Устройство микропрограммного управления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз .СоветскикСоцналистическик(61)Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 280881 (21) 3354595/18-24 1 И) М.Кл.з с присоединением заявки Моа 06 Г 9/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторизобретения Б.Г. Сергеев Институт электронных управляющих машин(54) УСТРОЙСТВО МИКРОПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к вычисли- тельной технике, в частности, к средствам автоматического койтроля цифровых объектов. Оно может быть использовано в программируемых генераторах тестов и в различных устройствах высокочастотной функциональной проверки узлов и блоков ЭВИ и других средств цифровой техники при их производстве и техническом . обслуживании,Известно устройство, в котором каждая ячейка буферного ЗУ служит для хранения не только соответствующего тестового набора, но и микро- команды, с помощью которой программируется работа устройства в текущем такте проверки и может задаваться адрес следующего набора, число циклов его.повторения и т.п. Таким образом, устройство управления распо лагает блоком памяти микропрограммы, имеющим общие цепи адресации с буферным ЗУ тестов. Помимо этого блока в устройство управления входит блок выборки, связанный с буферным ЭУ и блоком памяти микропрограмм, регистр и дешифратор команды, выходы которого связаны с входами всех блоков устройства, и счетчик циклов, который связан с блоком выборки 1.Недостаток этого устройства сос-тоит в том, что в нем не предусмотрена возможность управления микропрограммой со стороны объекта контроля. Многие сложные объекты, содер:жащие микропроцессоры и другие типы БИС, имеют встроенные автогенераторы синхронизации и допускают лишь асинхронный обмен данными с генера" тором тестовых последовательностей. При таком способе обмена подача /очередного тестового набора на объект или считывание его выходных данных возможно только после получения от объекта соответствующих сигналов об окончании предыдущей операции или запросов на обмен данными, Поскольку момент готовности объекта к обмену, а также направление обмена (прием или выдача данных) могут быть заранее не известны, генератор тестовых последовательностей должен иметь возможность переходить в.режим ожидания.Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит блок памяти микропрограмм, связанный с ним блок выборки, регистрмационному входу устройства, первый ЗЗ выход блока синхронизации соединенс информационными входами блокаприоритета и мультиплексора, выходблока приоритета соединен с вторыминформационным входом блока выборки 40 микрокоманд, второй выход блокасинхронизации подключен к информационному входу блока контроля, выходкоторого соединен с первым установочным входом регистра состояний,второй установочный вход которогоподключен к второму управляющемувходу устройства, выход переполнениясчетчика циклов соединен с четвертымуправляющим входом блока выборкимикрокоманд, второй стробирующий х вход которого соединен с вторым управляющим входам устройства, выходрегистра микрокоманд соединен с информационным входом регистра управления, управляющий вход которогоподключен к выходу дешифратора микрокоманд, а выход - к второму инФормационному выходу устройства.Блок синхронизации запросов содержит группу триггеров, группу 60 элементов И-НБ, группу элементов ИЛИпричем выход элемента И-НЕ группы,подключен к второму входу блока и кединичному входу триггера. группы,к нулевому входу которого подключен 65 второй выход блока и выход элемента и дешифратор команды, тактовый генератор, выход которого подключен к входам дешифратора и блока выборки, .вязанные с блоком выборки регистр состояния и счетчик циклов, мультиплексор, один из входов которого вместе с входом счетчика циклов соединен с выходом дешифратора, блок приоритета, выходы которого связаны с выходами мультиплексора и регистра состояний, а входы, че-. рез буферные схемы - с выходами проверяемого объекта. Входы и выходы блока памяти и регистра состояний связаны с шиной данных устройства, другие входы регистра состояний, выходы дешифратора и блока выборки - с шиной управления устройства.