Multimicroprocessador para aplicações em tempo real (MATER).

MULTIMICROPROCESSADOR PARA APLICAÇÕES

EM TEMPO REAL ( MATER )

POR

JOSÉ SÉRGIO DA ROCHA NETO

TESE DE MESTRADO

ORIENTADORES: P r o f 9 JOSÉ HOMERO F. CAVALCANTI

P r o f 9 GURDIP SINGH DEEP

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

MULTIMICROPROCESSADOR PARA APLICAÇÕES

EM TEMPO REAL ( MATER )

POR

JOSÉ SÉRGIO DA ROCHA NETO

TESE DE MESTRADO

A p r e s e n t a d a ã Coordenação S e t o r i a l

de PÕs-Graduação e Pesquisa da

Prõ-R e i t o r i a p a r a A s s u n t o s do I n t e r i o r

da U n i v e r s i d a d e F e d e r a l da Paraíba,

em cumprimento ãs exigências p a r a

obtenção do g r a u de M e s t r e em

Ciên-c i a s .

t,

S U M Á R I O

Página

CAPITULO I

INTRODUÇÃO 1 1.1 - CONTROLE DE PROCESSOS COM COMPUTADORES 2

1.2 - CONTROLE DE PROCESSOS COM MULTIPROCESSADORES 3 CAPITULO I I . i ARQUITETURA DE MULTIPROCESSADORES 2.1 - MULTIPROCESSADORES 5 2 . 1 . 1 - PERFORMANCE E CARACTERÍSTICAS 7 2.1.2 - SISTEMA OPERACIONAL 7 2.1.3 - ORGANIZAÇÃO DO HARDWARE 10 t

2.2 - COMPARAÇÃO DOS SISTEMAS EXISTENTES 15 CAPITULO I I I

MULTIPROCESSADORES E CONTROLE DE PROCESSOS

3.1 - ARQUITETURA PROPOSTA 18 3.2 - CARACTERÍSTICAS DA ARQUITETURA PROPOSTA ... 20

3 . 2 . 1 - MICROPROCESSADOR I ( u P i ) 26 3.2.2 - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR (uPS) 26

CAPITULO I V

IMPLEMENTAÇÃO DO MATER

4.1 - CONSIDERAÇÕES DE HARDWARE 28

4.1.1 - MICROPROCESSADOR I ( u P i ) 2 9

4.1.2 - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR (uPS) 37 4.1.3 - MEMORIA COMPARTILHADA (M.C.) 4 0

4.2 - CONSIDERAÇÕES DE SOFTWARE 40 4.2.1 - MICROPROCESSADOR I . ( u P i ) 40

4.2.2 - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR (uPS) 45

4.2.3 - MEMORIA COMPARTILHADA (M.C.) 46

4.2.4 - O GMC-MATER 50 CAPITULO V

CONCLUSÕES 57 APÊNDICES 6 0

APÊNDICE A - OPERAÇÃO DO MATER 6 1 APÊNDICE B - EXPANSÃO DO MATER 6 3

APÊNDICE C - CIRCUITOS DO MATER 6 5

APÊNDICE D - PROGRAMAS DO MATER 7 1

R E S U M O Un s i s t e m a d e m u l t i p r o c e s s a d o r e s p o s s u i d o i s o u m a i s p r o c e s s a d o r e s que c o m p a r t i l h a m r e c u r s o s comuns de HARDWARE e SOFTWARE. N e s t e t r a b a l h o se a p r e s e n t a um e s t u d o d e a l gumas a r q u i t e t u r a s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s e a s f o r m a s de a c e s s o aos r e c u r s o s c o m p a r t i l h a d o s . É d e s e n v o l v i d o un m u l t i p r o c e s s a d o r p a r a aplicações em t e m p o r e a l com o i t o m i c r o p r o c e s s a d o r e s M 6800 com s e u s i n t e r f a c e s de E/S e memória p a r t i c u l a r c o m p a r t i l h a n d o um b a n c o de memória comum. O a c e s s o a memória comum é c o n t r o l a d o p o r um m i c r o c o m p u t a d o r s i n c r o n i z a d o r . O p r o g r a m a g e r e n c i a d o r d a memória c o m p a r t i l h a d a é d e s e n v o l v i d o p a r a p e r m i t i r a t r o c a d e i n

formações e n t r e o s p r o c e s s a d o r e s através d a memória c o m p a r t i l h a -da .

A B S T R A C T

A m u i t i p r o c e s s o r s y s t e m c c m p r i s e s o f t w o o r more p r o c e s s o r s s h a r i n g common h a r d w a r e and s o f t w a r e r e s o u r c e s .

I n t h i s t h e s i s , a s t u d y o f some m u i t i p r o c e s s o r a r c h i t e t u r e a n d f o r n s o f r e s o u r c e s h a r i n g i s p r e s e n t e d . A m u l t i m i c r o p r o c e s s o r f o r r e a l t i m e a p p l i c a t i o n s , c o n s i s t i n g o f e i g h t m i c r o p r o c e s s o r s M 6800, e a c h w i t h i t s p r i v a t e memory a n d 1/0 d i v i c e s and s h a r i n g

a common memory, h a s b e e n d e v e l o p e d . The a c c e s s t o common memory i s c o n t r o l l e d b y a m i c r o p r o c e s s o r b a s e d s i n c r o n i s e r . The p r o g r a m d e v e l o p e d f o r management o f corrmon memory, p e r m i t s i n f o r m a t i o n e x c h a n g e b e t w e e n t h e p r o c e s s o r s v i a cQtimon m e m o r y .

à A d a i r , R o d r i g o e R e n a t a .

Meus a g r a d e c i m e n t o s

Aos p r o f e s s o r e s G u r d i p S i n g h Deep e José Home r o F e i t o s a C a v a l c a n t i p e l a v a l i o s a orientação

Ao p r o f e s s o r José I v a n Carnaúba A c c i o l y p e l a sua orientação académica

Aos p r o f e s s o r e s da F a c u l d a d e de E n g e n h a r i a de J o i n v i l l e (SC) p e l o s i n c e n t i v o s d e m o n s t r a d o s

E a t o d o s q u e contribuíram na elaboração d e s -t e -t r a b a l h o .

LISTAS DAS FIGURAS

F i g u r a Página 1.1 - ESTRUTURA DE NETWORK 4

1.2 - ESTRUTURA DE MULTIPROCESSADOR 4

2.1 - SISTEMA V I A COMUM 12 2.2 - SISTEMA DE V I A COMUM MÚLTIPLAS 13

2.3 - SISTEMA MULTIPORTAS 14 2.4 - SISTEMA CROSSBAR 16 3.1 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO MATER 19

3.2 - MICROPROCESSADOR I ( u P i ) 2 1 3.3 - DIAGRAMA MAIS DETALHADO DO MATER 22

3.4 - MAPA DE MEMORIA DO u P i 24 3.5 - ENDEREÇOS DOS DISPOSITIVOS DE E/S DO u P i 25

4 . 1 - MICROPROCESSADOR I - ESTRUTURA DE UNIPROCESSADOR .. 30

4.2 - PROTÓTIPO DO MATER 3 1 4.3 - PLACA DO MICROPROCESSADOR I ( u P i ) 32

4.4 - PLACA DE E/S DO u P i 33 4.5 - BUS DO MATER - V I A MATER 36

4.6 - ARQUITETURA DO SINCRONIZADOR (uPS) 38

4.7 - MAPA DE MEMORIA DO uPS 39 4.8 - MAPA DE MEMORIA DA M.C 4 1 4.9 - FLUXOGRAMA DO SATER. 1 43

4.10 - FLUXOGRAMA DO SATER.l (SUBROTINAS) 44 4.11 - FLUXOGRAMA DO GMC-MATER (SUBROTINA ACESSO) 5 1

4.12 - FLUXOGRAMA DO GMC-MATER (SUBROTINA ORGANIZA) .... 5 2

4.13 - FLUXOGRAMA DO GMC-MATER (SUBROTINA TAREFA) 53 4.14 - FLUXOGRAMA DO GMC -MATER (SUBROTINA F I M ) 54

L I S T A DE ABREVIATURAS OU SIGLAS

M.C. - MEMORIA COMPARTILHADA

MATER - MULTIMICROPROCESSADOR PARA APLICAÇÕES EM TEMPO REAL

ANSI - AMERICAN NATIONAL STANDARD VOCABULARY FOR INFORMATION PROCESSING

E/S - ENTRADA/SAIDA

C.P.U. - CENTRAL PROCESSING UNIT

uPS - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR u P i - MICROPROCESSADOR I

