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第七章 多微处理机控制系统

第七章 多微处理机控制系统. §8-1 概 述. 一、多微处理机控制系统的定义及分类 多微处理机系统：是指一个具有两个或多个微处理机并能相互进行通信以协同工作的微机系统。 特点：. ► 有两个或多个微处理机。 ► 共享存储器或高速通信网络。 ► 共享输入／输出设备。 ► 机间硬件和软件有交互作用。. 紧耦合系统 (TCS) 松耦合系统 (LCS) 分级结构系统. 系统结构形式分类：. 二、多微处理机控制系统的优点 ● 有较高的处理速度. 并行处理形式： ► 采用单指令流多数据流. ► 采用多指令流多数据流.

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第七章 多微处理机控制系统

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  1. 第七章 多微处理机控制系统 §8-1 概 述 一、多微处理机控制系统的定义及分类 多微处理机系统：是指一个具有两个或多个微处理机并能相互进行通信以协同工作的微机系统。 特点： ►有两个或多个微处理机。 ►共享存储器或高速通信网络。 ►共享输入／输出设备。 ►机间硬件和软件有交互作用。 紧耦合系统(TCS) 松耦合系统(LCS) 分级结构系统 系统结构形式分类：

  2. 二、多微处理机控制系统的优点 ●有较高的处理速度 并行处理形式： ►采用单指令流多数据流

  3. ► 采用多指令流多数据流 ► 采用流水线作业方式

  4. ●提高系统的可靠性 ●系统便于扩充和修改 ●实现复杂分散控制和管理一体化 ●通过多微处理机实现并行处理，是开发超级计算机的重要途径。 三、多微处理机控制系统中应解决的问题 ►系统的结构形式和通信方案 ►任务分割和开发并行性问题 ►正确处理资源竞争和死锁问题 ►提高系统可靠性和动态重组问题

  5. §7-2 多微处理机控制系统的结构形式 多微处理机控制系统的结构形式有： 紧耦合系统(TCS) 松耦合系统(LCS) 分级结构系统。 一、紧耦合系统 紧耦合系统：是指通过电信号连接在一起共享公共硬件资源的系统。 紧耦合系统结构形式有：公用总线结构 多端口存储器结构 交叉开关结构 总线窗口结构

  6. 1．公用总线结构 特点： ► 构简单，价格便宜。 ►系统硬件扩充性好 ►系统效率及可靠性均受总线限制 ► 随着微处理机数目的增加，功能的扩展及系统效率会下降。

  7. 2．多端口存储器结构 公共存储器的特点： ►访问快，吞吐量大，系统效率高。 ►可靠性较高。 ►存储器模块结构复杂，价格较贵。 ►由于系统可利用的存储器端口数有限，因此限制了系统的扩展。

  8. 3．交叉开关结构 系统特点： ►系统并行处理能力高，具有最高的传送效率。 ►可采用关键部件的冗余结构，提高系统的可靠性。 ►系统结构复杂，价格昂贵。 ►电子开关难于设计、制造。

  9. 二、松耦合系统 总线型 环型 星形 树型 混合型 松耦合系统结构形式有： 1．总线型结构 总线型结构：多个微机通过控制装置和公共通信媒体结合成一个总线型网络。 结构特点：结构简单、扩展性好，可靠性高，总线型局域网络中某一结点发生故障时不会影响整个网络的工作。

  10. 存在问题：当总线本身出现故障时，会导致整个局部网络不能工作。存在问题：当总线本身出现故障时，会导致整个局部网络不能工作。

  11. 工作站之间传送信息采用串行信息帧。 帧：所传送信息的结构。 同步通信信息帧包括：同步序列（同步字符）、目的地址、源地址、数据类型、数据块和冗余检验码。 冗余检验码： 提高传输质量的方法有两种： ►改善信道的电性能，使误码率降低； ►接收端检验出错误后，自动纠正错误，或让发送端重新发送，直到接收到正确的信息为止。 冗余校验就是差错控制技术中检验错误的一种方法。 竞争总线系统存取信息控制方法： ►载波侦听多重访问／冲突检测法(CSMA／CD) ►时间片法

  12. 2．环型结构 优点：结构简单，控制逻辑也比较简单，成本低。它是全互连结构的简化。 缺点：可靠性差，因为接口采用串行结构，因此接口的故障将严重地影响整个系统。

  13. 3．星形结构 优点：结构简单明了，主结点到各站延时固定，易于信息汇集、转接。 缺点：可靠性差、容易产生信息阻塞，线路利用率不高。

  14. 三、分级结构形式 分级结构形式有两重含义： ►纵向分层：在纵向上需要多种功能。这些功能应当分成层次，下一层功能是上一层功能的基础。 ►横向分解：在纵向分层的基础上，应当再进一步对同一层的任务进行横向分解。

  15. §7-3 多微处理机控制系统的总线技术 一、总线 总线：就是计算机系统内部各独立模块之间传递各种信息的渠道，也是一组线的集合。 总线的电气连线： ► 数据和地址线 —— ► 控制、时序和中断信号线 —— ► 电源线和地线 —— ► 备用线 ——

  16. 系 统 A RAM ROM A/D D/A DI DO 外部总线接口 CPU 外 部 总 线 内 部 总 线 系 统 B RAM ROM A/D D/A DI DO 外部总线接口 CPU 内 部 总 线 二、总线的分类 计算机控制系统 ： 总线按功能和结构可分为： 内部总线 外部总线 并行总线 串行总线

  17. 1、内部总线和外部总线 内部总线：计算机系统内部的模板和模板之间进行通信的总线，又称插件板极总线。 总线功能：► 数据总线 ► 地址总线 ► 控制总线 ►电源总线 机械要素：模板尺寸、接插件尺寸、针数。 电气要素：信号的电平、信号的时序。