Преимуществом известного устройства является возможность управления микропрограммой, а следовательно, и процессом контроля со стороны проверяемого объекта, что обеспечивает изменение последовательности действий устройства с помощью условных переходов и обращений к подпрограммам в зависимости от состояний управляющих выходов объекта, воздействующих на блок выборки через блок приоритета и мультиплексор.Недостаток известного устройства состоит в том, что для реализации такого управления со стороны объекта в микропрограмме должны присутствовать дополнительные команды опроса управляющих выходов объекта, а также управления мультиплексором для выбора условий перехода, которые. чередуются с командами подачи тестовых наборов на объект и проверки его реакции и, следовательно, снижают рабочую частоту генератора тестовых последовательностей. Данный недостаток еще больше усиливается, если генератор предназначается для проверки объектов методом сравнения с эталонным объектом, Поскольку в . этом случае проверяемый и эталонный объекты работают асинхронно по отношению друг к другу, то возникает необходимость ожидания и фиксации моментов совпадения определенных управляющих сигналов на выходах обои .объектов, в результате чего число дополнительных микропрограмм возрастает и частота проверки снижаетсяеще в 1,5-2 раза.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства уп" равления.Поставленная цель достигается тем, что в устройство микропрограммного управления, содержащее блок памяти микрокоманд, блок выборки микрокоманд, регистр микрокоманд, дешиФратор ьикрокоманд, тактовый генератор, регистр состояния, счетчик циклов, блок приоритета и мультиплексор, причем управляющий вход блока памяти микрокоманд соединен свыходом блока выборки микрокоманд,информационный вход - с первым ин"Формационным входом устройства, а 5 выход - с первым информационным выходом устройства и входом регистрамикрокоманд, выход которого соединенс информационными входами дешифратора микрокоманд и счетчика циклов, 10 с первым информационным входом блокавыборки микрокоманд и с управляющимвходом мультиплексора, выход которого подключен к первому управляющемувходу выборки микрокоманд, выходтактового генератора подключен кпервому стробирующему входу блокавыборки микрокоманд и к стробирующему входу дешифратора микрокоманд, авход - к первому выходу регистрасостояния, второй выход которогосоединен с вторым управляющим входомблока выборки микрокоманд, выход дешифратора микрокоманд соединен суправляющим входом блока приоритета,с третьим управляющим входом блокавыборки микрокоманд, со счетным входом счетчика циклов и с управляющимвыходом устройства, введены блок синхронизации запросов, блок контролязапросов и регистр управления, причем управляющий вход блока синхронизации запросов подключен к первомууправляющему входу устройства, ииформационный вход - к второму инфорИЛИ группы, перэый вход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ группы с информационным входом блока, второй вход - с вторым входом элемента И-НЕ группы с управляющйу входом блока, прямой и инверсный выходы триггера группы подключены к первому выходу блока.Блок контроля запросов содержит счетчик, старший разряд которого подключен к выходу блока, выход 30 старт-стопного генератора импульсов соединен с входом синхронизации счетчика, вход сбрЬса которого соединен с входом старт"стопного генератора импульсов и с выходом эле мента И-НЕ, входы которого соединены с выходами элементов И-НЕ группы соответственно, входы которых соединены с информационным входом блока.. На фиг.1 представлена структурная 2 Осхема устройства микропрограммногоуправления) на фиг.2 представленапринципиальная схема: а - блокаконтроля запросов, б - блока синхронизации запросов; на фиг.3 - функциональная схема блока выборки; на фиг.4 - вариант схемы блока приоритета на четыре запроса; на фиг.5схема генератора.Устройство содержит блок памяти1 микрокоманд, блок 2. выборки микрокоманд, регистр 3 микрокоманд, дешифратор 4 микрокоманд, тактовыйгенератор 5, регистр 6 состояния,счетчик 7 циклов, регистр 8 управления, информационный выход 9 устройства, управляющий выход 10 устрой ства, управляющий вход 11 устройства, информационный вход 12 устройства, блок 13 синхронизации запросов, блок 14 контроля запросов,мультиплексор 15, блок 16 приоритета, управляющую шину 17 устройства, информационный вход 18 устройства.