M.P. - MEMORIA PARTICULAR

P I A - PERIPHERAL INTERFACE ADAPTER P I A - S - P I A DE SINALIZAÇÃO

GMC-MATER - PROGRAMA DE GERÊNCIA DA MEMORIA COMPARTILHA DA

SATER.l - SISTEMA DE DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMAS DE APLICAÇÕES NO MATER

AC I A - ASSYNCHRONOUS COMMUNICATIONS INTERFACE ADAP TER

uPV - MICROPROCESSADOR VIRTUAL uPM - MICROPROCESSADOR MESTRE RTC - REAL TIME CLOCK

S.C. - SINALIZAÇÃO COMUM

S.E. - SINALIZAÇÃO ESPECÍFICA

CAPITULO I

INTRODUÇÃO

Sao várias a s aplicações da e n g e n h a r i a n a s q u a i s n e c e s s i -t a - s e d o c o n -t r o l e d o s parâme-tros de um d e -t e r m i n a d o p r o c e s s o . E s -t e c o n t r o l e r e a l i z a s e em função d a s variáveis do p r o c e s s o q u e p o -dem e n v o l v e r g r a n d e z a s físicas, químicas, e t c . A v e l o c i d a d e com que e s t e s p r o c e s s o s devem s e r c o n t r o l a d o s v a r i a de um p r o c e s s o ã o u t r o . A t u a l m e n t e , a s técnicas e m p r e g a d a s no c o n t r o l e de p r o c e s -sos estão e v o l u i n d o e e n v o l v e n d o várias áreas da e n g e n h a r i a .

c i o n a i s de m a l h a f e c h a d a , s i s t e m a s analógicos, s i s t e m a s d i g i t a i s (apenas h a r d w a r e ) , e t c , t e m c e d i d o l u g a r a aplicações d e s i s t e -mas de c o m p u t a d o r e s com um único p r o c e s s a d o r , o u vários p r o c e s s a

d o r e s i n t e r l i g a d o s num mesmo s i s t e m a .

c e s s i t a de g r a n d e s v e l o c i d a d e s de operação, p a r a q u e o p r o c e s s a -d o r além -de f a z e r o c o n t r o l e -d o s p r o c e s s o s , possam f a z e r a comu-nicação com o p e r a d o r e s , o u t r o s s i s t e m a s , e t c . Uma d a s técnicas u t i l i z a d a s c o n s i s t e em se u t i l i z a r p r o c e s s a d o r e s i n t e r l i g a d o s num mesmo s i s t e m a , c o m p a r t i l h a n d o o s r e c u r s o s (memória, d i s p o s i t i v o s de e n t r a d a e saída de d a d o s , e t c . ) d e s t e s i s t e m a . E s t e capítulo i n t r o d u z a s técnicas m a i s u s u a i s n o c o n t r o -l e de p r o c e s s o s com s i s t e m a s de c o m p u t a d o r e s . As técnicas de c o n t r o l e de p r o c e s s o s p o r s i s t e m a s c o n v e n De modo g e r a l , o c o n t r o l e de p r o c e s s o s em tempo r e a l n e

-1.1 - CONTROLE DE PROCESSOS COM COMPUTADORES

Os c o m p u t a d o r e s t e m s i d o u t i l i z a d o s em c o n t r o l e de p r o c e s sos de várias m a n e i r a s e em d i f e r e n t e s aplicações t a i s cômoro DA TA LOGGING, o CONTROLE SUPERVISÔRIO e O CONTROLE D I G I T A L DIRETO. No DATA LOGGING, os d a d o s do p r o c e s s o s o b r e c o n t r o l e são c o l e t a d o s , a n a l i s a d o s e t a b u l a d o s de f o r m a pré-estabelecida e após i s s o são c o l o c a d o s a v i s t a d o o p e r a d o r a i n t e r v a l o s de t e m po r e g u l a r e s , o u então, q u a n d o são p o r e s t e r e q u i s i t a d o s . 0 o p e r a d o r u t i l i z a e s t e s r e s u l t a d o s p a r a c o n t r o l a r d i r e t a m e n t e o p r o -c e s s o . 0 -c o m p u t a d o r desempenha funções t a i s -como: verifi-cação de condições de a l a r m e , conversão de m e d i d a s p a r a u n i d a d e s de e n g e n h a r i a , a r m a z e n a m e n t o de d a d o s p a r a f u t u r a s verificações, e t c . No CONTROLE SUPERVISÔRIO o s d a d o s do p r o c e s s o s o b r e c o n t r o l e d e p o i s de o b t i d o s e p r o c e s s a d o s , são u t i l i z a d o s p a r a a e -xecução de cálculos q u e f o r n e c e m o s d a d o s a p r o p r i a d o s p a r a o s c o n t r o l a d o r e s q u e desempenham o c o n t r o l e do p r o c e s s o . 0 o p e r a d o r pode m o d i f i c a r n e s t e t i p o de c o n t r o l e , o s parâmetros ( d a d o s ) de p r o c e s s a m e n t o do c o m p u t a d o r , se um n o v o v a l o r de referência é de s e j a d o .

No CONTROLE D I G I T A L DIRETO, o c o m p u t a d o r obtém o s d a d o s do p r o c e s s o s o b r e c o n t r o l e e u t i l i z a - o s p a r a e x e c u t a r p r o g r a m a s que s i m u l a m as funções d o s c o n t r o l a d o r e s analógicos. 0 c o m p u t a -d o r através -de c i r c u i t o s ( i n t e r f a c e s ) e s p e c i a i s , a j u -d a o a t u a -d o r

f i n a l (válvulas, c h a v e s , e t c . ) p a r a e f e t u a r o c o n t r o l e d o s p r o -c e s s o s . Os d a d o s de referên-cia p a r a o -c o n t r o l e d e s s e s p r o -c e s s o s , podem s e r d e f i n i d o s p e l o o p e r a d o r o u o b t i d o s p e l o próprio compu-t a d o r , d e s e m p e n h a n d o cálculos escompu-tacompu-tíscompu-ticos, comparações, e compu-t c . O c o m p u t a d o r n e s t e c a s o p o d e p e r m i t a r uma a m p l a seleção de n o v o s a l g o r i t m o s de c o n t r o l e m a i s s o f i s t i c a d o s , q u e podem s e r u t i l i z a -dos como técnicas de c o n t r o l e m a i s avançadas. T o d a v i a n e s t e t i p o de c o n t r o l e de p r o c e s s o s , uma f a l h a n o c o m p u t a d o r s i g n i f i c a uma p e r d a no c o n t r o l e de t o d o s o s p r o c e s s o s a e l e a s s o c i a d o s . P o r e s

-t e m o -t i v o o CONTROLE D I G I T A L DIRETO ê sempre u s a d o com um c o n -t r o l e analógico a s s o c i a d o , p a r a o p e r a r em c a s o s de f a l h a s no

compu-3

t a d o r .

