Модульное устройство для программного управления и контроля

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБ ЛИК 647 А С 05 В 19/18 ПИ АН ИЭОБ ТЕНИ ТЕЛЬСТ лконтроллерн группами вз томат ожет Цель изо ласти приме обеспечения троля состо модулей в з лени мноовычикже ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВ 1(56) Авторское свидетельство СССРУ 1325477, кл. С 06 Г 9/22, 1987.Авторское свидетельство СССР9 1280574, кл, С 05 В 19/18, 1986,(54) МОДУЛЪНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано при построенииустройств программного управления иконтроля, а также в микроконтроллерных системах для АСУ ТП, Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обеспечениявыполнения функций контроля состояниявзаимодействующих модулей в заданные основным алгоритмом моменты времени и соответствующего переключениярежима работы в случае отклонениязначения контролируемых параметровот программных, Поставленная цель Изобретение относится к аке и вычислительной технике быть использовано при постр устройств программного упра контроля в специализированных функциональных управляющих слительных системах, а та.достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок памяти,счетчик адреса, регистр микроопера-ций, мультиплексоры адреса и логических условий, первый и второй регистры логических условий, первый коммутатор, первый дешифратор, шифратор,генератор тактовых импульсов, триггеры пуска и управления, первый ивторой элементы ИЛИ, первый и второйэлементы И, дополнительно введены демультиплексор, регистр номера, второй коммутаТор, второй дешифратор,блок элементов ИЛИ и группа элементов ИЛИ, Введение новых элементовобеспечивает запрос одним из управляющих модулей значений логическихусловий из любого другого модуля,модификацию адреса перехода, указанного в микрокоманде запрашивающегомодуля и передачу управления по этому адресу, выполнение указанных микроопераций параллельно с основнымимикрооперациями алгоритма за счетуправления содержимь 1 м полем микрокоманды с использованием введеннойметки - признака режима работы модуля и самого содержимого полей микрокоманды, 4 ил 2 табл. к системах для АСУ ТП и аимодействующих объектов, бретения - расширение обнения устройства за счет выполнения функций коняния взаимодействующих аданные основным алгоритмом моменты времени и соответствующего переключения режима работы системы модулей в случае отклонениязначения контролируемых параметровот программных.Введение дополнительных аппаратно- программных средств обеспечиваетзапрос одним из управляющих модулейзначений логических условий из любого другого модуля системы; модификацию адреса перехода, .указанного вмикрокоманде запрашивающего модуля,и передачу управления по этому адресу выполнение указанных микроопераций параллельно с основными микрооперациями алгоритма за счет управления содержимым полей микрокомандыс использованием введенной метки -признака режима работы модуля и самого содержимого полей микрокоманды.На фиг. 1 представлена функциональная схема модульного устройства для программного управления и контроля; на фиг. 2 - обобщенный алгоритм управления, реализуемый устройством, и форматы соответствующих ему микрокоманд: а . - естественная передача управления по счетчику, формат МК Ф 1; б - безусловная передача управления по адресу Абп, указанномув поле микрокоманды, формат МК Ф 2;в - условная передача управления поадресу Аст, указанному в поле микрокоманды и модифицируемому в соответствии со значением логического условия, номер которого указан в микрокоманде, формат МК ФЗ; г - передача управления в другой модуль по адресу Апу с зацикливанием передающего модуля до получения адреса продолжения микропрограммы и сигнала разрешения выхода из цикла, или формат МК передачи управления Ф 4, зацикливания Ф 5; на фиг, 3 - фрагмент систе,мы, включающей четыре модуля; на фиг. 4 - временная диаграмма работы устройства в режиме запроса значений логических условий из другого модуля и передачи управления в соответствии со значением контролируемого логического условия.