Мережа на основі нейрочіпа

Комунікації і зв'язок

Міністерство загальної та професійної освіти

Московський Енергетичний Інститут філію в місті Смоленську

Кафедра обчислювальної техніки

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсової роботи з курсу

"Мережі ЕОМ та засоби комунікації" на тему

«Мережа на основі нейрочіпа»

м. Смоленськ 2000р.

Анотація

Автор: Вальков Костянтин Георгійович, Група ВМ1-97, Смоленський філія
Московського Енергетичного Інституту, кафедра Обчислювальної техніки.

Дана робота включає в себе: 20 сторінок теоретичного введення, 4сторінка опису розробки системи і 6 сторінки аналізу розробки. Упункт програми входять три модулі: документований текст програми,схема принципова - електрична, технічне завдання.

Назва роботи: «Обробка інформації надходить з аеродинамічнихдатчиків (датчики аналізу швидкості вітру) та передача інформації, що надходитьпо мережі в ЕОМ, мережа реалізувати на основі нейрочіпа ».

Кількість сторінок: 47 малюнків: 7 додатків: 3

Зміст: Дана розрахунково-пояснювальна записка є результатомпроведеного аналізу роботи нейрочіпа з наступною реалізацією мережі на йогооснові і висновками результативності його застосування в даному випадку.
Результатом є схема та програмна реалізація роботи мережі на основінейрочіпа для підрахунку швидкості вітру і в разі перевищення деякогопорогу (швидкість вітру 50м/с) передача сигналу на центральну ЕОМ.

1. Введення

1.1. Причини і наслідки об'єднання комп'ютерів в мережу

Для того, щоб максимально ефективно використовувати обчислювальніресурси комп'ютерів, їх необхідно об'єднати в мережу. Задовго до того, якз'явився мікропроцесор, великі обчислювальні системи поєднували здопомогою телеграфних ліній зв'язку. Однак бурхливий розвиток комп'ютерних мережпочалося тільки з появою LAN (Local Area Network), коли використаннякомп'ютера невеликими фірмами стало економічно обгрунтованим. З появоюможливості об'єднувати LAN в WAN (Wide Area Network) фахівці почалидумати про здійснення ідеї повної автоматизації виробництва - CIM
(Computer Integrated Manufacturing). Однак незважаючи на падіння цін намікропроцесори і оперативну пам'ять, ідея повністю автоматизованогопідприємства в той час так і не здійснилася.

LON (Local Operating Network) призначена саме для автоматизаціївиробництва.

До XVIII століття створювали тільки механічні верстати і застосовуваливідчутні види енергії. Однією з найважливіших передумов промисловоїреволюції стали відкриття в галузі фізики, наприклад перетворенняенергії з одного виду в інший, яке дозволило привести в діюткацький верстат з допомогою пари і змусило рухатися автомобіль. Такимчином, з'явилася можливість обмежити використання людей якробочої сили і все більше замінювати їх працю машинами. Наслідком цього сталорозвиток великих підприємств.

Наш час - час інформаційних технологій. Ми все більше і більшевчимося обробляти інформацію за допомогою машин, зберігати, передавати ірозподіляти її. Телефонна мережа, персональний комп'ютер, радіо, Інтернет --приклади того, як змінився світ завдяки інформаційним технологіям.

Комп'ютер та комп'ютерні мережі все частіше застосовуються для автоматизаціївиробничих процесів. Fieldbus-системи, що представляє і LON,можуть стати істотною складовою частиною майбутніх мереж, базисом длярозробок, які в найближчому майбутньому придбають велику значимість. Ідея
Сiм стала особливо привабливою зараз, коли стало відомо, якимчином можна об'єднати датчики та виконавчі механізми «в полі» (відангл. «In the field», мається на увазі термін Fieldbus - польова шина), невдаючись до більших витрат. Ще кілька років тому автомобілі мали від 20до 50 датчиків і виконавчих механізмів; через кілька років, за нашимиоцінками, їх кількість має значно зрости-до 500 і більше. Те ж самебуде відбуватися в напрямку автоматизації систем будівель, домашньогогосподарства, промисловості і т. д.

Отже, об'єднання комп'ютерних систем управління в мережу може бутиекономічно ефективно на основі Fieldbus-технології.

Досі погляд людини на організацію навколишнього його світу носитьяскраво виражений центристський характер. Для багатьох фірм, партій і т.д.характерна жорстка ієрархічна структура. Цей підхід привноситься і вобласть керування технікою. Про те, що ієрархічна структура неоптимальна, відомо давно. Це має наштовхнути нас на думку, що потрібнопрагнути до децентралізації технологічних процесів.