  18. 外部总线：计算机系统和系统或计算机系统与外设之间进行通信的总线。外部总线：计算机系统和系统或计算机系统与外设之间进行通信的总线。 机械要素：插件型号、电缆线。 电气要素：发送与接收信号的电平、发送与接收信号的时序。 功能要素：发送与接收的管理能力、发送与接收的控制能力、发送与接收的编码规则。 2、并行总线和串行总线 并行总线的优点：信号线各自独立，信号传输快，接口简单。 缺点：电缆线数多。 串行总线的优点：电缆线数少，便于远距离传输。 缺点：信号传输慢，接口复杂。

  19. 三、 STD总线（内部总线） ● STD总线是一种面向工业控制的8位微机总线，通过对原STD总线进行改造，使它升格为8位/16位兼容总线，32位STD总线标准也已推出。 ● 用STD总线标准设计的模块计算机系列，称为STD总线模块式工业控制计算机。 1．STD总线引脚分配 STD总线采用小板结构（114.3mm*165.1mm），它是56线的同步总线，可分为5个功能组。

  20. 各组引脚及功能如下： ►逻辑电源线： 引脚1～6 （1、2— +5V；3、4—GND；5、6— -5V） ►数据总线： 引脚7—14 （D0～D7） ►地址总线： 引脚15～30 （A0～A15） ►控制总线： 引脚31～52 22根 ►辅助电源线： 引脚53～56 53、54：/AUXGND附加电源地 55：+12V附加+12V电源 56：-12V附加-12V电源

  21. ►数据总线是8位、双向、三态、高有效的总线。定义引脚是D。～D7，扩展地址是A16～A23。 ►地址总线是16位、三态、高有效的总线。定义引脚是A8～Al5／数据总线扩展是D8～D15。 控制总线 STD总线信号功能： ► 存储器、I/O操作 ► 存储器扩展 ► 存储器映象I/O ► 动态存储器刷新 ► 直接访存、 ► 多微处理器结构 ► 电源掉电再启动 ► 优先级矢量中断 ► 总线响应

  22. 存储器和I／O控制 • 31） /WR：写控制信号 • 32）/RD：读控制信 • 33）/IORQ：I/O地址选择信号 • 34）/MEMRQ：存储器地址选择信号 • 35）IOEXP：I/O扩展信号 • 36）MEMEX：存储器扩展信号 • ② 外围设备定时 • 37）/REFRESH：存储器刷新信号 • 38）/MCSYNC：CPU机器周期同步信号 • 39）/STATUS1 • 40）/STATUS0  CPU状态信号线

  23. ③ 中断和总线控制 41）/BUSAK：总线响应信号 42）/BUSRQ：总线请求信号 43）/INTAK：中断响应信号 44）/INTRQ：中断请求信号 45）/WAITRQ：等待请求信号 46）/NMIRQ：非屏蔽中断请求信号 ④ 时钟和复位 47）/SYSRESET：系统复位信号线 48）/PBRESET：按钮复位信号线 49）/CLOCK：处理器时钟信号 50）/CNTRL：附加同步信号线 ⑤ 串行优先级链 51）BAO：优先级链输出信号 52）BAI：优先级链输入信号

  24. 2．总线优先级控制 ● 串联总线优先级控制

  25. ●● 并联总线优先级控制 3．兼容式的总线结构 STD总线具有兼容式的总线结构，它的兼容性很强。STD总线支持各种系列的计算机。

  26. 四、PC总线 （内部总线） PC总线是工业控制计算机中常用的一种总线 。 PC总线定义了 62根引脚信号： ►8位双向数据总线， ►20位地址总线、 ►6级中断、 ►存储器与I／O读写控制线， ►时钟与定时线， ►3个DMA通道的控制线、 ►存储器刷新定时控制线、 ►通道检查线、 ►四种电源线+ 5V、-5V、+12V、-12V ►地线

  27. 五、RS-232C标准接口总线 1、RS-232C总线的特点和引脚定义 特点： ► 信号线少 ►有多种可供选择的信息传送速率 ►传送距离远 引线： RS-232C接口包括有两条通道： 初级通道 次级通道 辅助通道 返回通道

  28. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2、RS—232C总线的标准 机械特性标准 连接器采用DB-25插头和插座 电气特征标准 RS—232C总线信号采用负逻辑。 在TxD和RxD线上： “1”＝-3V～-25V ； “0”＝+3V～+25V 在RTS、CTS、DSR、CD线上： “ON”＝+3V～+25V ； “OFF'’＝-3V～-25V

  29. 在连接RS—232C标准总线传送数据时，必须进行电平转换。

  30. 3、终端/计算机通信互连方式

  31. 六、RS—422A总线 ►RS-422A总线规定使用双端发送器和接收器 ，每个信号使用二根导线，DTE和DCE之间无公共地线，进行单向平衡式传送，可以有效地克服干扰的影响。 ►RS-422A总线信号也采用负逻辑，逻辑“1”状态电平为-6V至-2V；逻辑”“0”状态电平为+2V至+6V，其中-2V至+2V用作信号状态的变迁区。

  32. ►RS—422A接口驱动和接收可采用集成电路来实现 ►RS—422A在几十米的传送距离上，其速率可达10M波特，若传输波特率在20K波特以下，其传送距离可达1500m。

  33. 注意：以上RS-232C和RS—422A总线的总线标准是采用电压信号， DTE和DCE之间没有光电隔离，容易受外界干扰的影响 。20mA电流环接口电路增加了光电隔离电路，提高了系统抗干扰的能力。

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