Устройство (фиг, 1) содержит блок 1 памяти с выходами микроопераций 14 адреса следующей МК или фиксированного кода запроса логических условий 1, номеров логических условий или номеров модулей 15, метки 1,счетчик 2 адреса, регистр 3 микро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 операций мультиплексор 4 адреса,мультиплексор 5 логических условий,демультиплексор 6, первый 7 и второй8 регистры логических условий, регистр 9 номера, первый 10 и второй11 коюутаторы, первый 12 и второй .13дешнфраторы, шифратор 14, блок 15элементов ИЛИ, генератор 16 тактовыхимпульсов, триггер 17 пуска, группу18-18элементов ИЛИ, первый 19 ивторой 20 элементы ИЛИ, первый 21 ивторой 22 элементы И, триггер 23 управления, входы 24 кода операции,вход 25 "Пуск", группы информационных входов 264 -26., группы информационных выходов 27 -27., группу выходов 28 кода микрооперации, содержащий разряд 28 конца команды (КК)и разряд 28 конца работы (КР), груп"пу входов 29 кода логических условий(ЛУ),Блок памяти микрокоманд предназначен для хранения микрокоманд форматов Ф 1-Ф 6, имеющих поля 11, 1, 1,14., содержимое которых управляетрежимами работы устройства (фиг,2,а,б,в,е,д). Форматы Ф 1-ФЗ (фиг, 2 а,б,в) используются для естественной,безусловной и условной адресации со- .ответственно внутри оцного модуля.Формат Ф 4 (фиг, 2 е) обеспечивает передачу управления в другой модульбез останова передающего, переходна ьякрокоманду формата Ф 5, хрйнящуюся по нулевому адресу в блоке 1 памяти, зацикливает передающий модульдо момента поступления в него адресапередачи управления от другого модуля, При этом необходимо учитывать .программные ограничения при программировании модуля для работы его впараллельном режиме, т,е. в тех случаях, когда после передачи управления передающий модуль продолжаетвыполнять свою программу одновременно с модулем (ями), получившим (ми)от него управление, Такое ограничение должно соответствовать исходномуалгоритму, представленному в ярусно-параллельной форме и реализуемомуна многопроцессорной системе,Формат Ф 6 (фиг, 2 д) осуществляетзапрос значений ЛУ иэ любого модулясистемы, прием их в запрашивающиймодуль и адресацию в соответствии созначением одного из принятых ЛУ,Счетчик 2 адреса предназначен дляхранения кода адреса очередной микро1647519 команды, который поступает на егоинформационный вход с выхода мультиплексора 4 адреса, Запись кода всчетчик 2 адреса осуществляется позаднему фронту тактового импульса с,поступающего на его вход синхронизации с первого выхода генератора 16,Регистр. 3 микроопераций предназначен для хранения управляющих кодов,поступающих на его вход с выхода 1блока 1 памяти, Запись кода в регист3 микроопераций осуществляется ползаднему фронту тактового импульсапоступающего на его вход синхронизации с второго выхода генератора 16,Мультиплексор 4 адреса предназначендля выбора направления приема кодаадреса следующей микрокоманды,Состояния входов управления и информационных входов мультиплексора 4адреса показаны в табл,Мультиплексор 5 логических условий предназначен для модификации адреса следукнцей микрокоманды с учетом значения условия, поступающего из блока 1 памяти. При этом состояние управляющего входа мультиплексора 5 обеспечивает его работу в двух режимах (табл. 2). Таблица 1 нформационные входы Управлвходы Открыт Закрыт Закрыт Закрыт Закрыт Открыт Закрыт Открыт Закрыт Таблиц ходы мультиплексора 5 Мультиплексор 4 адреса Закрыт Открыт Откры Открыт Закрыт Закры Иэ табл. 2 следует, что при значении метки я 1=1 устанавливается единичный сигнал на управляющем вхо" 5 де мультиплексора 5, В этом режиме открыт первый вход Ра мультиплексора 5, а младший разряд кода адреса, не изменяя своего значения, поступает на первый информационный вход первого коммутатора 10, Этим обеспе-чивается передача управления в другой р модуль по адресу Ап без модификации младшего разряда, Пр% значении метки 1 1= ф нулевой сигнал на управляющем входе мультиплексора 5 закрывает вход П и открывает второй Р,1 и третий Р 1 входы мультиплексора,5, В этом случае младший разряд адреса перехода принимает значение в соответствии со зна.чением проверяемого ЛУ,Демультиплексор 6 предназначен для передачи кодов адресов передачи уп. равления фиксированного кода запроса логических условий нли значений 25 логических условий из данного модуля в модуль, номер которого указан в микрокоманде, и поступает на адресный вход демультиплексора 6, Во всех этих случаях демультиплексор 6 нахо О дится в открытом состоянии за счет единичного сигнала на его управляющем входе, который формируется за счет метки + 1=1 при передаче управления или запроса логических условий, а при перед-че значений логических условий в запросивший модуль - за счет единичного состояния триггера 23 управления.Первый регистр 7 логических усло", 4 О вий принимает значения логических условий из эапрошенного модуля с выхода блока 15 элементов ИЛИ.