LON створюється без використання традиційних PLC (Programmable Logic
Controller)-контролерів з програмованої логікою. Основна ідея LONполягає в найбільш децентралізованому розподіл інтелекту наоснові нових концепцій.
1.2. Управління технічними процесами

1.2.1. Класичний підхід

Для керуючих систем традиційна централізована структура. Виходячиз централізованноcті системи, що управляє обчислювальний пристрійзапрошує дані датчиків або приладів і після обробки повертає їхназад. Датчики, як і виконавчі механізми, не володіють інтелектом.
Більш сучасна структура включає в себе концентратори, якізамінили довгі паралельні лінії передачі даних. Переваги такогопідходу відомі: вдосконалена електрична сумісність, більш простеформування з'єднань, низька вартість ліній передачі даних, економіяна клемах і т. д. Однак виникають труднощі, пов'язані з переходом відодних принципів передачі даних до інших, тому що в багатьох випадкахвідсутній сумісність ряду параметрів. Результатом цього стаєускладнення керуючої станції. З появою інтегральних мікроелементівширокого поширення набули контролери з програмованої пам'яттю,пройшли стандартизацію в умовах експлуатації. Причому з розвиткоммікропроцесорної техніки ціни на апаратне забезпечення різко знизилися.

Тим часом позначилася нова тенденція - заміна контролерів зпрограмованої пам'яттю промисловими персональними комп'ютерами, якімають низку переваг. По-перше, вони дозволяють застосовувати більшдоступне за ціною апаратне забезпечення, по-друге, можна розробитипросте в застосуванні і недороге програмне забезпечення, якепостачають різні фірми, постійно вдосконалюючи його. Значно рідшевиникає необхідність самостійної розробки та обслуговування.
Єдиною проблемою може бути вибір відповідних програм реальногочасу, що пропонуються ринком у достатній кількості.

1.2.2. Децентралізований підхід

З деякого часу набули широкого поширення шинні системи,зокрема Fieldbus-системи, які в порівнянні з концентраторами данихекономічно вигідні. Fieldbus-системи являють собою новутехнологію, що пропонує новий спосіб мислення при системномупроектуванні. Вузли Fieldbus-системи можуть децентралізовано використовуватиінтелект для управління, регулювання та контролю. У граничному випадку цеможе бути система з повною відсутністю центрального управління
(функції контролерів з програмованої пам'яттю, очевидно,розподіляються між різними вузлами мережі, такими як датчики,виконавчі механізми та пристрої індикації). Те, що даний підхіддозволяє мислити зовсім інакше, зрозуміло на такому прикладі.

Уявімо собі зграю качок, що летять у формі трикутника. Якщо вониуправляються централізовано, то «центральний комп'ютер» постійно повиненрозраховувати траєкторію польоту для кожної качки. Якщо хоча б одна з нихбуде застрелена мисливцем, то комп'ютер за допомогою відповідногоалгоритму, повинен буде знову заповнити утворилося порожній простір,змінивши траєкторію польоту інших качок. Природно, для такої складноїсистеми, як центральний комп'ютер. подібний алгоритм реалізувати непросто.

Припустимо тепер, що качки об'єднані в мережу за допомогою якоїсь
Fieldbus-системи. Тепер потрібно лише поставити кожній качці кут, підяким вона повинна летіти по відношенню до летить попереду, і відстань донеї. Якщо яка-небудь з качок буде застрелена, то система щодошвидко відновиться сама і для заповнення порожнього простору небуде потрібно будь-яких додаткових витрат. Інтелект кожної качки в цьомувипадку може бути відносно невисоким.

Само собою зрозуміло, що і в центрально-орієнтовану системуможуть бути вбудовані прості паралельні процеси, як це зроблено в
Fieldbus-системах. Однак таке рішення 'при розробці центрально -орієнтованої системи не напрошується. Центрально-орієнтованасистема «примушує» розробника думати централізовано, будуючи складніалгоритми. До того ж у центрально-орієнтованій системі завждивикористовуються дорогі багатозадачні призначені для користувача системи,вимагають великих витрат на розробку та обслуговування. Пристрої Fieldbus -систем, навпаки, застосовують у великих кількостях, тому собівартість їхвиробництва дуже мала.