1.2 - CONTROLE DE PROCESSOS COiM MULTIPROCESSADORES

Nos s i s t e m a s de c o n t r o l e de p r o c e s s o s era t e m p o r e a l , o com p u t a d o r f a z a aquisição d o s d a d o s do p r o c e s s o s o b r e c o n t r o l e , e -x e c u t a o s p r o g r a m a s de c o n t r o l e e e n v i a o s d a d o s f i n a i s a o s a t u a d o r e s . D e v i d o a b a i x a v e l o c i d a d e d o s p r o c e s s a d o r e s que além de

f a z e r o c o n t r o l e d o s p r o c e s s o s , p e r m i t e m a comunicação com o s o p e r a d o r e s e o u t r o s s i s t e m a s , u t i l i z a - s e vários p r o c e s s a d o r e s i n t e r l i g a d o s num mesmo s i s t e m a , d 1 D Um d e s t e s s i s t e m a s é o NET-WORK, ( f i g . 1 . 1 ) , n e s t e s i s t e m a de ligação e n t r e p r o c e s s a d o r e s , c a d a c o m p u t a d o r p o s s u i s e u p r o c e s s a d o r c e n t r a l e s u a memória p a r t i c u l a r , a comunicação e n t r e o s p r o c e s s a d o r e s é f e i t a através de c a n a i s de comunicação em s e r i e e / o u p a r a l e l o . C 1 3

Uma o u t r a solucação é o m u l t i p r o c e s s a d o r ( f i g . 1 . 2 ) . Nest e Nest i p o de s i s Nest e m a a p r i n c i p a l caracNesterísNestica é q u e a c o m u n i c a -ção e n t r e c s p r o c e s s a d o r e s é f e i t a através d o s r e c u r s o s c o m p a r t i l h a d o s (memória, d i s p o s i t i v o s de e n t r a d a e saída de d a d o s , e t c . ) p o r t o d o s o s p r o c e s s a d o r e s . É necessário um s i n c r o n i s m o p a r a a u tilização d e s t e s r e c u r s o s , a f i m de e v i t a r q u e d o i s o u m a i s p r o -c e s s a d o r e s t e n h a m o a -c e s s o ao mesmo r e -c u r s o , ao mesmo t e m p o . f 1 3 Este.. t r a b a l h o t r a t a d o p r o j e t o de um MULTIMICROPROCESSA -DOR PARA APLICAÇÕES EM TEMPO REAL (MATER). No capítulo 2, ê a p r e

s e n t a d a uma descrição d a s a r q u i t e t u r a s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s , n o capítulo 3, d e s c r e v e s e as interrelações e n t r e m u l t i p r o c e s s a d o -r e s e c o n t -r o l e de p -r o c e s s o s , no capítulo 4, m o s t -r a - s e a i m p l e m e n tacão de HARDWARE e SOFTWARE p a r a o MATER e f i n a l m e n t e no capítu l o 5, a p r e s e n t a - s e o s comentários d o s r e s u l t a d o s e conclusões.

4 COMP 4 COMP3 COMP 6 COMP 7 r C O M P 5 M S PIO M S MUX P C M C COMPUTADOR .1 MUX P C PIO MS MS M C COMPUTADOR 2

Fig. r . l Estrutura de NETWORK.

M P M P M P

C H A V E

p c PC PC P I O PIO

MS MS MS MS

LEGENDA. PC = Processador central, PIO = Processador d« I / O , MP= Memorio primário, MS = Memoria secundária.

CAPITULO I I

ARQUITETURAS DE MULTIPROCESSADORES

Em m u i t o s s i s t e m a s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s e x i s t e uma v i a (BUS) comum a t o d o s o s p r o c e s s a d o r e s de modo a p e r m i t i r o a c e s s o de c a d a um d e s t e s p r o c e s s a d o r e s a o s r e c u r s o s c o m p a r t i l h a d o s (me-mória, d i s p o s i t i v o s de e n t r a d a e s a l d a de d a d o s , e t c . ) Um d o s r e q u i s i t o s d e s t e s s i s t e m a s é o c o n t r o l e d e s t a v i a , de modo a p e r m i t i r que um único p r o c e s s a d o r t e n h a a c e s s o a e l a de c a d a v e z , a s -s i m como e v i t a r que um p r o c e -s -s a d o r q u e d e -s e j e a c e -s -s o a e -s t a v i a , f i q u e m u i t o t e m p o o c i o s o , a g u a r d a n d o p a r a que p o s s a u t i l i z a - l a . E x i s t e m d i v e r s o s t i p o s de a r q u i t e t u r a de m u l t i p r o c e s s a d o r e s de g r a n d e p o r t e , o n d e soluções p a r a e s t e p r o b l e m a são a p r e -s e n t a d a -s , t a i -s como: o BURROUGHS D 8 2 5 , o BENDIX G-21 e o IBM 360/65. L 31

N e s t e capítulo são a p r e s e n t a d a s as a r q u i t e t u r a s i m a i s u s u a i s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s , e as técnicas de a c e s s o a o s r e c u r -s o -s c o r i p a r t i l h a d o -s , bem como -s u a -s p r i n c i p a i -s caracterí-stica-s, t a i s como: p e r f o r m a n c e , organização do s i s t e m a o p e r a c i o n a l , o r g a nização do h a r d w a r e .

2.1 - MULTIPROCESSADORES

E n s l o w C 4 H, a p r e s e n t a a s e g u i n t e definição de um m u l t i -p r o c e s s a d o r , -p r o -p o s t a -p e l a A N S I ; "Um m u l t i -p r o c e s s a d o r é d e f i n i d o

6

como sendo um c o m p u t a d o r e n v o l v e n d o duas o u m a i s u n i d a d e s de p r o c e s s a m e n t o s o b r e c o n t r o l e i n t e g r a d o . " A definição a c i m a é c o r r e -t a , -t o d a v i a , não ê s u f i c i e n -t e . Q 4 J C e r -t a m e n -t e o r e q u i s i -t o p a r a que um m u l t i p r o c e s s a d o r t e n h a c o n t r o l e i n t e g r a d o ê e x t r e m a m e n t e i m p o r t a n t e , p a r a que um m u l t i p r o c e s s a d o r t e n h a um s i s t e m a de o p e ração i n t e g r a d a , e n t r e t a n t o , o c o n t r o l e de participação e i n t e r a ção e n t r e o s p r o c e s s a d o r e s , o s q u a i s são o c e n t r o d a s técnicas de m u l t i p r o c e s s a d o r e s , não estão incluídas n e s t a definição.[ 4 J

Um s i s t e m a de m u l t i p r o c e s s a d o r e s p o d e i n c l u i r o c o m p a r t i -l h a m e n t o d i r e t o da memória p o r t o d o s o s p r o c e s s a d o r e s , e o comp a r t i l h a m e n t o d o s d i s comp o s i t i v o s de e n t r a d a e s a l d a ( E / S ) , comp o r t o -da a memória e combinações de p r o c e s s a d o r e s . Embora n e s t e p o n t o p o s s a e x i s t i r a l g u m a qualificação s o b r e o c o m p a r t i l h a m e n t o de t o dos os r e c u r s o s de um t i p o p a r t i c u l a r de d i s p o s i t i v o ( p r o c e s s a d o r e s , memória, e t c . ) e s t e c o n c e i t o ê a i n d a m a i s a m p l o . 0 a s p e c t o , m a i s i m p o r t a n t e d a s interações e n t r e p r o c e s s a d o r e s , é o nível no q u a l e s t a s podem o c o r r e r , d o p o n t o de v i s t a do c o n t r o l e a i n t e r a ção ê possível e n t r e JOB's c o m p l e t o s o u e n t r e p a s s o s i n d i v i d u a i s de JOB's. C 4 •