Запись в регистр 7 логических условий осуществляется по заднему фронту сигна ла с, поступающего с третьего выход да генератора 16 на вход синхронизации. Разрешение записи дает единичный сигнал на управляющем входе регистра 7, поступающий с выхода пер вого дешифратора 12.Второй 8 регистр логических условий принимает значения логических условий, формируемые в блоке 1 памяти для данного модуля, и записывает их по заднему фронту сигнала с, анаЛ логично первому регистру 7 логичес ких условий,Регистр 9 номера предназначен длязаписи по. заднему Фронту тактовогоимпульса 9, кода номера модуля, запросившего значения логических условий с тем, чтобы эти значенияпередатьв соответствующий модуль,Первый коммутатор 10 предназначендля передачи адреса управления илификсированного кода - признака запроса логических условйй, или значений логических условий, Управление 10выбором канала и коммутаторе 10 осуществляется сигналом .с выхода триг гера 23 управления,Второй коммутатор 11 предназначендля передачи кода, номера модуля, поступающего из одного из двух направлений: из пола 1 номера модуля выхода блока 1 памяти микрокоманд илииз регистра 9 номера, Код номерамодуля поступает с выхода второгокоммутатора 11 на адресный вход демультиплексора 6,Первый дешифратор 12 предназначендля Формирования единичного сигналав случае поступления на его информационный вход Фиксированного кода признака запроса логических условийс выхода 1 блока 1 памяти. При этомзначение сигнала на управляющем входе первого дешифратора 12 равно логической единице за счет метки + 1=1.Второй дешифратор 13 предназначендля Формирования единичного сигналав случае поступления на его вход фиксированного кода - признака запросалогических условий при значении сигнала на его управляющем входе, равном логическому нулюШифратор 14 Формирует код номерамодуля, запросившего логические условия в соответствии с номером входа шифратора 14, получившего единичный сигнал. Модульное устройство для программного управления и контроля работает в следующих режимах: выполнение . сабственных микропрограмм с контролем собственных логических условий. Приэтом возможны три вида .адресации: естественная передача, безусловный переход, условный переход; передача управления другим модулям системы, При этом возможна передача управления с продолжением собственной микро 55 программы (в момент передачи адрес следующей МК Формируется по счетчику) или с зацикливанием передающего модуля до получения управления от другого модуля; прием управления в начальный момент по коду операции,получаемому через второй вход мультиплексора 4 адреса или в ходе ра"боты системы по коду погученного адреса передачи управления А 1 черезсоответствующие входы 261-26 устройства на третий вход мультиплексора 4 адреса; выдача запроса на значение логических условий от любого модуля системы и адресация в соответствии со значением проверяемогологического условия, полученного позапросу; прием запроса на выдачу зна-.чений логических условий в запрашиваемый модуль и выдача логическихусловий,В исходном состоянии все элементыпамяти обнулены, разряд 28,1 КК имеет единичное состояние, На входе 24устройства устанавливается код операции, являющийся адресом начала программы. По тактовому импульсу ь, кодоперации записывается через второйвход мультиплексора 4 адреса в счетчик 2 адреса и через времяЛ(Фиг. 4) на. выходе блока 1 памятипоявляется код выбранной микрокоманды. Если она имеет Формат ф 1 (Фиг,2 а)то значение метки 1=1 устанавливает счетчик 2. адреса в режим счетаи по следующему тактовому импульсу, текущий адрес увеличивается наединицу,По тактовому импульсу , код микрооперации записывается в регистр 3и начинается выполнение микрооперации в операционном блоке, Если выбранная микрокоманда имеет Формат Ф 2,то значение метки У 1= Р устанавливает счетчик 2 адреса в режим записи параллельным кодом, Код микрооперации по импульсу с записываетсяв регистр 3 и начинается выполнениемикрооперации в операционном блоке,Код адреса безусловной передачи А роПпоступает через первый вход мультиплексора 4 адреса на вход счетчика 2адреса и по очередному импульсу бзаписывается в этот счетчик,Если выбранная микрокоманда имеет Формат ФЗ, то за счет метки % 1=обеспечивается. прием адреса в счетчик2 адреса параллельным кодом, По импульсу с код микрооперации записывается в регистр 3 и начинается выполнение микрооперации в операцион"ном блоке., К ь; менту импульса Рформируются логические условия, которые поступают на вход 29 устройства,По импульсу Фз логическче условиязаписываются во второй регистр 8 логических условий и поступают на вто 5рой вход мультиплексора 5, которыйоткрыт за счет метки1 Д, На, входе адреса мультиплексора 5 находитсякод номера проверяемого логическогоусловия, значение соответствующегологического условия поступает на выход мультиплексора 5 и этим модифицирует младший разряд кода адреса перехода, По очередному импульсу4адрес перехода записывается черезпервый вход мультиплексора 4 адресав счетчик 2 адреса.