При планировании по данному критерию формируется «смесь» задач таким образом, чтобы все устройства были максимально загружены.
На рисунке 6.6 приведена таблица выполнения задач.
Рис.6.6. Таблица выполнения задач
Правила планирования:
· все задания дополнительно разделяются на классы (в классе такие задания, которые максимально загружают отдельные устройства);
· в «смесь» включаются задания из всех классов (по одному заданию);
· когда задания заканчиваются, то новые выбираются из того же класса;
· классам присваивается приоритет (с интенсивным вводом – высший приоритет);
· за задачами внутри класса тоже закрепляется приоритет.
На рисунке 6.7 приведено разделение заданий на классы.
Рис.6.7. Разделение заданий на классы
Пример.Составить план и временную диаграмму выполнения пакета заданий.
Исходные данные в матрице трудоемкости представлены в
таблице 6.4:
Таблица 6.4. План выполнения пакета заданий
60 единиц – определенный интервал времени
1. В каждой строке выбираем наибольшие значения (выделены в таблице крупным шрифтом);
2. А – задания с интенсивным выводом (задания № 1, 3, 7)
В – задания с интенсивным счетом (задания № 2, 4, 6)
С – задания с интенсивным вводом (задания № 5)
Классифицируем каждое задание в зависимости от выделенного значения в строке.
На рисунке 6.8 приведена временная диаграмма обработки заданий с учётом требований максимальной загрузки устройств ВС.
Рис.6.8. Временная диаграмма обработки заданий с учетом требований максимальной загрузки устройств ВС.
На рисунке 6.9 приведена схема распределения вычислительных работ по классам.
Рис.6.9. Схема распределения вычислительных работ по классам
Приоритет классов: - С, А, В в порядке уменьшения
Условия планирования
· обеспечить режим мультипрограммирования (многопрограммный режим ориентирован на обработку прерываний по вводу выводу);
· операции вывода выполняются дважды:
· после половины счета;
· в конце счета;
· приоритеты (С, А, В), чтобы быстрее запустить устройство ввода вывода параллельно с CPU;
· приоритеты внутри класса назначаются по номеру задания.
Выводы.
· Степень мультипрограммирования мала, т.к. класс С представлен одним заданием
Загрузка устройств:Ввод 30%
ЦП 60%
Вывод 50%,
т.е. простои Ввод 70%
ЦП 40%
Вывод 50%
· Загрузку можно увеличить, если разрешить заданию №6 выполняться в классе С.
· Класс заданию назначается на основе более сложного сочетания характеристик или требований, т.е. надо сформулировать «класс сбалансированных заданий».
· Если отсутствуют задания класса Х, то разрешается включать в «смесь» несколько заданий другого класса. Или на один раздел ОП назначается несколько классов.
· При правильном планировании достаточно «смеси» из 5 заданий, чтобы загрузить ЦП на 90%.
Тема 2 Формирование сигналов аналоговой формы
Наряду с необходимостью формирования сложных импульсных последовательностей на выводах микроконтроллера, для управления различными устройствами периферии могут потребоваться сигналы аналоговой формы.
В отличие от цифровых, аналоговые сигналы имеют меньшее количество основных параметров. Это связанно с их более сложной формой, и, как следствие, невозможностью выделить большое количество однотипных параметров.
Аналоговые сигналы обладают следующими основными характеристиками:
1. Период следования сигнала (T) – время, прошедшее между двумя ближайшими повторениями сигналов.
2. Частота следования сигнала (F) – показывает количество проходящих периодов за интервал времени в одну секунду. Данная величина обратно пропорциональна периоду следования сигнала:
F=1/T (2.1)
3. Фаза (φ) – время, прошедшее с начала наблюдения до поступления первого периода;
4. Амплитуда (A) – максимальное значение напряжение, которое достигается сигналом за продолжительность одного периода следования;
5. Размах сигнала (М) – разность между максимальным и минимальным значениями, которые принимает сигнал за один период следования;
6. Мгновенное значение (U’) – значение, принимаемое сигналом в момент наблюдения.
Характеристики сигналов аналоговой формы показаны на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1– Сигнал аналоговой формы
Аналоговые сигналы представляют собой совокупность бесконечного числа мгновенных значений ко времени. Но, как известно, информация в микропроцессорных системах храниться в дискретном виде (имеющем конечное значение).
Следовательно, хранение и обработка информации о непрерывных сигналах вычислительными схемами возможно только в виде дискретной последовательности цифровых данных, которые эквивалентны мгновенным значениям исследуемого сигнала, полученных с определенной периодичностью.
Периодичность, с которой происходит измерение отдельных выборок непрерывного сигнала, называют частотой дискретизации. Т.е. дискретизация подразумевает преобразование непрерывного сигнала в дискретный вид. Обратный процесс принято называть восстановлением, а частоту, с которой формируются отдельные отсчеты воспроизводимого непрерывного сигнала, называют частотой восстановления.
