4-Mavzu: Mikrokontrollerlarni tashkillashtirish. O‘rnatilgan tizimlar uchun protsessor tizimlari va tashqi qurilmalarni tashkillashtirish prinsiplari

Atmel. Mikrokontroller olamidagi haqiqiy o’sish, yangilik 1996 yilda Atmel
korporatsiyasi AVR yadroli turkumi chiplarini chiqargach ro’y berdi.
Nisbatan qulay arxitekturasi, tizilishini hisobga olib uni 1-raqamli
mikrokontroller deb nom olishiga olib keldi.AVR mikro-kontrollerlari 133
konsturuktsiyagacha komandani hisoblaydi, ishlab chiqaruvchanligi 1-Mips
(1 mgts)ga yaqinlashgan, Fiash doimiy xotira dasturi ichki sxematik
dasturlash qobiliyatiga ega. Ko’plab chiplar o’zi dasturlanish funktsiyasiga
ega. AVR - arxitekturasi yuqori darajali til bilan optimallashtirishgan.
Bundan tashqari turkumdagi barcha kristallar “pastdan – yuqoriga”
printsipiga mos tushadi.
Toshiba. Toshiba firmasining kuchli kontrollerlar ham yaxshi ahamiyatga ega, ularning ichki xotira dasturi bo’lmasa ham tashqi doimiy xotira kristali kerak,
lekin ular periferiya qurilmalari bilan yaxshi ishlaydi, SIMM tilidagi
xotira modulini qo’llash imkoniga ega. Bu - kontrollerlardan DVDo’qitishda, SD- aylantirishda, avtojavob bergichlarda umuman katta xotirali
o’lchamda ishlash zarur bo’lgan joylarda foydalaniladi.
ASE. Bu firma dunyodagi eng kichik mikrokontrollerlarni ishlab chiqaradi.
Bu 8-razryadli 3x4 o’lchamdagi chiplar bo’lib 8-ta kirish-chiqish portida 6-
tasi chiqish portidir. O’z mikoniyatlari bilan ular AVR yoki Microchip
mahsulotlariga o’xshash, lekin korpusi juda kichik, ularni oddiy ruchkaga
ham joylashtirish mumkin. Kuchli mikrokontroller ishlab chiqaruvchilar
orasida Philips, Texas, Instruments, Dallas, Semicondustor va boshqa
ko’pgina misollar keltirish mumkin.
Mikroprotsessorlarni shartli ravishda 3 – sinfga ajratish mumkin:

1. 
   8–razryadli
   
2. 
   16–razryadli
   
3. 
   32–razryadli
   Ularni funktsional belgilariga qarab quyidagicha sinflash mumkin:
   