Блок 13 синхронизации запросоц(Фиг. 2 б),содержит группу триггеров 45 9, группу элементов И-НЕ 20, группу элементов ИЛИ 21Блок 14 контроля(Фиг.2 а) содержит группу элементов И-НЕ 22, элемент И-НЕ 23, стартстопный генератор 24 импульсов, счетчик 25. Блок 2 выборки (фиг.З) содержит счетчик 26 адресов, предназначенный для адресации блока 1 памяти микропрограмм, формирователи 27. .сигналов чтения-записи для блока 1 и узел 28 определения следующего адреса команды. В состав схемы 28 входит дешиФратор 29 условий перехода и Формирователи 30 сигналов управления счетчиком 26.Блок 16 (фиг,4) содержит регистр 60 31 запросов, узел 32 приоритета и дешифратор 33 адреса. Регистр 31 образован триггерами 34 и элементами ИЛИ 35. В состав схемы приоритета 32 входят триггеры 36 и элементы 65 И-НЕ 37. Шифратор 33 содержит элементы И-НЕ 38 и элемент ИЛИ 39. Генератор 24 (фиг.5) содержит элементы ИЛИ-НЕ 40 и элемент 41 задержки.Предлагаемое устройство микропрограммного управления работает следующим образом.От входящейв состав генератора тестовых последовательностей ЭВМ или .просто от устройства ввода в блок 1 памяти через вход 18 загружается микропрограмма, определяющая все действия генератора, непосредственно связанные с проверкой конкретного объекта. В простейшем случае в каждом такте проверки исполь",уется одна и та же циклически повторяемая микропрограмма, которая выполняет функции подготовки (генерирование илн выборка нз буферного ЗУ) тестового набора для текущего такта проверки, переключения (если необходимо) каналов генератора, связанных с двунаправленными выводами проверяемого и эталонного объектов, на прием или передачу данных, подачи тестового набора на входы обоих объектов, сравнения в текущем такте реакции обоих объектов.Эти функции выполняются специальными блоками генера.-ора тестовых последовательностей (блок хранения и генерирования тестов, блок сравнения). Устройство микропрограммного управления задает лишь соответствующие операции в указанных блоках с помощью сигналов, передаваемых по шине 17.Если проверяемый объект.синхронный, то дополнительной Функцией микропрограммы является задание на управляющие входы проверяемого н эталонного объектов синхросигналов в соответствии с заданной временной диаграммой, если объект асинхронный, то - реализация алгоритма асинхронного обмена данными с объектами . согласно требованиям их интерфейса. Эти дополнительные Функции выполняются непосредственно устройством .управления по соответствующим командам, выбираемым нз блока 1 памяти.Выборка команд микропрограммы в каждом такте проверки объекта организуется следующим образом,Под действием синхроимпульсов, поступающих от тактового генератора 5, блок 2 выборки задает адрес команды и управляющие сигналы блоку 1. Блок 1 произвОдит чтение команды и передает ее в регистр 3. Дешифратор 4 расшиФровывает разряды кода операции команды и по синхроимпульсам генератора 5 выдает во все блоки устройства и на шину 17 управляющие сигналы.По этим сигналам блок 2 выборки обеспечивает подготовку адреса следующей команды, а регистр 6 состояния фиксирует особые ситуации при выполнении текущей команды (например, неравенство реакции проверяемо 5 го и эталонного объектов), требующие изменения или прерывания процесса проверки.В командах организации циклов используется также счетчик 7. При выборке любой такой команды содержимое счетчика уменьшается на единицу. При переходе счетчика в нулевое состояние в блок 2 выборки выдается сигнал, который изменяет логику под готовки следующего адреса в этом блоке. Запись числа циклов в счетчик 7 производится путем передачи в него соответствующего поля команды из регистра 3. Аналогичным образом за дается адрес условного или безуслов" ного перехода блоку 2 выборки..Подача синхронизирующих и других сигналов на выходы 9 осуществляется с помощью регистра 8 управления. 25 Это делается соответствующей последовательностью команд, каждая из которых содержит специальное поле данных, передаваемых в регистр 8.При организации асинхронного 30 обмена данными с проверяемым и эталонным блоком устройство работает следующим образом.Сигналы окончания операций и запросы на обмен данными поступают З 5 с выходов 11 и 12 в блок 13 синхронизации запросов. Сигналы с любой пары одноименных выходов объектов подаются на соответствующий канал блока 13 и через элементы И-ЧЕ 20 и ИЛИ 21 воздействуют на триггер 19. Состояние этого триггера изменяется только если оба сигнала перешли в новое и притом одинаковое состояние. Таким образом, изменение состояния триггера 19 свидетельствует о том, 45 что сигнализируемое соответствующими управляющими выходами объектов событие (например, окончание предыдущей операции) произошло и в проверяемом и в эталонном объекте. 