E n s l o w [ 4 1 1 S e a r l e e F r e b e g [ 5 D , d e f i n e m um m u l t i p r o c e s _ s a d o r como s e n d o um s i s t e m a com a s s e g u i n t e s características:

1 - O m u l t i p r o c e s s a d o r contém d o i s o u m a i s p r o c e s s a d o r e s de c a p a c i d a d e comparáveis. 2 T o d o s o s p r o c e s s a d o r e s c o m p a r t i l h a m o a c e s s o a m e m ó -r i a c o m p a -r t i l h a d a . (Memó-ria Comum) 3 T o d o s o s p r o c e s s a d o r e s c o m p a r t i l h a m o a c e s s o a o s c a n a i s d e E/S, u n i d a d e s de c o n t r o l e e d e m a i s d i s p o s i t i -v o s . 4 0 s i s t e m a c o m p l e t o é c o n t r o l a d o p o r um s i s t e m a o p e r a c i o n a l , q u e gerência a s interações e n t r e o s p r o c e s s a -d o r e s e seus p r o g r a m a s . P e l o e x p o s t o , o b s e r v a - s e q u e e x i s t e m u i t a s s i m i l a r i d a d e s , e n t r e m u i t i p l o s - c o m p u t a d o r e s e m u l t i p r o c e s s a d o r e s , d e s d e que am-bos são d e s e n v o l v i d o s com o mesmo o b j e t i v o ; s u p o r t a r operações simultâneas. [ 4 3 E n t r e t a n t o , e x i s t e uma diferença e n t r e e s t e s

7 d o i s t i p o s d e s i s t e m a s e e s t a b a s e a d a n o g r a u de extensão e com-p a r t i l h a m e n t o d o s com-p r o c e s s a d o r e s . Um s i s t e m a de múlticom-plos c o m com-p u t a d o r e s c o n s i s t e de vários c o m p u t a d o r e s d i s c r e t o s e s e p a r a d o s (ape s a r de e x i s t i r comunicação d i r e t a e n t r e s i ) , e n q u a n t o q u e um m u i t i p r o c e s s a d o r ê um c o m p u t a d o r s i m p l e s , com múltiplas u n i d a d e s d e p r o c e s s a m e n t o . [ 4 ] , [ 5 7J 2.1.1 - PERFORMANCE E CARACTERÍSTICAS Q u a t r o f a t o r e s d e t e r m i n a n t e s d a p e r f o r m a n c e de um s i s t e m a s e r v e m c a n o motivação a continuação do d e s e n v o l v i m e n t o d e s i s t e -mas de p r o c e s s a m e n t o p a r a l e l o , de a c o r d o com E n s l o w Q 4 ] e N u t t

Q

6 3 r são: 1 - T h r o u g h p u t 2 - D i s p o n i b i l i d a d e 3 - F l e x i b i l i d a d e 4 - C o n f i a b i l i d a d e 0 THROUGHPUT é o t e m p o médio q u e um p r o c e s s a d o r n e c e s s i t a p a r a p r o c e s s a r um c o n j u n t o de instruções q u e o c o r r e m com i m a i o r

frequência. E s t e t e m p o é m e d i d o com o auxílio de um p r o g r a m a c h a mado BENCHMARK. As d e m a i s características estão i n t e r l i g a d a s com

a realização física d o s i s t e m a , a s s i m s e n d o , a D I S P O N I B I L I D A D E d e um s i s t e m a c o n v e n c i o n a l ê a p e n a s d e p e n d e n t e d a eficácia d o s m ó d u l o s i n d i v i d u a i s d e s t e .

A F L E X I B I L I D A D E mede como a configuração p o d e s e r a l t e r a -da com f a c i l i d a d e , i s t o ê, s e um s i s t e m a é a l t a m e n t e flexível é também a l t a m e n t e m o d u l a r .

A CONFIABILIDADE está r e l a c i o n a d a com a c o n f i a b i l i d a d e dos módulos i n d i v i d u a i s d e s t e s i s t e m a , e o s a s p e c t o s q u e i n f l u e n c i a m a s características a c i m a c i t a d a s são: d i s p o s i t i v o s e c i r c u i t o s u s a d o s , a a r q u i t e t u r a d o s i s t e m a e a organização d o s i s t e m a o p e r a c i o n a l . Q 4, 6 7J 2.1.2 - SISTEMA OPERACIONAL Um s i s t e m a o p e r a c i o n a l é um c o n j u n t o de p r o g r a m a s r e s i d e n

8 U N I V E R S I D A D E F E D F R f t L DA P A R A Í B A Pró-Kcitoria Para Assuntos do Intrrior

Coordenação Setorial de rós-Graduação Rua Aprígio Veloso, 882 Tel (C83) 321 7222-R 355

58.100 - Campina Grande - 1'araiba

t e s em um p r o c e s s a d o r , q u e a t u a como uma i n t e r f a c e e n t r e o usuá-r i o o u e n t usuá-r e p usuá-r o g usuá-r a m a s de aplicação do usuáusuá-rio e o h a usuá-r d w a usuá-r e d o p r o c e s s a d o r . Q 7 ~J Os t i p o s de organizações q u e podem s e r u t i l i z a d o s em p r o -j e t o s de s i s t e m a s o p e r a c i o n a i s p a r a m u l t i p r o c e s s a d o r e s , são:[ 5, 6 ] 1 - M e s t r e - e s c r a v o 2 - E x e c u t i v o s e p a r a d o p a r a c a d a p r o c e s s a d o r 3 - E x e c u t i v o simétrico o u anónimo p a r a t o d o s o s p r o c e s s a d o r e s

SISTEMA OPERACIONAL MESTRE - ESCRAVO

Os p r i m e i r o s s i s t e m a s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s p r o j e t a d o s op e r a v a m no modo M e s t r e e s c r a v o . ( Um op r o c e s s a d o r é d e s i g n a d o c o -mo m e s t r e e o s d e m a i s co-mo e s c r a v o . ) E s t e t i p o é o de m a i s

fá-c i l implementação, fá-c o n s t i t u i n d o - s e d e uma s i m p l e s extensão d o s s i s t e m a s • o p e r a c i o n a l s de u n i p r o c e s s a d o r e s q u e i n c l u i a m c a r a c t e -rísticas de multiprogramação. Embora o s i s t e m a M e s t r e - e s c r a v o s e j a s i m p l e s , é u s u a l m e n t e i n e f i c i e n t e em s e u c o n t r o l e e u t i l i z a -ção d o s r e c u r s o s d o s i s t e m a . E s t e t i p o d e s i s t e m a o p e r a c i o n a l a-p r e s e n t a as s e g u i n t e s características:[ 1 E s t e t i p o de s i s t e m a r e q u e r , c o m p a r a t i v a m e n t e , s i m -p l e s s o f t w a r e e n a r d w a r e . 2 - E s t e t i p o de s i s t e m a o p e r a c i o n a l , é e f i c i e n t e p a r a a-plicações o n d e a s t a r e f a s são bem d e f i n i d a s , o u p a r a s i s t e m a s assimétricos, n o s q u a i s o e s c r a v o tem uma c a p a c i d a d e m e n o r q u e o m e s t r e .

