Т., Бочкарев C.B., Тупица A.B. Архитектура терминалов МК на основе комплекта интерфейсных БИС // Локальные сети микроэвм в системах обработки и управления : Мат-лы краткоср. сем., 18-19 декабря, 1990 г. /ДЦНТП. -Л.,; 1990. -С.42-49.

Подл, к печ. 12. 05. 94. Формат 60x84/16. Офсетная, печать. Печ. л. 1,0; уч. -изд. л.»1,0. Тираж 100 экз. Зак. № 68 .

Ротапринт МГП "Поликом" 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, б