3. Інформаційний обмін як основа розподілених систем

1. Ієрархія системи

Об'єднання систем комп'ютерів в мережу набуває настільки складнийхарактер, що плоска архітектура мережі втрачає будь-який сенс. У всіхобластях автоматизації перевага віддається мереж з вертикальною ієрархієюсистем, в яких на кожному рівні можна реалізувати логічно відокремленийнабір функцій. Розглянемо п'ятирівнева модель якогось автоматизованоговиробництва [рис.1-4]. Зліва від неї знаходиться мережу, за допомогою якоїМожна організувати рівні. Зрозуміло, що кількість рівнів та їх вид залежатьвід набору параметрів, що визначають конкретну систему. При автоматизаціїсистем будинків ця схема виглядає зовсім не так, як у випадку системиуправління технологічними процесами. Зрозуміло, від початкових умов
(набору функцій для конкретного рівня) залежить, яка мережу і на якомурівні буде використана, - практика змушує думати більш гнучко.

В основі термінології, прийнятої в цій книзі, лежить наступне правило:виходячи з загальноприйнятого визначення LAN (наприклад, IEEE 802.3), всі мережі,знаходяться ієрархічно нижче, повинні називатися FAN (Fieldbus Area
Networks). He повинне проводитися розділення на «шини датчиків івиконавчих механізмів »,« мультиплексний шини »і т. д., тому що основнимприводом для нього служать маркетингові інтереси. Ієрархічно вищестоящимипо відношенню до LAN слід вважати WAN, що зв'язують LAN між собою, а впевних випадках і FAN (наприклад, при прямому з'єднанні LonWorks мереж
ISDN). Для повноти картини назвемо GAN - так звані глобальнісупутникові мережі, що знаходяться ієрархічно вище WAN.

2. Семирівнева модель ISO/OSI

Для опису мережевої взаємодії Міжнародна організація зстандартизації ISO (International Organisation for Standardisation)розробила модель мережевого об'єднання комп'ютерів (у той час мова йшлаперш за все про об'єднання з допомогою WAN і LAN), яка була названа OSI
(Open System Interconnection, в російській термінології - модельвзаємодії відкритих систем). Зустрічається і повна назва - модель
ISO/OSI. Принцип, який ліг в її основу, був відносно простий. Всінеобхідні комунікаційні функції були зібрані і впорядковані у межахСемирівнева ієрархічної моделі. При меншій кількості рівніврозбивка на модулі не дає переваг. Більша кількість рівнівнебажано, тому що існує між ними інтерфейс призводить до такзваним вертикальним витратах - непродуктивних витрат системнихресурсів. Виходячи з цих міркувань і було обрано магічне число сім.

Коли розробляли стандарт ISO/OSI, найменше думали про функціїреального часу і не передбачали появи Fieldbus-систем. Незважаючи наце, пізніше модель ISO визнали придатною для специфікації і опису.
Оскільки вона покладена в основу більшості існуючих систем,виробляється загальний спосіб мислення, можливо, частково згладжує їїнедоліки.

Всі фізичні і механічні параметри моделі визначаються на нижньомурівні, який є передавачем. На більш високих рівнях визначаєтьсяспосіб доступу до шини, описується складання кадрів даних іздійснення їх захисту при передачі (зв'язок абонентів типу «точка-точка»).
Якщо між двома пристроями встановлено з'єднання, то при цьомуутворюються як мінімум два зв'язку типу «точка-точка», які можуть бутиабсолютно різними.

На рівні 3 виконується маршрутизація, то є вибір шляху. Утелефонної мережі на цьому рівні здійснюють зв'язок шляху з номером телефону,тому його часто називають комутаційним. Рівень 4 управляє зв'язком
«Точка-точка»: він відповідає за те, щоб пакети даних, посланівідправником, дійшли до одержувача в потрібному порядку, тобто управляєпотоком інформації.

На рівні 5 організуються сеанси - одночасний обмін даними міжрізними абонентами. У певних ситуаціях завданням цього рівняє ідентифікація учасників та синхронізація сесій після їхпереривання. На рівні 6 відбувається узгодження загального набору символів
(мови).

Рівень 7, як і рівень 1, займає особливе місце: він представляєсобою інтерфейс із зовнішнім світом, а також служби прикладного рівня - абосамостійно, або вимагаючи цього від рівнів, що лежать нижче нього, які всвою чергу також можуть звернутися до нижче лежачих рівнів (ієрархічнасистема).