8 – razryadli mikrokontrollerlar past ishlab chiqarishga ega bo’lsa ham,
har xil ob’ektlar boshqaruv masalalarini keng miqiyosida echish uchun
to’liq etarlidir. Bu oddiy va arzon mikrokontrollerlar ommaviy chiqaruvchi
uchun murakkab bo’lmagan qurilmalardan foydalanishga mo’ljallangan.
Ulardan asosiy maishiy va o’lchov texnikalarida, ishlab chiqarish
avtomatikasida, avtomobil elektronikasida, tele-, video va
audioapparaturalarda, aloqa vositalarida foydalaniladi. Bunday
kontrollerlar uchun dastur va ma’lumotlarni saqlash uchun bo’lak xotiradan
foydalaniladigan Garvard arxetikturasi harakterli. Agar har xil tipdagi
mikrokontrollerlarda dastur saqlash uchun bir marta dasturlanuvchi doimiy
xotiralar (PROM), yoki elektrik oldidan dastur-lavchi doimiy xotira (EPROM,
IEPROM yoki FLASH) yoki dasturlanuvchi doimiy xotira (ROM)
qo’llaniladi, ichki xotira dasturi odatda bir necha birlikdan bir necha o’nlab
kilo baytlarga ega bo’ladi.
Ma’lumotlarlarni saqlash uchun bir necha registr banklari ko’ri-nishida
tashkil etilgan registr blokidan yoki ichki operativ xotiralardan foydalaniladi.
Ma’lumotlar ichki xotirasi o’lchami bir necha o’nlab baytdan bir necha
kilobaytgacha tashkil etadi. Bu guruhning bir qator mikrokontrollerlari
zarurat tug’ilganda qo’shimcha ravishda 64...256 kilobaytgacha bo’lgan
ma’lumot va komandalar tashqi xotirasini qo’shadi. Bu guruxdagi
mikrokontrollerlar odatda (30-100) gacha bo’lgan uncha katta bo’lmagan,
oddiy adreslash usullaridan foydalanuvchi komandalarini bajaradi. Bunday
mikrokontrollerlar bir mashina vaqti taktida ko’p sonli komandalarning
bajarilishini taminlaydi.
16-razryadli mikrokontrollerlar o’zi 8-razryadli ajdodlarining
yaxshilangan modifikatsiyasi hisoblanadi. Ular qayta ishlanadigan
ma’lumotlar oshirilgan razryadliligi bilangina emas, adreslash usullari va
kengaytirilgan komandalar tizimi, kengaytirilgan registrlar xajmi va
adreslanuvchi xotira o’lchami, shuningdek bir qator qo’shimcha
imkoniyatlari bilan harakterlanadi, odatda bunday mikrokontrollerlar dastur
va ma’lumotlar xotira o’lchamini kengaytirishga imkon beradi. Bundan
tashqari xotiraga mikrosxema ulanishi yo’li bilan bir necha megabaytgacha
kengaytirish mumkin, ko’pchilik – xolatlarda ularning eng kichik 8 –
razryadli modellari bilan mos keluvchi dasturi ishlab chiqiladi. Bunday
mikrokontrollerlarning asosiy qo’llanilish sohasi – murakkab ishlab
chiqarish avtomatikasi, telekommunkatsiya apparatlari, meditsina va
o’lchamli texnikalarida.
32–razryadli mikrokontrollerlar umumiy belgilanishdagi mikroprotsessorlarning kichik modullari imkoniyatlari bilan mos keluvchi yuqori
ishlab chiqarish kuchiga ega protsessordan tuzilgan.
Bir qator holatlarda bu mikrokontrollerlar foydalaniladigan protsessor
SISS - yoki RISS- protsessorlariga o’xshash, ular oldin umumiy belgidagi
mikroprotsessorlar sifatida ishlab chiqilgan yoki ishlab chiqilmoqda. Masalan
32-razryadli mikrokontrollerlar Intel kompaniyasi i386 protsessorlaridan
foydalandi, Motorola kompaniyasi mikrokontrol-lerlardan 68020 protsessorlari
keng qo’llaniladi, bir qator boshqa mikrokontrollerlarda protsessor yadrosi
sifatida PowerPS tipidagi RISS protsessorlari xizmat qiladi. Protsessorlar
bazasidan foydalanib shaxsiy kompyuterlarning har xil modullari ishlab
chiqarilgan.
Mikrokontrollerlar 16 megabayt va undan yuqori xajmli bo’lgan tashqi
xotira bilan ishlaydi. Ular ishlab chiqarish avtomatikasi (dvigatellar,
robototexnik qurilma, ishlab chiqarishni kompleks avtomatlashtirish),
o’lchov- kontrol apparaturalari va telekommunikatsiya jixozlarida keng
qo’llanilmokda.
Bu mikrokontrollerlarning ichki strukturasida Prinston yoki Garvard
arxitekturasidan foydalaniladi. Ularning tarkibiga kiruvchi protses-sorlar SISS
yoki RISS - arxitekturasiga ega, ulardan bir nechasi bir necha bajaruvchi
konveyrlardan iborat bo’lib, superskalyar strukturasini ifodalaydigan
arxitekturadan iborat bo’ladi. Raqamli signal protsessorlari maxsuslashtirilgan
mikroprotsessorlar sinfini namoyon etadi, ular tushuvchi analog signallarni
raqamli qayta ishlashga yo’naltirilgan.
Analog signallarni qayta ishlash algoritmlarining maxsus xususiyati
komandalar qatorini ketma-ket bajarish zaruriyatidir. Raqamli tizimlarni
loyixalashtirishda mikrokontrollerni to’g’ri tanlashni amalga oshirish
zarurdir.
Mikrokontroller biz xoxlaganlarni bajarishga majburlash uchun ularga
dastur yozish kerak. Buni har xil dasturlash tillarida bajarish mumkin.
Ko’pchilik xollarda S va assembler tillaridan foydalaniladi. Lekin natijada