3 0 s i s t e m a t o t a l é s u j e i t o a g r a n d e s f r a c a s s o s q u e r e -q u e r e m a intervenção d o o p e r a d o r p a r a recomeçar, -q u a n do o c o r r e uma f a l h a no p r o c e s s a d o r d e s i g n a d o como mes t r e .

4 - 0 s i s t e m a c o m p l e t o é c o m p a r a t i v a m e n t e inflexível.

-9 rações e n t r e o m e s t r e e o s e s c r a v o s ) , é s e m p r e e x e c u t a d a no mes-mo p r o c e s s a d o r , se o e s c r a v o p r e c i s a de serviços q u e devem s e r f o r n e c i d o s p e l o e x e c u t i v o , e s t e p o d e r e q u i s i t a r o serviço e e s p e r a até q u e o p r o g r a m a c o r r e n t e no p r o c e s s a d o r m e s t r e s e j a i n t e r -r o m p i d o , e o e x e c u t i v o é d e s p a c h a d o . 0 e x e c u t i v o e as -r o t i n a s , que e s t e u s a não são r e e n t r a n t e s ( i s t o é, são e x e c u t a d a s sempre p e l o p r o c e s s a d o r m e s t r e . )

SISTEMA OPERACIONAL EXECUTIVO SEPARADO

0 S i s t e m a O p e r a c i o n a l E x e c u t i v o S e p a r a d o p a r a c a d a p r o c e s s a d o r a p r e s e n t a as s e g u i n t e s características: [ 5 3

1 - Cada p r o c e s s a d o r a t e n d e s u a s próprias n e c e s s i d a d e s de s o f t w a r e .

2 É necessário q u e a l g u n s d o s códigos s u p e r v i s o r e s s e jam r e e n t r a n t e s o u reaplicáveis, i s t o ê, podem s e r e -x e c u t a d o s p o r m a i s de um p r o c e s s a d o r .

3 - Cada p r o c e s s a d o r o u c a d a ex e c u t i v o tem s e u próprio c o n j u n t o de t a b e l a s p a r t i c u l a r e s ( d a d o s , t a s k s , e t c . ) e m b o r a a l g u m a s d e s t a s possam s e r comum ao s i s t e m a i n -t e i r o , o q u e c r i a um p r o b l e m a d e a c e s s o as -t a b e l a s . 4 E x e c u t i v o s s e p a r a d o s não são s e n s i t i v o s a f a l h a s . c a tastróficas como no s i s t e m a o p e r a c i o n a l m e s t r e e s c r a -v o , e n t r e t a n t o , o r e i n i c i o de um p r o c e s s a d o r i n d i -v i d u a l q u e a p r e s e n t a f a l h a é p r o v a v e l m e n t e difícil.

5 - Cada p r o c e s s a d o r tem s e u e q u i p a m e n t o de E/S, f i l e s , e t c .

SISTEMA OPERACIONAL EXECUTIVO SIMÉTRICO

C o n s i d e r a r t o d o s o s p r o c e s s a d o r e s , bem como t o d o s o s r e -c u r s o s s i m e t r i -c a m e n t e , o u -como um b l o -c o anónimo d e r e -c u r s o s , é o m a i s difícil modo de operação, £ 6 ] e n t r e t a n t o , o r e s u l t a d o pode

j u s t i f i c a r o esforço. E s t e t i p o de s i s t e m a o p e r a c i o n a l a p r e s e n t a a s s e g u i n t e s características: £ 5 ~J

10 1 - 0 m e s t r e f l u t u a de um p r o c e s s a d o r p a r a o u t r o , embora vários p r o c e s s a d o r e s possam e x e c u t a r r o t i n a s de s e r v i ços d o s u p e r v i s o r ao mesmo t e m p o . 2 - E s t e t i p o d e s i s t e m a p o d e alcançar a m e l h o r d i s t r i b u i ção d e t a r e f a s e utilização de t o d o s o s t i p o s de r e -c u r s o s d o s i s t e m a .

3 Os c o n f l i t o s en requisições de serviços são r e s o l v i -d o s p e l a p r i o r i -d a -d e , q u e p o -d e s e r um c o n j u n t o s o b r e c o n t r o l e estático o u dinâmico.

4 - M u i t o s códigos s u p e r v i s o r e s poden s e r r e e n t r a n t e s , d e s de q u e vários p r o c e s s a d o r e s podem e x e c u t a r a mesma s u b r o t i n a de serviços a o mesmo t e m p o . 5 Os c o n f l i t o s n a s t a b e l a s de a c e s s o ( a t a r e f a s o u c ó -d i g o s s u p e r v i s o r e s ) e t a b e l a s -de c o n s u l t a s po-dem o c o r r e r , t o d a v i a , e s t e p o n t o p o d e s e r c o n t r o l a d o em c a d a c a m i n h o em q u e a i n t e g r i d a d e do s i s t e m a é p r o t e g i d a . 2.1.3 - ORGANIZAÇÃO DO HARDWARE Em s i s t e m a s de m u l t i p r o c e s s a d o r e s , d o i s f a t o r e s são m u i t o i m p o r t a n t e s p a r a a s u a classificação en t e r m o s d e organização de h a r d w a r e [ _ 8 3 , ou s e j a n , a t o p o l o g i a e o t i p o de interconexões , e n t r e a s u n i d a d e s f u n c i o n a i s . Exan i n a n d o - s e o s i s t e m a de c h a v e s p a r a a c e s s o a o s r e c u r s o s c o m p a r t i l h a d o s , p o d e - s e i d e n t i f i c a r três f u n d a m e n t a i s e d i f e r e n t e s s i s t e m a s de organização de h a r d -w a r e [ 3 , 4, 5,3 e [9 3 / u s a d o s em m u l t i p r o c e s s a d o r e s q u e são:

1 - S i s t e m a de V i a con un (conmon Bus S y s t e n ) 2 - S i s t e m a M u l t i p o r t a s ( M u l t i p o r t S y s t e m ) 3 - S i s t e m a C r o s s b a r ( C r o s s b a r S w i t c h S y s t e m ) E m b o r a o a l c a n c e c o m p l e t o do esquema de i n t e r c o n e x ões e n -t r e a s u n i d a d e s f u n c i o n a i s ( p r o c e s s a d o r e s , memória, d i s p o s i -t i v o s de E/S, e t c . ) s e j a m u i t o m a i s a m p l o do q u e o a p r e s e n t a d o e m [ 3 3 , [ 4 3 , e [ 5 3 / e x i s t e m vários o u t r o s s i s t e m a s de organizações p a r a operação de p r o c e s s a d o r e s em p a r a l e l o , a l g u m a s d e s t a s o r g a n i

-11 zaçoes s a o : S i s t e m a nao H o m o g e n e o f 1 ] , P r o c e s s a d o r e s P i p e l i n e [ 1 0 ] , P r o c e s s a d o r e s A s s o c i a t i v o s [ 1 1 ] , P i p e l i n e d L o o p [ 1 2 ] , e t c . SISTEMA DE V I A COMUM Dos s i s t e m a s a c i m a c i t a d o s , o V i a Coimam, ê o d e m a i s s i m p l e s i n t e r c o n e c ão e n t r e a s u n i d a d e s f u n c i o n a i s , ( f i g . 2 . 1 ) . N e s -t e s i s -t e m a -t o d a s as u n i d a d e s f u n c i o n a i s são c o n e c -t a d a s em una ún i c a v i a (BUS). As operações de traúnsferêúncia de d a d o s o u t a r e -f a s são c o n t r o l a d a s p e l o e s t a d o d a v i a . Uma u n i d a d e ( p r o c e s s a d o r d i s p o s i t i v o de E/S) ao o r d e n a r o início de uma transferência,pri m e i r o v e r i f i c a o e s t a d o da v i a . Se e s t a está disponível e o d e s

-tinatário p o d e r e c e b e r , então i n i c i a - s e a transferência. A u n i d a de de recepção o r g a n i z a a s informações e r e s p o n d e ao s i n a l d e c o n t r o l e de e n v i o c o n f i r m a n d o a recepção. E s t e ê o c o n c e i t o bãsi_ c o embora a operação c o n p l e t a não s e j a t o t a l m e n t e s i m p l e s .