Розглянемо різні предметні області (набори параметрів,що описують систему), наприклад, системи автоматизації будівель ітехнологічних процесів. Вимоги, що пред'являються до продуктивностіцих двох керуючих систем, зовсім різні. З міркуваньбезпеки при автоматизації технологічних процесів ніколи невиробляють підключення великої кількості вузлів до одного сегмента.
Очевидно, з цієї ж причини в Fieldbus-системах, що застосовуються в ційобласті, намагаються використовувати не більше 1000 або навіть 100 вузлів. Але якщоможна обмежити кількість вузлів і відмовитися від маршрутизаторів
(комутаційних вузлів), то рівень 3 не потрібний, може відпасти необхідністьі в рівні 4. Виграш величезний: з комунікаційної колони випадаєдекілька інтерфейсів, система стає дешевше, підвищується їїшвидкодію.

При автоматизації будівель хочуть, навпаки, мати по можливості якякомога більше вузлів. Крім того користувальницька мережа, яка об'єднує системиосвітлення, обігріву і регулювання клімату, повинна з'єднуватися з системамисигналізації та охорони. При цьому важливо, щоб вузли могли обмінюватисяданими різними шляхами. Таким чином, рівні 3 і 4 виявляютьсянеобхідні.

Наведені приклади показують, що модель ISO/OSI не вимагаєінтеграції всіх семи рівнів у реальну систему.

Опції нереалізованих рівнів можна перенести на інші рівні.
Майже всі Fieldbus-системи, що використовуються для автоматизації процесів, маютьвсього три рівні, тоді як ті, що застосовуються для автоматизації будівель,мають принаймні п'ять рівнів. LonWorks - один з небагатьох Fieldbus -систем, в якій присутні всі сім рівнів. Це пояснюється двомапричинами. Перша вказана майже у всіх виданнях корпорації ECHELON: приуніверсальності застосування LonWorks повністю забезпечує об'єднаннямереж комп'ютерів.

Друга причина згадується не так часто. Вже зараз видно, що
LonWorks в кінцевому підсумку значно перевершить продуктивність всіхіснуючих Fieldbus-систем. Якщо на сьогоднішній день ми ще не можемоавтоматизувати всі можливі процеси за допомогою LonWorks, то вже внедалекому майбутньому така можливість представиться.

Ще кілька зауважень щодо моделі ISO/OSI. Розрізняють дванапрямки комунікації [рис.1-6]. Комунікація між деякими рівнем пі рівнем вище (n +1) здійснюється за допомогою інтерфейсу, побудованогона основі специфікацій служб. Верхній рівень є «користувачемслужб »(SU, Service User), а нижній - їх« постачальником »(SP, Service
Provider). Обмін інформацією між рівнями здійснюється в точках доступудо служби (Service Access Points, SAP), причому елемент більш високого рівняможе звертатися до елементу нижчого рівня. Це важливо, якщо,наприклад, потрібно з'єднати рівні за допомогою іншого шляху, що досягаєтьсявибором спеціальних SAP.

Горизонтальна комунікація (комунікація між двома однаковимилежачими навпроти один одного рівнями) здійснюється за допомогою протоколутипу Peer-to-Peer - протоколу взаємодії між елементами мережі. Такимчином, на семи рівнях існує сім протоколів.

1.4. Топології

Мережі можна класифікувати щодо фізичної і логічній структурі.
Вислів «мережа побудована за принципом кільцевої або шинної структури»є неповним. Наприклад, в основі Fieldbus-системи може бутифізична шина, якій на верхньому рівні відповідає логічне кільце.
Можливий і зворотний варіант. Питання про те, яка архітектура оптимальна,вирішують по-різному в кожному конкретному випадку. LonWorks припускаєрізні топологічні структури, і всі вони мають право на існування.
Розглянемо їх різновиди.

З точки зору реалізації найпростіша структура - кільце [Рис1-7], вякому всі вузли з'єднані один з одним за принципом «точка-точка».
Механізми передачі даних можуть використовуватися самі різні. Найбільшшвидким в області Fieldbus-систем є «спосіб зрушується регістра»:кожен вузол має у своєму розпорядженні такий регістр, який зрушуєдані, що надходять. Оскільки всі вузли логічно з'єднані послідовно,то кільце утворює один великий зсувний регістр, що складається з окремихвузлів - зрушуються регістрів. Явна адресація в цьому випадку відсутня,кадр ідентифікується за його початку; після фази конфігурації кожен вузолможе самостійно визначити, які біти зарезервовані для нього. Якщоприпустити, що всі вузли посилають і приймають дані з максимальноможливою швидкістю, то система теоретично має найменший часреакції.

Однак на практиці найбільший інтерес представляють кільця іншоготипу. Уявіть собі кільце, в якому вузли можуть приймати і посилатидані в обох напрямках. Якщо зруйнувати таке кільце в якій-небудьточці, то для передачі даних на всі інші вузли можна використовуватипротилежне напрямок. Це часто необхідно для систем, що вимагаютьвисокої надійності (наприклад, системи спостереження). LonWorks допускає такийвид топології.