albatta .hex kengaytmali chiqish faylini olishimiz va uni mikrokontrollerga
yozamiz.
Mikrokontroller haqidagi barcha ma’lumotlar (elektr para-metrlari),
gabaritlari, dasturlash afzallik va xususiyatlari ) maxsus xujjatlarda - datashit
(Data Sheet) larda joylashadi, ular mikrosxema-larni ishlatish uchun o’z
shaklidagi ko’llanma hisoblanadi. Shuningdek uni boshqa elektron priborlar
uchun ham foydalanish mumkin. Data Sheet larni ishlab chiqaruvchi yoki
maxsus saytlardan tekin holda ko’chirib olish mumkin.
Yana bir kerakli jixoz – bular appnoutlar ( Application Note). Bu
xujjatlarni mikrokontroller ishlab chiqaruvchilari yaratishadi. Unda
mikrokontrollerlarni amaliy qo’llanishi yoziladi, qurilma sxemasi keltiriladi,
uning ishlash printsipi yoziladi.
Dasturni mikrosxemaga tikishdan oldin uning ishini kompyuterda
modellashtirish mumkin. Buning uchun har xil emulyator va simulyatorlar
mavjud. Bu dasturlarda injenerlar qurilma sxemasini chizadi, fayllarga yo’l
ko’rsatadi va qurilma real ishlash vaqtini ko’rsatadi. Agar nimadir sodir
bo’lsa, dastur kodini korrektirovka qiladi. Bunday virtual modellashtirish
dastur yozish jarayonini sezilarli tezlashtiradi va engillashtiradi. Ba’zi bir
kompilyatorlarda ( ,,Debaggerlar”) taxlov-chilar mavjud bo’ladi.
Taxlovchilarni simulyator va emulyatorga ajratish mumkin.
Simulyator - boshqa dastur yoki uning ayrim qismlari ishini modellashtiruvchi dasturiy vositalar to’plami.
Emulyatorlar - boshqa dastur yoki uning ayrim qisimlari ishini
qo’llashga imkon beruvchi dasturiy va apparat vositalari to’plami.
Yuklanishni yadro aro taqsimlanishini protsessorni ulushli yuklanishini optimallaydi. Ma’lumotlarni tez oqimiga ishlov berishni tashkil qilish uchun maxsus protsessordan foydalaniladi. Ko’p yadroli oqimli protsessor bir jinsli bo‘lmagan trafikni tezligi buyicha demultipleksorlaydi va liniyani tegishli o‘tkazish xususiyati maydon strukturali (fine-grain) paket va oqimlarga ajratadi. Tarmoq paketini qay darajali funksiyalari struktura oqimni ishlov berilishi paketlarni chuqur taxlili (DPI) xavfsizligini ta’minlash real vaqt spets protsessorlariga berilishi mumkin. Maxsus ishlov berilganidan keyin trafik yadrolar oraligiga bo‘linadi shu bilan ularni bajarish tezligi ortadi va tuzilishi umumiy effektivligi ortadi. Yana bir funksiya tarmoq va protsessor domenlarini tez ishlaydigan interfeys yordamida vertuallash mumkinligida bo‘lib hisoblanadi. Bu uchun virtual IOV interfeysdan PCI Yexrress 2.0 dan foydalaniladi va u keyinchalik Intel VTO texnologiyani qo‘llashi mumkin.
Tarmoq protsessorlari zamonaviy telekommunikatsiyani aloxida yo‘nalishi bo‘lib, tarmoqlar paketi bilan amalda bir vaqtda keng qo‘llanilishiga erishildi. Shunda paketlarga ishlov beruvchi yuqori maxsuldorlikka ega uskunalar zaruriyati sababli yuzaga keldi.
Bular oddiy kommutatsiya mashrutlashtirishda turli tuman yoki tarmoq xavfsizligini ta’minladi. Oldiniga shu kabi funksiyalarni oddiy ilovalarini universal kompyuter bajarib turardi va ular qo‘shimcha kommunikatsion adapterlar va maxsus dasturiy taminotga ega edi. Sal murakkabroq holatlarda ularni maxsuldorligi va o‘tkazish xususiyati yetarli bo‘lmay qoldi. Buni qandaydir darajada kommunikatsion protsessorlar va mikrokontrollerlar yordamida bajarib kelindi. Ammo bir qancha tarmoq ilovalarida paketlarga kompleks ishlov berishni yuqori tezligi talab qilingani sababli maxsuslashgan tarmoq protsessorlariga zarurat tug‘ildi. Sisco Systems yoki Alcatel nomli yetakchi telekommunikatsiya kompaniyalari original garmonik protsessorlarini yaratishda harakatlarini ayamadilar.
Cisco o‘zini marshrutlaydigan CRS-1 tizimi uchun SPP kremniy protsessorlari paketini yaratdi. Uning bitta krisstaliga ASIC ishlaydigan 188 ta parallel ishlaydigan protsessorlarni, Alcatel esa NPA markali tarmoq protsessorlarini matritsasini original arxitekturasini yaratdi. Yetakchi firmalar o‘z nou- xaularini qattiq qo‘riqlaydilar. Shu sababli SPP va ASIC li NPA arxitekturalar xaqida ma’lumotlar xech qayerda internetlarda ham yo‘q. Shu sababli ush bu ma’ruzada xozirgi zamon xamma uchun yetish mumkin bo‘lgan tarmoq protsessorlari xaqida so‘z yuritamiz. Tegishli ravishda eskirgan tarmoq protsessorlari (TP) e’tiborsiz qolmaydi. Biz zamonaviy MB li kommunikatsion portlarga ega bo‘lgan asboblarni xam shuningdek Frecscalt kompaniyasini Romer QUICC II Pro PowerQUICC III kommunikatsion mikrokontrollerlar oilasini va boshqalarni ko‘rib chiqamiz.