E s t e t i p o de organização de s i s t e n a a p r e s e n t a uma fácil implementação de h a r d w a r e . S e a r l e e F r e b e g [ 5 ] , c i t a m d o i s t i -p o s de s i s t e m a de v i a comum, o s i s t e m a de v i a comum s i m -p l e s ( S I N GLE TIME-SHARED BUS), como m o s t r a d o na f i g . 2 . 1 , e o s i s t e m a d e v i a comum múltiplas (MULTPLE TIME-SHARED BUS), como m o s t r a d o na f i g u r a 2.2. No p r i m e i r o t i p o uma f a l h a na v i a (BUS) s i g n i f i c a u n a f a l h a no s i s t e m a , no s e g u n d o t e m s e a n e c e s s i d a d e de d i s p o s i -t i v o s a -t i v o s p a r a c o n -t r o l e d a s v i a s , o q u e p e r m i -t e o u s o de p r i o r i d a d e s e un m a i o r g r a u d e c o m p l e x i d a d e q u e no c a s o a n t e r i o r . [ 5 ]

SISTEMA MULTIPORTAS

O s i s t e m a m u l t i p o r t a s (MULTIPORT SYSTEMS OR MULTIPORTMEMÕ R I E S ) , u s a múltiplas v i a s d e d i c a d a s , como m o s t r a d o na f i g . 2.3. N e s t e s i s t e m a c a d a e l e m e n t o p a s s i v o t e n várias p o r t a s , c a d a uma l i g a d a a uma CPU d i f e r e n t e . I s t o a u m e n t a em m u i t o o número d e interconecções e além d i s t o c a d a e l e n e n t o p a s s i v o r e q u e r uma f o r ma d i f e r e n t e de a v i s o de r e c e b i m e n t o p a r a c a d a requisição d o s

-12

Fig. 2.1 - Sistema de v i a c o m u m . ( Time - shared or commom-bus.)

13 I / O 1 C P U 4 V I A - COMUM C P U 3 C P U 2 C P U 1 MEMORIA 4 MEMORIA 3 MEMORIA 2 MEMORIA 1 F i g . 2 ! 2 - Sistema ( Multiple via comum time shared múltiplas, bus. )

C F J 1 C P U 2 C P U 3 C P U 4 MEMORIA 1 I / O 1 MEMORIA 2 MEMORIA 3 I / O 2 MEMORIA 4 I / O 3 F i g . 2'. 3 - Sistema multiportas. ( M u l t i p o r t memories or m u l t i p o r t systems.)

15 U N I V E R S I D A D E F E D F R A L D A * P A R A l B A

Pré-RHtori» Para Assuntos do Interior

Coordenação Setorial de rós-Graduação Sua Aprígio Veloso. 882 Te] (C83) 321-7222-R 355

&B IÚQ • Campina Grande - Paraíba

ção, t o r n a - s e necessária uma definição prévia d a c a p a c i d a d e mãxi ma do S i s t e m a , o q u e l i m i t a o s e u g r a u de e x p a n d i b i l i d a d e . S i s t e mas com g r a n d e s m e m o r i a s usam e s t e t i p o de organização de h a r d -w a r e , [ 3 j , [ 51 além de uma c e r t a p r i o r i d a d e pré-estabelecida p a r a a interconexão d a s u n i d a d e s de CPU com os módulos de m e m õ r i a . [ 4 j

SISTEMA CROSSBAR

0 S i s t e m a C r o s s b a r (CROSSBAR SWITCH SYSTEMS), c o n s i s t e no método de se c o n e c t a r M e l e m e n t o s de um d e t e r m i n a d o t i p o com N e l e m e n t o s de uma o u t r a c l a s s e , t o d o s l i g a d o s um a um, como mos-t r a d o na f i g . 2.4. As conexões múlmos-tiplas simulmos-tâneas são possí-v e i s d e s d e que e s t a s s e j a m m u t u a m e n t e e x c l u s i possí-v a s . E s t e método r e q u e r uma m a t r i z de MxN c h a v e s , além de um c o n t r o l e a s s o c i a d o a e s t e s p o n t o s de interconexões. T a l configuração alcança o m a i o r g r a u de transferência de informações e n t r e s u a s u n i d a d e s f u n c i o -n a i s , t o d a v i a , a e x p a -n d i b i l i d a d e de s i s t e m a s com e s t e t i p o de i -n terconexão é u s u a l m e n t e difícil. [ 4 ]

2.2 - COMPARAÇÃO DOS SISTEMAS EXISTENTES

E n t r e o s f a t o r e s que podem s e r c o n s i d e r a d o s n a comparação dos três t i p o s de organizações a n t e r i o r m e n t e d e s c r i t a s p a r a a v a -l i a r s e u u s o em ap-licações e s p e c i f i c a s , os óbvios são: t h r o u g h p u t , f l e x i b i l i d a d e , segurança, p o t e n c i a l de expansão e c a p a c i d a d e de transferência de informações e n t r e a s u n i d a d e s f u n c i o n a i s .

O s i s t e m a V i a Comum a p r e s e n t a o h a r d w a r e de menor c o m p l e -x i b i l i d a d e e de m a i s fácil modificação p e l o acréscimo o u remoção

de u n i d a d e s f u n c i o n a i s , t o d a v i a a f a l h a da v i a s i g n i f i c a a f a l h a do s i s t e m a . Sua expansão é l i m i t a d a p o i s p o d e s e d e g r a d a r f a c i l -m e n t e a p e r f o r -m a n c e t o t a l do s i s t e -m a , co-m a adição de u n i d a d e s f u n c i o n a i s e a eficiência e f e t i v a do s i s t e m a é a m a i s b a i x a . E s -t e -t i p o de organização é u s u a l m e n -t e a p r o p r i a d a p a r a p e q u e n o s s i s t e m a s . 0 S i s t e m a M u l t i p o r t a s a p r e s e n t a um p o t e n c i a l p a r a a t a x a

16

• • •

M E M O R I A m MEMORIA 3 MEMORIA 2 MEMORI A 1 PROCESSADORl 1 PROCESSADOR 2 PROCESSADOR n F i g . 2 ! 4 - S i s t e m a c r o s s b a r . ( Crossbar switch s y s t e m s . )

17

de transferência de informações a l t o em relação ao s i s t e m a v i a comum e i n f e r i o r ao s i s t e m a c r o s s b a r . E s t e t i p o de organização r e q u e r uma u n i d a d e de memória m a i o r do que o s d e m a i s s i s t e m a s , desde que o c o n t r o l e d a s c h a v e s ( p o n t o s de interconexões) está incluído n a s u n i d a d e s de memória. Em relação a o s o u t r o s s i s t e m a s as u n i d a d e s f u n c i o n a i s p e r m i t e um r e l a t i v o b a i x o c u s t o p a r a r e a -lização d o s s i s t e m a , a p a r t i r de um único p r o c e s s a d o r , e n q u a n t o que a dimensão e opção d a s configurações são l i m i t a d a s p e l o núme r o e t i p o s de memórias disponíveis, e p a r a as ligações d a s u n i d a des f u n c i o n a i s , e s t e t i p o de s i s t e m a r e q u e r um g r a n d e número de c a b o s e c o n e c t o r e s em relação a o s d e m a i s s i s t e m a s . O S i s t e m a C r o s s b a r , tem o m a i s c o m p l e x o s i s t e m a de i n t e r -conexão e n t r e a s u n i d a d e s f u n c i o n a i s , a p r e s e n t a a m a i s a l t a t a x a de transferência de informações e n t r e o s p r o c e s s a d o r e s e a e x p a n são do s i s t e m a é l i m i t a d a a p e n a s p e l o t a m a n h o físico da m a t r i z de c h a v e a m e n t o . A eficiência do s i s t e m a é a l t a e a c o n f i a b i l i d a -de das c h a v e s ( p o n t o s -de interconexões) po-de s e r m e l h o r a d a p e l a segmentação d e s t a s .