При топології типу «зірка» вся інформація проходить через центральнийвузол. Як і в кільці, всі зв'язки будуються за принципом «точка-точка», щочасто спрощує систему комунікаційної техніки і розведення кабелю. Багатолокальні мережі, фізично побудовані за типом «лінія» або «кільце», маютьрозведення кабелю, подібну «зірку». Однак системи типу «зірка», незважаючина їх широке розповсюдження, є комутаційними. Всі основніфункції комутаційної системи зосереджені в центральному комунікаційномупристрої. Термінальне обладнання (телефонні апарати, факс-машини іт. д.) володіє відносно невисоким інтелектом, звідси випливає, що йогоможна купувати за досить низькою ціною. Причому продуктивність іінтелект знаходяться в одному центральному пристрої, що спрощуєобслуговування системи.

Стосовно до систем управління топологія типу «зірка» маєнизку переваг: контролер з програмованої пам'яттю єкласичної централізованою системою. Впровадження інтелектуальнихкомпонентів введення/виводу в галузі автоматизації технологічних процесівдо цих пір не досягла значного просування на ринку; контролери зпрограмованої пам'яттю і на сьогоднішній день відіграють домінуючу роль. Дляширокого розповсюдження децентралізованих систем потрібно провести серйознуроботу.

«Шина» - краще називати її «лінія» - один з найбільш широкопоширених топологічних структур. Однак слід пам'ятати про їїнедостачі. Незважаючи на те, що кожен вузол електрично має всього однез'єднання з лінією, фізично для підключення потрібні або здвоєні,або Т-подібні з'єднувачі, витрати на які часто недооцінюють.
Значна частина вартості вузла припадає саме на з'єднання, черезчого ця структура не може застосовуватися в багатьох послідовнихсистемах, хоча в паралельних здатна забезпечити більшвисоку продуктивність.

Основною проблемою цієї топологічної структури є доступ дошині. У зв'язку з цим необхідно згадати один дуже важливий аспект: длячисленних додатків вимога «real-time» (реального масштабу часу)є критичним. Під реальним масштабом часу мається на увазігарантоване час реакції системи. Наприклад, водій автомобіля повиненмати гарантію, що при натисканні на педаль гальма бажаний ефектгальмування буде досягнутий без затримки.

Розглянемо цей аспект більш детально. Повний час затримки реакціїє сума затримок всіх процесів, що відбуваються в системі. Затримка,викликається шиною, може бути мінімальною порівняно з іншими - в цьомувипадку вона не робить істотного впливу на процес управління.
Існує й ще один момент, який часто не приділяють належної уваги.
Real-time вимагають багато систем, однак, з економічних міркувань,певний час реакції зазвичай гарантують лише з високою ймовірністю.
Який сенс гарантувати час реакції «абсолютно», у той час якнадійність системи задається ймовірносними величинами (адже система можевключати в себе безліч непомехозащіщенних електронних компонент)? Якщочас затримки гарантується з економічно прийнятною вірогідністю, цьогоцілком достатньо. Ця ідея і була підхоплена LonWorks (LonWorksгарантує час доступу з певною ймовірністю, яку, можнавизначити так, що система буде придатна навіть у випадках, що стосуютьсябезпеки людини).

І ще кілька коротких зауважень щодо методів доступу. Улокальних мережах найчастіше застосовують два методи доступу до шини: маркерний імножинний. Останній має назву CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detection-множинний доступ з контролем несучої /розпізнаванням колізій). Маркерний метод доступу простіше, але, на жаль,в порівнянні з CSMA/CD його реалізація обходиться, як правило, значнодорожче. Суть цього методу полягає в наступному. У шинної системі існуєодин маркер, який передається від вузла до вузла згідно з певнималгоритму. Вузол, що в якийсь момент володіє маркером, отримує правовідправляти повідомлення (займати шину). Потрібно стежити за тим, щоб під часроботи системи не відбувалося обміну двома або більше маркерами, щобмаркер не губився, тощо. Метод CSMA означає, що перш ніж отриматидоступ до шини, вузли «прислухаються» до середовища (listen before talk-слухатиперш, ніж говорити).

