Лабораторная работа №3. «Анализ схем »

Высокий уровень детализации принципиальных схем в значительной степени повышает сложность их восприятия, в то время как для анализа управляющей программы достаточно иметь схему, на которой отображены только программно-доступные компоненты и описано их назначение. Такие схемы будем называть укрупненными функциональными схемами (УФС).

Сформулируем правила преобразования принципиальных схем в УФС:

Прежде чем построить базовые конструкции УФС необходимо сформулировать основные требования, которым они должны удовлетворять. На основе анализа практики обратного проектирования и экспериментов сформулируем следующие требования:

· УФС должна содержать только те функциональные блоки, которые используются в анализируемой управляющей программе;

· Функциональные блоки должны представляться как модели «черного ящика», то есть скрывать те элементы, которые являются несущественными при анализе программно-доступных компонент;

· Имена укрупненных функциональных блоков должны быть такими, чтобы можно было понять смысл их работы, не вникая в лишние подробности и не обращаясь к дополнительной литературе;

· Представление УФС должно базироваться на традиционных правилах, применяемых при разработке высокоуровневых структурно-функциональных моделей, прежде всего, блок-схем и структурных схем устройств. При этом важно обеспечить достаточно полное и расширяемое представление функций структурных блоков и возможность их агрегации.

В ходе экспериментальной работы с конкретными реализациями проектов встроенных систем выявилась целесообразность использования двух видов конструкций УФС: структурно-функциональные схемы и табличные спецификации программно-доступных компонентов этих схем.

Структурно-функциональные схемы представляются размеченным графом, вершинами которого являются укрупненные функциональные блоки (УФБ), обозначаемые прямоугольниками, элементы системы управления, микроконтроллера или микропроцессора. Каждый такой блок может содержать либо функциональный узел принципиальной схемы, либо объединение нескольких таких блоков (в том случае, если для анализа достаточно такого представления). 

Основные элементы УФС приведены в Таблице 1.

Таблица 1.

Основные элементы УФС

Графическое обозначение элемента	Описание элемента
	Укрупненный функциональный блок (элемент или группа элементов принципиальной схемы). Внутри блока располагается поясняющая текстовая надпись.
	Микроконтроллер или микропроцессор, осуществляющий управление
	Линия ввода
	Линия вывода
	Линия ввода/вывода

Для улучшения уровня понимания и восприятия схемы допускается использовать стандартные элементы принципиальных схем, установленные ГОСТ или иными стандартами.

Таблица объектов ввода/вывода является сопровождающим элементом размеченного графа. В таблицу помещается информация, используемая на следующих этапах укрупнения для семантического анализа (см. таблицу 2). Эта информация содержит адрес порта ввода/вывода к которому присоединяется элемент окружения, имя разряда в линейке данного порта, назначение разряда и активное значение, которое определяет уровень сигнала управляющей команды с данного разряда данного порта ввода/вывода.

Таблица 2. Структура таблицы объектов ввода/вывода

Продемонстрируем вышеизложенные правила построения УФС и таблиц объектов ввода/вывода а примере анализа принципиальной схемы управления шаговым двигателем (рис. 1).

Укрупненная функциональная схема будет иметь вид, изображенный на рис. 3. 

Рис. 3. УФС управления шаговым двигателем

Приведенная УФС содержит всю необходимую информацию для инженера, занимающегося исследованием встроенной системы, и в то же время, имеет более наглядную и понятную форму. Построение УФС может выполнятся не программистом, а инженером-электронщиком, что позволяет выполнить разделение труда и повысить тем самым эффективность представляемой технологии.

Известно, что микропроцессор или микроконтроллер обменивается с внешним миром посредством своих портов. Следующая таблица объектов ввода/вывода позволяет установить соответствие между номерами разрядов этих портов и подключенных к ним внешних устройств (Таблица 3).

Таблица 3. Таблица объектов ввода/вывода