CAPITULO I I I

MULTIPROCESSADORES E CONTROLE DE PROCESSOS

B a s e a d o n a s características de aplicações em tempo r e a l , t a i s como: c o n f i a b i l i d a d e , a l t a v e l o c i d a d e de r e s p o s t a , c o m u n i c a çao em t e m p o r e a l com o p e r a d o r e s , memória comum, e t c . E c o n s i d e r a n d o - s e um s i s t e m a de m u l t i p r o c e s s a d o r e s como d e f i n i d o , p o r Ens l o w f_ 4 3 , S e a r l e e F r e b e g L 5 J , d e s c r i t o a n t e r i o r m e n t e no capí-t u l o 2, e o b j e capí-t i v a n d o a s caraccapí-teríscapí-ticas de c o n capí-t r o l e de p r o c e s s o p o r c o m p u t a d o r e s , p r o p o m o s um s i s t e m a c o m p o s t o de o i t o m i c r o p r o -c e s s a d o r e s ; e s t e s p r o -c e s s a d o r e s -c o m p a r t i l h a m um b a n -c o de memória comum (memória c o m p a r t i l h a d a ) , através d o q u a l com o auxílio de um m i c r o p r o c e s s a d o r s i n c r o n i z a d o r ( uPS ) [ 1 3 3 , é r e a l i z a d a c o -municação e n t r e o s m i c r o p r o c e s s a d o r e s d o S i s t e m a ; e s t e s i s t e m a ê

d e s i g n a d o como MATER ( M u i t i m i c r o p r o c e s s a d o r p a r a aplicações em tempo r e a l ) , p a r a a transferência de informações ( d a d o s , t a r e

f a s , e t c . )

N e s t e capítulo, propõe-se uma a r q u i t e t u r a p a r a MATER, em t e r m o s de S o f t w a r e e H a r d w a r e . 3.1 - ARQUITETURA PROPOSTA 3 . 1 , m o s t r a em d i a g r a m a de b l o c o s , a a r q u i t e t u r a o MATER. T o d o s o s m i c r o p r o c e s s a d o r e s d o MATER t e m através de um b l o c o de c h a v e s t r i s t a t e b i d i r e c i o -A f i g . p r o p o s t a p a r a a c e s s o a M.G.

19

U N I V E R S I D A D E F E D E R A L D a P A R A l B A fl™ 1 f f S e o , 0 r J c l d e r ó s-G™ d » i C ã o

«2?V

8,aS0

'

882 -T e' Í083) 321-7222-B355

ôSIOÕ-Campma Grande - Paraíba

n a i s , c o n t r o l a d a s com o auxílio de um d o s p r o c e s s a d o r e s d o MATER ( u P i ) p e l o uPS. O uPS é o único m i c r o p r o c e s s a d o r do MATER q u e não tem a c e s s o a M.C. a p e n a s c o n t r o l a ( g a r a n t e q u e um único u P i a c e s s a a M.C. de c a d a v e z ) e a n a l i z a e s t e a c e s s o . Cada m i c r o p r o -c e s s a d o r ( u P i ) do MATER, p o s s u i s u a memória p a r t i -c u l a r (M.P.)-com p o s t a de um b l o c o de RAM e o u t r o de EPROM, s u a s i n t e r f a c e s de E/ S, c o n t r o l e de interrupções, c l o c k , c i r c u i t o s de r e s e t , c o d i f i c a d o r e s necessários p a r a o endereçamento d e s t e s d i s p o s i t i v o s (RAM, EPROM, E/S) e um b l o c o de c h a v e s t r i - s t a t e s b i d i r e c i o n a i s q u e f o r n e c e o a c e s s o a M.C., como m o s t r a d o na f i g . 3.2.

D u r a n t e o f u n c i o n a m e n t o do s i s t e m a t o d o s o s u P i são as s i c r o n o s e n t r e s i . Quando um u P i n e c e s s i t a do a c e s s o a M.C. e s t e s i n a l i z a o uPS [ 1 3 3 / através de uma P I A de sinalização ( P I A - S ) , s o l i c i t a n d o o a c e s s o . A p ó s s e r c o n c e d i d a a permissão, a M.C.pas sa a s e r t r a t a d a como se f o s s e uma p a r t e da memória p a r t i c u l a r

(M.P.) d e s t e u P i , p o d e n d o e s t e r e a l i z a r t a r e f a s de l e i t u r a e / o u e s c r i t a na M.C. E s t e p r o c e s s o é r e a l i z a d o s o b a supervisão do s o f t w a r e r e s i d e n t e n a M.C., d e s i g n a d o de P r o g r a m a de Gerência da Memória C o m p a r t i l h a d a (GMC-MATER), g r a v a d o em EPROM n a própria M.C., o GMC-MATER será d e s c r i t o com d e t a l h e s o s i t e n s 3.2.3, e

4.2.3.

3.2 - CARACTERÍSTICAS DA ARQUITETURA PROPOSTA

T o d o s o s u P i d o s i s t e m a p r o p o s t o t e m a mesma e s t r u t u r a f u n d a m e n t a l em t e r m o s de h a r d w a r e e s o f t w a r e , a s p e q u e n a s divergên-c i a s o divergên-c o r r e m em d o i s p o n t o s p r i n divergên-c i p a i s : Nas i n t e r f a divergên-c e s p a r a E/S ( P I A o u ACIA) u s a d a em c a d a u P i , d e p e n d e n d o do d i s p o s i t i v o de E/S a s s o c i a d o ao u P i (TTY, t e r m i n a l d e vídeo/teclado, o u t r o p r o c e s s a -d o r , e t c ) , e no s o f t w a r e necessário p a r a c o n t r o l e -de transferên-c i a de d a d o s através d e s t a s u n i d a d e s de E/S. Na f i g . 3.3 c a d a u P i d o MATER é a p r e s e n t a d o com m a i o r e s d e t a l h e s . A M.P. de c a d a u P i é c o m p o s t a de 4 K - b y t e s de EPROM, u s a da p a r a a r m a z e n a r o s o f t w a r e básico d o MATER de a c o r d o com a s n e c e s s i d a d e s de c a d a u P i e 4 K b y t e s de RAM q u e podem s e r u s a d o s p e

-21

22

n

to \ LU 10 I < o.

<

fX LU > < X o o < CO CL to < to > < x o CL O

<

<

LU > < x o < a. o < Fig. 3 ! 3 D i a g r a m a m a i s d e t a l h a d o d o M A T E R ( P R O T Ó T I P O )

23

l o usuário p a r a propósito g e r a l , s a l v o uma p e q u e n a área de 256 b y t e s , que ê u s a d a como RAM ( r a s c u n h o ) do SATER.l ( S i s t e m a de De s e n v o l v i m e n t o de P r o g r a m a s de aplicações n o MATER) q u e será d e s -c r i t o -com d e t a l h e s no i t e m 4.2. A f i g . 3.4, a p r e s e n t a o mapa de memória de c a d a u P i do MATER. O b s e r v e s e q u e d o s 6 4 K b y t e s e n d e

-reçáveis p o r c a d a u P i , a p e n a s 2 6 K - b y t e s são u t i l i z a d o s , o s 38K-b y t e s r e s t a n t e s podem s e r u s a d o s em f u t u r a s expansões d e menória ou d i s p o s i t i v o s de E / S . ( v e r apêndice B-Expansão do MATER). A f i g .