1.5. Інструментарій

Одна з найбільш важливих причин успіху на ринку Fieldbus-систем
-Наявність інструментарію для їх розробки, налаштування та супроводження. Тутдоречно навести класичний приклад з історії 16-розряднихмікропроцесорів. Після розробки різними компаніями перших трьох моделейаналіз їх продуктивності показував: у 8086 вона була дуже невеликий, у
68000 - значно вище, а найбільшу продуктивність демонстрував
Z8000 зі своїми надзвичайно гнучким набором регістрів. Але саме останнійзник з ринку в першу чергу, 68000 також не зміг наблизиться за обсягомпродажів до 8086. це пояснюється рядом причин, але одна з них стала вирішальною:Zilog фірма, яка розробила Z8000, не змогла вчасно запропонувативідповідний інструментарій. Тому компанії, що представляють на ринокнові типи мікропроцесорів, повинні чітко уявляти собі повнувартість майбутньої системи на всіх етапах її існування (розробка,реалізація та супровід).

Безсумнівно, що з появою NEURON Chip ( «нейронного чипа»-програмно -апаратний комплекс, призначений для розробки та налагодження програмдля NEURON Chip) в розпорядження розробників надійшов необхіднуінструментарій - LonBuilder. Echelon не стала повторювати помилок іншихкомпаній і не концентрувала вага свої ресурси на розробці нових версій
NEURON Chip. Навпаки, пріоритет був відданий розробки нового та поліпшенняіснуючого інструментарію. Якщо порівняти результати досягнуті в цьомунапрямку LON-технологією та іншими Fieldbus-системами, то LONзначно випереджає всі інші. Так от стандартного апаратного мови
Assembler, компанія Echelon перейшла до програмування NEURON Chip мовоюбільш високого рівня NEURON C.

Мова програмування програми для NEURON Chip (CPU-3) грунтуєтьсяна ANSI-C, є відгалуженням мови програмування С. Він був створенийдля NC і не може використовуватись для інших процесорів.

В основі побудови локальної мережі в стандарті LONWORKS лежитьзастосування спеціалізованих гібридних мікросхем NEURON Chip якмікроконтролерів вузлів локальної мережі.

Мікроконтролер NEURON Chip містить три 8-розрядних процесора,об'єднаних внутрішньою шиною з вбудованими блоками загальної оперативної танезалежній пам'яті, а також периферійними пристроями (мережевимкомунікаційним портом, таймерами, які керують регістрами, портамивведення/виводу). Модель NEURON MC143120 також передбачає використання ізовнішньої пам'яті зберігання програм. Незважаючи на архітектурну симетричністьвнутрішніх процесорів, функціональне призначення кожного з них сувородетерміноване. Два з них керують мережевий передачею даних на основімногоуровнего мережевого протоколу, а один призначений для обслуговуванняприкладної частини програмного забезпечення сайту. Синхронізація роботипроцесорів використання здійснюється за рахунок загальних областей пам'ятіданих. Унікальність адреси кожного з мікроконтролерів стандарту LONWORKSможе бути забезпечено завдяки наявності власного 48-розрядногоідентифікаційного коду, записуваного в незалежну пам'ять при їхвиробництві.

Взаємодія із зовнішніми пристроями виробляє процесор прикладногорівня за допомогою 11-вивідного порту введення/виводу. Функціональнепризначення висновків порту може бути задано прикладним програмнимзабезпеченням, в залежності від типів зовнішніх пристроїв, що обслуговуютьсямікро контролером.

У разі недостатньої обчислювальної або функціональної потужностімікроконтролера NEURON Chip для реалізації функцій вузла по взаємодіїіз зовнішніми пристроями, у складі вузла може бути застосований додатковиймікроконтроллер, що задовольняє задачі збору даних або управління. У цьомувипадку порт введення/виводу може бути використаний для зв'язку мікроконтролерівз метою організації обміну даними по паралельному інтерфейсу, а саммікроконтроллер NEURON Chip виконує тільки комунікаційні функції.

Для реалізації мережевих функцій мікроконтролера служить 5-вивіднийкомунікаційний порт, керований процесором, що обслуговує два нижніхрівня мережевого протоколу. З метою сполучення мікроконтролера з фізичнимканалом зв'язку, до комунікаційного порту підключаються приймач взгідно з обраним типом каналу зв'язку.
1.5.1. Основні характеристики мікроконтролерів NEURON Chip.

Кількість мікропроцесорів в кристалі - 3, типу MC143120.

Унікальний 48-бітний код (NEURON ID).

EEPROM, ROM і RAM пам'ять.

11 двонаправлених ліній введення/виводу.

2 16-бітових таймера/лічильника.