Если выбранная микрокоманда имеетформат Ф 4, то запись микрооперациии ее выполнение осуществляются аналогично. При этом номер модуля, кудадолжно быть передано управление, поступает через открытый первый входвторого коммутатора 11 на адресный 25вход демультиплексора 6, выбираясоответствующее направление передачи адресаперехода, Адрес перехода поступает через открытый первый входпервого коммутатора 10 на информа- рционный вход демультиплексора 6 и всоответствующую шину,В принимающем модуле код адресаперехода поступает с одного из входов26-26 через блок 15 элементов ИЛИна третий вход мультиплексора 4 адреса и вход первого элемента ИЛИ 19,с выхода которого единичный сигналчерез первый элемент И 21 поступаетна второй управляющий вход мультиплексора 4 адреса (табл, 1), открь 1 вается,третий вход мультиплексора 4адреса. Таким образом, принимающиймодуль начнет выполнение программыс указанного адреса. 45В передающем модуле при этом возможно продолжение собственной программы, так как в момент передачиуправления обеспечивается естественная адресация. Возможно также зацикливание передающего модуля до по"лучения управления от другого модуля.Для этого после микрокоманды форматаФ 4 в блок 1 памяти записывается микрокоманда формата Ф 2, имеющая в полеадреса нулевое содержимое, Переход55на нулевой адрес обеспечивает за"цикливание модуля, так как в нем записана микрокоманда формата Ф 5, отличающаяся от микрокоманды форматаФ 2 тем, что в поле микроопераций записано нулевое состояние, не вызывающее никаких действий в операционном блоке,Если выбранная мнкрокоманда имеетформат Ф 6, инициирующий запрос значений логических условий из другого модуля системы, то в поле 1 адресамикрокоманды находится фиксированныйкод - признак запроса логических условий, а в поле 1 блока 1 памятинаходится код номера модуля, из которого запрашиваются логические условия. Этот код поступает через первый вход второго коммутатора 11 наадресный вход демультиплексора 6 иподготавливает соответствующее направление передачи кода - запроса.Фиксированный код поступает черезпервый вход первого коьщутатора 10на информационный вход демультиплексора 6 и по соответствующей шине назапрашиваемый модуль. Кроме того,фиксированный код поступает на первыйдешифратор 12, единичный сигнал навыходе которого открывает регистр7, подготавливая его к приему эапрошенных логических условийМодуль,принявший фиксированный код - запрос,через один из входов 261-26 ,иблок 15 элементов ИЛИ, принимает егона вход второго дешифратора 13, единичный сигнал на выходе которого поимпульсу , через второй элемент И 22устанавливает в единичное состояниетриггер 23 управления, чем обеспечи-вается открытие. вторых входов первого10 и второго 11 коммутаторов в запрошенном модуле,Одновременно с этим единичныйсигнал на выходе соответствующего элемента ИЛИ группы .18-18 , элементовИЛИ, поступая на вход пифратора 14.формирует на его выходе код номерамодуля, эапросившего значение логических условий, этот код по импульсуЬ записывается в регистр 9 номераи поступает через второй вход второго коммутатора 11 на .вход адреса демультиплексора 6, открывая этим выходв модуль, запросивший логические условия, Логические условия из запрошенного модуля через второй вход первого коммутатора 10 поступают на информационный вход демультнплексора йпо соответствующей шине в модуль,выставивший запрос,Полученные логические условия с соответствующего входа 26-261 через блок 15 элементов ИЛИпоступают на вход регистра 7 и по импульсу ь зал ;письввтся в него. С выхода регистра 7 значения логических условий поступают на третий вход мультиплексора 5 и в соответствии со .