50Любое изменение состояния триггера 19 в любом из каналов блока 13 фиксируется блоком 16 как очередной запрос со стороны проверяемого и эталонного объектов. Блок 16 выби рает запрос с наивысшим приоритетом. и формирует соответствующий ему адрес блока 1 памяти, с которого начинается часть микропрограммы, обслуживающая этот запрос. В нужных 60 точках микропрограммы (эти точки отмечаются соответствующим признаком в командах) производится опрос блока 16. Если в этот блок не поступило запросов от блока 13, то выполнение микропрограммы приостанавливается путем прерывания работы тактового генератора 5 и устройство переходит в режим ожидания запроса. Если имеется какой-нибудь из запросов, то подготовленный блоком 16 адрес передается в блок 2 выборки, вызывая тем самым переход к новой последовательности команд. Одновременно производится сброс обработанного запроса в регистре блока 16, что позволяет этому блоку сформировать адрес для следующего из имеющихся запросов более низкого приоритета.Если, например, обработанный блоком 16 запрос, является запросом на прием данных в проверяемый и эталонный объекты, то выполняемая далее последовательность команд пе-. редает на информационные входы обоихобъектов очередной тестовый набори, затем, на соответствующие их управляющие входы (через регистр 8 управления) - сигнал ответа о передаче данных.Если запрос требует приема данных от объектов, то делается сравнение состояния информационных входов проверяемого и эталонного объектов и вырабатывается ответ о приеме данных.Если при обработке того или иного запроса необходим анализ состояния остальных управляющих выходов проверяемого и эталонного объекта, то с помощью соответствующих команд микропрограммы производится опрос триггеров 19 блока 13 синхронизации запросов, Состояние опрашиваемого триггера передается мультиплексором 15 в блок 2 выборки и используется в качестве условия при определении адреса следующей команды.1Блой 13 синхронизации запросов вырабатывает запрос в блок 16 приоритета только при совпадении значенийсигналов на одноименных управляющихвыходах проверяемого и эталонногообъектов. Однако из-за неисправностипроверяемого объекта, такое совпадение вообще может не произойти либо оно возникает с слишком большой задержкой. Обе эти ситуации фиксируютсяблоком 14 контроля запросов, которыйобнаруживает любое несовпадение значений любой пары одноименных управляющих выходов проверяемого и эталонного объекта и, если оно существует дольше заданного промежутка времени, вырабатывает сигнал в регистр 6 состояния, свидетельствующий о неисправности проверяемого объекта.Несовпадение значений управляющих выходов фиксируется элементами И-НЕ И-НЕ 22 блока 14При любом несовпадении на выходе элемента И-НЕ 23формула изобретения возникает сигнал 1 ф, который включает генератор 24 импульсов. Импульсы генератора 24 подсчитываются . счетчиком 25. Если несовпадение длится достаточно долго, то происходит переполнение счетчика н сигнал йереполнения воздействует на регистр 6 состояния. В противоположном случае до переполнения счетчик сбрасывается в нуль сигналом 0 на выходе элемента И-НЕ 23 и генератор 24 останавливается.Главным технико-экономическим преимуществом предлагаемого устройства, по сравнению с известным является более высокое быстродействие. 15В наиболее простом случае, когда у объекта для организации асинхронного обмена имеются только два управляющих выхода (запросы на прием и выдачу данных) и два входа (отве ты о приеме и выдаче), в предлагаемом устройстве для одной передачи данных между генератором тестовых последовательностей к эталонным и проверяемым объектам требуется две команды в 25 микропрограмме. Одна из них обеспечивает подачу тестового набора на входы обоих объектов или прием и сравнение их реакций, а другая - выдачу ответа в объекты о выполнении обмена, В известном устройстве в том же случае необходимо четыре команды, так как кроме укаэанных двух 1 команд требуется еще две: одна - условный переход по состоянию управляющего выхода проверяемого объекта, другая - условный переход по состоянию управляющего выхода эталонного объекта.