Естественно, что такое преобразование приводит к искажению начального непрерывного сигнала за счет потери промежуточных значений между ближайшими выборками.
В соответствии с теоремой Котельникова, для корректного повторения формы аналогового сигнала эквивалентной дискретной последовательностью, частота дискретизации должна быть не менее чем вдвое выше максимальной частотой в спектре описываемого сигнала.
Не стоит забывать, что конечный вид имеет не только количество выборок аналогового сигнала по времени, но и значения, описывающие их величину.
Таким образом, диапазон измерения отдельных отсчетов сигнала непрерывной формы разбивается на дискретное число интервалов равной величины. Это действие называется квантованием.
Квантование приводит значения, описанные вещественными числами, к значениям заданного диапазона натуральных чисел. Чем больше будет использовано уровней, тем точнее можно будет восстановить сигнал.
Этапы преобразования сигнала аналоговой формы в цифровой сигнал рассмотрены на рисунке 2.2.
Для формирования аналоговых сигналов в состав некоторых микропроцессорных систем включены специальные модули цифро–аналоговых преобразователей (ЦАП), которые способны преобразовывать цифровые коды на их входах в пропорциональные значения напряжения или тока на их выходах.
К сожалению, выбранный нами для изучения микроконтроллер ATmega8 подобной периферии в своем составе не имеет. Наиболее подходящими встроенными аппаратными средствами МК для формирования сигналов сложной формы могут служить таймеры – счетчики в некоторых рабочих режимах. Но в данной главе рассмотрим альтернативные методы формирования аналоговых сигналов при помощи цифровых портов ввода вывода с программной реализацией.
В наиболее общем случае возможно два способа цифро – аналогового преобразования: параллельное и последовательное.
а) исходный сигнал аналоговой формы
б) дискретизированный сигнал
в) квантованный сигнал
Рисунок 2.2 – Преобразования сигнал аналоговой формы
Принцип параллельного цифро–аналогового преобразования основан на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда. Для реализации данного способа необходима схема, обеспечивающая генерацию и коммутацию по заданным законам точных весовых токов. Что требует достаточно сложных схемотехнических решений.
Значительно проще реализовать широтно–импульсный модулятор. Принцип данного типа преобразования основан на периодическом включении стабилизированного источника тока. Время его включения пропорционально преобразовываемому цифровому коду. Окончательное преобразование происходит при помощи фильтра нижних частот, который осуществляет фильтрацию полученной таким образом последовательности импульсов в сигнал аналоговой формы.
Частота следования импульсов ШИМ последовательности определяется частотой восстановления исходного сигнала, а длительность – количеством уровней квантования.
Так как длительность импульса будет пропорциональна уровню формируемого отсчета, то справедливо говорить о времени квантования. Т.е уровни квантования в данном случае приводятся к временным отрезкам, из которых складывается импульс.
Принцип ШИМ преобразования сигнала иллюстрируется рисунком 2.3.
Рисунок 2.3 – Широтно-импульсная модуляция
Отладочная плата AVRmegaboardX8 в своем составе не содержит аналоговых фильтров, непосредственно подключенных к выводам микроконтроллера. Для оценки этого метода преобразования очередной раз можно воспользоваться светодиодами. Эффект усреднения мощности питающего импульса, формируемого микроконтроллером, может быть достигнут за счет инертности восприятия человеческого зрения.
Если питающий светодиоды ток подавать в виде отдельных импульсов с нарастающей частотой, то в определенный момент отдельные переключения станут неразличимы. Этот эффект будет достигнут за счет некоторой инертности зрительных нервов сетчатки глаза. Зрительные ощущения сохраняются в мозгу человека в продолжение некоторого времени после воздействия света. Граничная частота восприятия отдельных световых импульсов составит около 50Гц.
Таким образом, при подаче на светодиод импульсного сигнала с частотой выше 50Гц будет создаваться иллюзия его непрерывного свечения. Яркость наблюдаемого света будет зависеть от скважности этого сигнала.
На этом эффекте основан принцип действия устройств динамической индикации, где изображение формируется путем поочередного переключения отдельных элементов индикатора с периодичностью не реже 20мС.
В следующих примерах рассмотрим несколько простых способов управления яркостью свечения светодиодов, реализующих рассмотренные выше принципы.
Вопросы для сома контроля
1. Перечислите основные параметры сигналов аналоговой формы.
2. Что такое дискретизация сигнала?
3. Что такое квантование сигнала?
4. Что такое восстановление сигнала?
5. Пояснить процесс аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.
6. Какие устройства в составе микропроцессорных систем возможно применять для цифро-аналоговых преобразований?