значением того логического условия, номер которого указан в поле 1 блока 1 памяти и находится на адресном входе мультиплексора 5, модифицируется. адрес перехода. временная диаграмма выполнения микрокоманды Формата Ф 6 показана на фиг, 4,Формула изобретенияМодульное устройство для программного управления и контроля, содержащее блок памяти, счетчик адреса,регистр микроопераций, мультиплексоры адреса и логических условий, первый и второй регистры логических условий, первый коммутатор, первыйдешифратор, шифратор, генератор тактовых импульсов, триггеры пуска иуправления, первый и второй элементыИЗБ, первый и второй элементы И, причем выходы кода микроопераций блокапамяти сбединены с информационнымивходами регистра микроопераций,информационные выходы которого являются въиодами микроопераций устройства, разряды "Конец команды 1 и "Конецработы" которых соединены соответст -венно с первым адресным входом мультиплексора адреса и с входом сбросатриггера пуска, установочный вход ко Оторого является входом пуска устройства, а выход соединен с. управляющимвходом пуска генератора тактовыхимпульсов, первыйвыход которогосоединен с входом синхронизации счет-,чика адреса и с входом сброса триггера управления, выход которого соединен с входами управления первогокоммутатора и с первым входом второго элемента ИЛИ, старшие:разрядывыходов адреса микрокоманды блока50памяти соединены с первой группойинформационных входов мультиплексора адреса, с первой группой информационных входов первого коммутатораи с информационными входами первогодешифратора, выход которого соединенс управляющим входом разрешения первого регистра логических условий,выходы которого соединены с второй группой информационнъж входов мультиплексора логических условий, младший разряд выходов адреса микрокоманды блока памяти соединен с информационным входом мультиплексора логических условий, выход которого соединен с младшими разрядами первой группы информационных входов мультиплексора адреса, первого дешифратора и первой группой информационных входов первого коммутатора, выходы но" меров логических условий блока памяти соединены с адресными входами мультиплексора логических условий, выход метки блока памяти соединен с управляющими входами разрешения мультиплексора логических условий, счетчика адреса и первого дешифратора и с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым прямым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом мультиплексора адреса, вторая группа информационных входов которого является группой входов кода операции, а выходы соединены с информационными входами счетчика адреса, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входом записи регистра микрокоманд и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с установочным входом триггера управления, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с входами записи первого и второго регистров логических условий, вторая группа информационных входов первого коммутатора и второго регистра логических услогий являются группой входов логических условий устройства, информационные выходы второго регистра логических условий соединены с первой группой информационных входов мультиплексора логических условий, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него дополнительно введены демультиплексор, регистр номера, второй коммутатор, второй дешифратор, блок элементов ИЛИ и группа элементов ИЛИ, вьиоды которьи соединены.с входами шифратора, выходы которого соединены с информационными входами регистра номера, выходы которого соединены с второй164751 группой информационных входов второго коммутатора, выходы которого соединены с адресными входами демультиплексора, выходы которого являются группами информационных выходов уст- .5 ройства, группы входов логических условий устройства соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ группы и с соответствующими групгами входов блока элементов ИЛИ, вь.ходы которого соединены с третьей группой информационных входов мультиплексора адреса, с входами первого элемента ИЛИ, с информационными входами первого регистра логических условий и информационными входами второго дешифратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента 9 14/И и с вторым инверсным входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом записи регистра номера, выход первого дешифратора соединен с инверсным управляющим входом разрешения второго дешифратора, выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющим входом демультиплексора, информационные входы которого соединены с выходами первого коммутатора, прямой выход триггера управления соединен с прямым и инверсным управляющими входами разрешения второго коммутатора, первая группа информационных входов которого соединена с выходами номеров логических условий блока памяти,г,4,тор И,Шу ма орректор НТ СССР м иэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 1 98осуд 1647519 юп лу Кол УдСоставитель О,ФомичевТехред Л.Сердюкова Тираж,490 Подписное .ственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,