При выполнении предлагаемого устройства на элементах ТТЛ Шотки, нап ример, серий К 531, К 589 со средней задержкой 3 нс на вентиль, время подготовки адреса команды блоком 2, считая с момента появления запросов на выходах 11, 12 объектов, состав ляет около 60 нс, Применение в блоке ЭСЛ ЗУ позволяет получить минимальную длительность цикла одной команды 10 Снс. Тогда продолжительность операции обмена данными с объ ектом у предлагаемого устройства равна 2 Р 100 нс+60 нс =260 нс, а у известного устройства (при той же элементной базе) - 4 Х 100 нс = 400 нс,Таким образом, предлагаемое уст ройство обеспечивает в 1,54 раза ,большую скорость обмена, а следовательно, и во столько же раз большую частоту проверки. 1. Устройство микропрограммногоуправления, содержащее блок памятимикРОХОманд, блОХ ВыбОРки микРОкО манд, регистр микрокоманд, дешифратор микрокоманд, тактовый генератор,регистр состояния, счетчик циклов,блок приоритета и мультиплексор,причем управляющий вход блока памятимнкрокоманд соединен с выходом, блокавыборки микрокоманд, информационныйвход - с первым информационным входом устройства, а выход - с первыминформационным выходом устройстваи входом регистра микрокоманд, выход которого соединен с информационными входами дешифратора микрокомандн счетчика циклов, с первым информационным входом блока выборки микрокоманд и с управляющим входом мультиплексора, выход которого подключенк первому управляющему входу блокавыборки микрокоманд, выход тактового генератора подключен к первомустробирующему входу блока выборкимикрокоманд и к стробнрующему входудешифратора микрокоманд, а вход - кпервому выходу регистра состояния,второй выход которого соединен свторым управляющим входом блока выборки микрокоманд, выход дешифратора;микрокоманд соединен с управляющим входом блока приоритета, с третьим управляющим входом блока выборки микрокоманд, со счетным входом счетчика циклов и с управляющим выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок синхронизации запросов, блок контролязапросов и регистр управления, причем управляющий вход блока синхронИзации запросов подключен к первомууправляющему входу устройства, информационный вход - к второму инФормационному входу устройства, первый выход блока синхронизации соеди 1нен с информационными входами блока приоритета и мультиплексора, выходблока приоритета соединен с вторыминформационным входом блока выборкимикрокоманд, второй выход блока синхронизации подключен к информационномувходу блока контроля, выход которогосоединен с первым установочным входом регистра состояния, второй установочный вход которого подключен квторомууправляющему входу устройства, выход переполнения счетчикациклов соединен с четвертым управляющим входом блока выборки микрокоманд,второй стробирующий вход которогосоединен с вторым управляющим входомустройства, выход регистра микрокоманд соединен с информационным входом регистра управления, управляющийвход которого подключен к выходу дешифратора микрокоманд, а выход - квторому инФормационному выходу устройства.2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтоблок синхронизации запросов содержит группу триг еров, группу элементов И-НЕ, группу элементов ИЛИ, причем выход элемента И-НЕ группы подключен к второму выходу блока и к единичному входу триггера группы, к нулевому входу которого подключен второй выход блока и выход элемента ИЛИ группы, первый вход которого соединен с первым входом элемента И"НЕ группы и с информационным входом блока, второй вход - с вторым входом элемента И-НЕ группы и с управляющим входом блока, прямой и инверсный выходы 15 триггера группы подключены к первому выходу блока.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок конт 20 роля запросов содержит счетчик, стар . ший разряд которого подключен к вы- . ходу блока, выход старт"стопного генератора импульсов соединен с входом синхронизации счетчика, вход сброса которого соединен с входом старт-стопного генератора импульсов и с выходом элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами элементов И-НЕ группы соответственно, входы которых соединены с информационным входом блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 642708, кл. 6 06 Р 11/00, .1976.2. Патент ФРГ.Ю 2914128,кл. 6 01 1 31/28, опублик. 1978/ Р ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб;,. д