5 ліній комунікаційного інтерфейсу. < p> Мікроконтролери NEURON випускаються в 64 вивідному QFP (NEURON 3150) і
32 вивідному SOIC корпусах (NEURON 3120xx).
| Виробник | Найменування | EEPROM | RAM | ROM |
| Motorola | MC143120B1DW | 0.5K | 1K | 10K |
| | MC143150B1FU | 0.5K | 2K | Ні |
| | MC143120E2 | 2K | 2K | 10K |
| Toshiba | TMPN3120B1F | 0.5K | 1K | 10K |
| | TMPN3150B1F | 0.5K | 2K | Ні |
| | TMPN3120E1 | 1K | 1K | 10K |

Промислово що випускаються в стандарті LONWORKS приймачзабезпечують організацію наступних типів каналів зв'язку: лінійного,вільної топології, RS-485, радіочастотного, елекросетевого і т.д.
Швидкість передачі даних в каналах, в залежності вибраного типу каналу,забезпечується в діапазоні 330 біт/с - 1.25 Мбіт/c.

Для сполучення каналів зв'язку різних типів можуть застосовуватисяспеціальні маршрутизатори, побудова яких базується на застосуванні двохмікроконтролерів NEURON, пов'язаних по паралельному інтерфейсу портувведення/виводу, і які мають власні прийомопередатчика, відповідніхарактеристиками типів сполучених каналів. На програмно-логічному рівніпобудови маршрутизатора, пристрою можуть бути запропоновані різніфункції з передачі даних між сегментами локальної мережі.

Програмне забезпечення мікроконтролерів NEURON складається з трьохрозділів: системного програмного забезпечення, прикладного, і програмногозабезпечення рівня зв'язку даних.

Структурна схема нейрочіпа зображена на малюнку [рис.3-2]

Системне програмне забезпечення є резидентним для кожного змікроконтролерів. Його програмний код або прошивається у вбудований вузол
ROM моделей NEURON3120 на етапі виробництва мікроконтролерів, абозаписується в модуль зовнішньої пам'яті моделей NEURON3150. На програмно -логічному рівні системне програмне забезпечення повністю реалізуєфункції багаторівневого мережевого протоколу LONWORKS, планувальника завдань дляприкладного рівня програмного забезпечення, і містить код бібліотекипрограмних функцій для управління портом введення/виводу мікроконтролера. Наоснові застосування програмних засобів, що надаються системнимпрограмним забезпеченням, на базі порту введення/виводу можлива організаціядекількох типів інтерфейсів із зовнішніми пристроями: дискретного,паралельного, I2C, RS-232, Microwire, MicroLan і т.д.

Системна частина програмного забезпечення реалізує також повний набіроперацій для управління мережевим взаємодією вузлів системи. Реалізаціямережевим протоколом LONWORKS функцій управління конфігурацією мережі,надає можливість винесення завдань управління локальною мережею наокремий рівень, який забезпечується, не залежать від особливостей побудовиокремих вузлів, апаратно-програмними засобами.

Прикладна частина програмного забезпечення будується розробником вузла тавизначає набір завдань з обслуговування пов'язаних з функціонуванням вузлапроцедур реєстрації даних і управління виконавчими пристроями. Нанижньому рівні систем автоматизації, побудованих за стандартом LONWORKS,визначається набір вхідних і вихідних мережевих змінних, необхідних дляфункціонування конкретного вузла та реалізації його мережевих функцій. Припроектуванні прикладного програмного забезпечення, опис мережнихзмінних окремого вузла визначається або безпосередньо всамодокументірованной секції незалежній пам'яті мікроконтролера,або опис їх мнемонічних імен, типів і розрядності записується вспеціальний зовнішній файл опису інтерфейсу проектованого вузла. Описмережевих інтерфейсних функцій вузла застосовується на етапі побудови зв'язківмережних змінних.

При використанні як мікроконтролера вузла моделі NEURON3150 ізовнішньої пам'яті програм типу FLASH, допускається завантаження прикладної частинипрограмного забезпечення вузла по мережі LONWORKS. Ця функціянадає можливість гнучкого управління вузлом без його демонтажу зсистеми.

Розробка прикладного рівня програмного забезпечення проводиться ззастосуванням спеціальної мови програмування NEURON-C (спеціальноїреалізації мови C). C рівня прикладного програмного забезпеченнядопускається використання (викликів) усіх функцій, що надаються системноїчастиною програмного забезпечення.

Для розробки сайтів, побудованих на базі NEURON, застосовуютьсяспеціальні апаратно-програмні комплекси налагоджувальний LONBUILDER і
NODEBUILDER, вироблені фірмою Echelon.

LONBUILDER, являє собою Крейт, що містить в собі блок живлення,інтерфейс для зв'язку з комп'ютером і має 7 слотів для установкиемуляціонних модулів. LONBUILDER дозволяє за допомогою встановлюються в ньогомодулів робити налагодження:

1. прикладного програмного забезпечення модулів розроблених користувачем на основі різних NEURON-контролерів,

2. об'єднувати кілька емуляціонних модулів в мережу Echelon. для налагодження мережевих взаємодій,

3. за допомогою роутер-модуля здійснювати об'єднання діючої і проектованої мереж,

4. об'єднувати вузли ECHELON в мережі різних типів, а також LONBUILDER може бути використаний, як шлюзу -маршрутизатора мережі ECHELON, з можливістю каскадування окремихКрейт LONBUILDER. Таким чином, LONBUILDER є потужним засобомналагодження не тільки безпосередньо прикладного програмного забезпеченняконкретного модуля, а й повноцінним емулятором мережі ECHELON, а з огляду найого широкі можливості при побудові реальної мережі його ціна перестаєбути настільки лякає високою (від 24 тисяч доларів США в базовій поставці,що складається з LONBUILDER, 2-х емуляторів NEURON 3150, службового модуля
LONBUILDER, роутера, РС-карти, програмного забезпечення і комплектупроводів).

Рівень сполучення вузлів нижнього рівня системи автоматизації зпристроями верхнього рівня?? редполагает використання спеціалізованогопрограмного забезпечення для організації взаємодії вузлівмікроконтролерного мережі. Як правило, пристрій управління локальною мережеюорганізовується на базі персонального комп'ютера, що містить пристрійсполучення з мережею в стандарті LONWORKS. З рівня подібного комп'ютераможливо забезпечити управління зв'язуванням вихідних та вхідних зміннихокремих вузлів нижнього локальної мережі та здійснювати спільні функціїуправління мережею, що передбачають ідентифікацію вузлів, визначення іуправління їх статусом в локальній мережі, тестування мережних зміннихкожного з вузлів.

Структура зв'язків мережевих змінних вузлів локальної мережі, іпевне при конфігурації мережі стан кожного з вузлів, записуєтьсяяк в незалежну пам'ять вузлів, так і в базу даних комп'ютера -конфігуратора мережі.

Необхідно відзначити, що протокол LONWORKS передбачає спеціальніфункції із захисту даних та їх кодування при передачі між вузлами мережі.
Ці функції забезпечують надійність передачі інформації та неможливістьнесанкціонованої заміни вузлів локальної мережі.

На малюнку 1-16 вказана структура обміну даними між нейрочіпамі типу
SLAVE A і MASTER A. На цьому малюнку зображено три нейрочіпа MASTER A, аледля обробки в нашому випадку досить і одного.
Для сполучення нижнього рівня локальної мережі, побудованої на базі стандарту
LONWORKS, c рівнем комп'ютерних станцій можуть бути застосовані плати таавтономні пристрої, промислово що випускаються фірмами, що підтримуютьцей стандарт. Так фірма IEC (США) проводить автономний сервер даних
(Datalogger), реалізований на базі PC-104 і оснащений інтерфейсній платоюдля взаємодії з мережею, виконаної на базі мікроконтролера NEURON.

При організації роботи станцій верхнього рівня систем автоматизації,базіруемих на стандарті LONWORKS, може застосовуватися як комерційне,наприклад, яке виробляється фірмою IEC, так або ж спеціалізованепрограмне забезпечення розроблене окремими користувачами для вирішенняконкретних завдань (наприклад, MIMS, розроблене Sandia National
Laboratories).

1. Постановка завдання

1.1. Огляд літератури і запропоновані методи вирішення.

У зв'язку з тим, що перший нейрочіп був проведений в середині 1999року, то кількість літератури описує роботу нейрочіпа обмежена.
Вітчизняних книг ще не написано, використовуються тільки переклади зарубіжнихавторів. Так найбільш придатною книгою для реалізації даного завданняє книга німецького автора Дітріх - Лой - Швайнцер «Lon технологія». Уцій книзі є як структурна, функціональна, так і програмнареалізація роботи нейрочіпа. Внутрішньої, електричної схеми нейрон чіпазнайдено не було за раніше описаним обставинам і у зв'язку авторськимпатентом виданими в США (USA patent № DC1233 -10 1999) про авторські правана реалізацію нейрочіпа. Тому наведена у додатку № 1 схема єлише приблизною функціональної - електричною схемою, тобто зображенізовнішні висновки мікросхем, але а внутрен