3.5, a p r e s e n t a com d e t a l h e s o mapa de memória d a área r e s e r v a d a p a r a a s u n i d a d e s d e E/S, um máximo de 12 b y t e s são u t i l i z a d o s , o s

2036 b y t e s r e s t a n t e s podem s e r u t i l i z a d o s em f u t u r a s expansões. A f i m de p e r m i t i r e s t a expansão t o d o s o s d i s p o s i t i v o s ( m e m ó r i a , E/S) de c a d a u P i do MATER, tem o s e u endereço c o d i f i c a d o com t o -d a s as 16 l i n h a s -de en-dereço, f a c i l i t a n -d o -d e s t e mo-do, a a-dição -de n o v o s b l o c o s en endereços prê-determinados. I s t o j u s t i f i c a o u s o de um bom número de c o d i f i c a d o r e s ( m u l t i p l e x a d o r e s , portas,lógi-c a s ) , é b u f f e r s q u e g a r a n t e m o f a n - o u t neportas,lógi-cessário a t o d o s o s d i s _ p o s i t i v o s do u P i . O MATER f o i p r o j e t a d o p a r a o p e r a r cari o i t o u P i p o r questões de ordem prãtica/financeira o p r e s e n t e protótipo é c o m p o s t o a p e n a s de três u P i , além do uPS. [ 1 3 ]

A m e m ó r i a c o m p a r t i l h a d a do MATER compõe-se de um b l o c o de RAM ( 1 4 K - b y t e s ) e o u t r o de EPROM ( 2 K - b y t e s ) . A p a r t e d e EPROM é u s a d a p a r a a r m a z e n a r o GMC-MATER, q u e c o n t r o l a a p a r t e d e RAM da M.C., g u a r d a n d o e o r g a n i z a n d o a s informações ( d a d o s e t a r e f a s ) t r o c a d a s p e l o u P i . A M.C. tem a s s e g u i n t e s características: 1 - A M.C. d e v e s e r u s a d a p a r a um d o s u P i r e a l i z a r t r a n s ferência de d a d o s e t a r e f a s p a r a o u t r o u P i . 2 - D o i s t i p o s de m e n s a g e n s e x i s t e m na M.C. um . p a r a transferência de informações e n t r e o s u P i e o u t r o p a r a transferência de d a d o s e t a r e f a s . 3 0 p r o g r a m a de c o n t r o l e d a M.C. (GMAMATER) está g r a -v a d o em EPROM n a própria M.C. 4 A i n t e g r i d a d e d o s d a d o s a r m a z e n a d o s n a M.C. é g a r a n -t i d a p e l o GMC-MATER.

24 E N D E R E Ç O D E S C R I Ç Ã O 0 0 0 0 a 0 F F F 0 4 K - b y t e s de R A M . M e m ó r i a particular. 1 0 0 0 a 3 F F F 12 K - b y t e s . F u t u r a s e x p a n s õ e s . 4 0 0 0 a 7 F F F 16 K - bytes. ( 2 K E P R O M , 1 4 K R A M ) M e m ó r i a c o m p a r t i l h a d a . 8 0 0 0 a B F F F 1 6 K - b y t e s . F u t u r a s e x p a n s õ e s . C 0 0 0 a C 7 F F 0 2 K - b y t e s . D i s p o s i t i v o s de E / S . ( Ver f i g . 3 . 5 ) C 8 0 0 a E F F F 1 0 K - b y t e s . F u t u r a s e x p a n s õ e s . F 0 0 0 a F F F F 0 4 K - bytes de E P R O M . M e m ó r i a p a r t i c u l a r . E N D E R E Ç O D E S C R I Ç Ã O F i g . 3 . 4 - M a p a de m e m ó r i a d o M.Pi.

H » » W * l M MBe F F DF R A i „ E N D E R E Ç O D E S C R I Ç Ã O E N D E R E Ç O / í P I / ( P E C O O O C 0 0 3 P I A - S P I A - S P I A - S C 0 0 4 C 0 0 7 D P 1 A - 1 P I A - 1 C 0 0 8 C 0 0 9 D A C I A - 1 U D C O O A C O O B D A C I A - T V D C O O C C O O D A C I A - T T Y D D C O O E C O O F A C I A - P D P D D C O I O C O I 3 D D P I A - 2 C 0 I 4 C 7 F F D D D L E G E N D A ! " D " = D i s p o n í v e l p a r a f u t u r a s e x p a n s õ e s . F i g . 3 ! 5 E N D E R E Ç O S D O S D I S P O S I T I V O S DE E / S D O S M. P I .

26 5 - A transferência de d a d o s e o l i m i t e de espaço da M.C. são c o n t r o l a d o s p e l o s a p o n t a m e n t o s d o GMC-MATER. 6 - Os d a d o s a r m a z e n a d o s na M.C. são o r g a n i z a d o s em pági-nas p e l o GMC-MATER. 3.2.1 - MICROPROCESSADOR I ( u P i ) Cada u P i do MATER se e n c a r r e g a de r e c e b e r d a d o s d o s p r o c e s s o s s o b r e c o n t r o l e o u de um o u t r o u P i , através da M.C., p r o c e s s a l o s e então e s t e s r e s u l t a d o s podem s e r e n v i a d o s ao p r o c e s so s o b r e c o n t r o l e o u são a r m a z e n a d o s p a r a u s o p o s t e r i o r . N e c e s -s i t a - -s e de um -s i -s t e m a o p e r a c i o n a l p a r a o c o n t r o l e de p r o c e -s -s o -s , gerência de a r q u i v o s e comunicação e n t r e o s u P i e c o n t r o l e d a s u n i d a d e s de E/S e gerência d o s p r o c e s s o s e x t e r n o s . P o r t a n t o , o s i s t e m a o p e r a c i o n a l d o MATER além do SATER.l, constará de p r o g r a mas de c o n t r o l e d o s p r o c e s s o s e c o n t r o l e d a s i n t e r f a c e s d e E/S,

gerência de a r q u i v o s , e t c .

3.2.2 - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR ( uPS )

Uma análise m a i s d e t a l h a d a d o uPS, em t e r m o s d e p r o j e t o e implementação de h a r d w a r e e s o f t w a r e é f e i t a p o r S i l v a [ 1 3 ] com t o d o s o s d e t a l h e s d e s t e m i c r o p r o c e s s a d o r , r e p o r t a m o - n o s a q u i ape nas ao e s s e n c i a l p a r a o f u n c i o n a m e n t o do MATER, o u s e j a , o uPS a p e n a s v e r i f i c a s e a l g u m d o s u P i s o l i c i t o u a c e s s o a M.C., e se e s t e a c e s s o p o d e o u não s e r p e r m i t i d o , sen q u e h a j a ao mesmo t e m p o m a i s de um u P i t r a b a l h a n d o na M.C.

Quando o a c e s s o é s o l i c i t a d o ao uPS, e s t e v e r i f i c a s e há a l g u m u P i t r a b a l h a n d o na M. C., e s t a verificação ê r e a l i z a d a p e -l o s i s t e m a o p e r a c i o n a -l do uPS, através de um p r o g r a m a chamado KERNEL [ 1 4 ] , q u e s i n c r o n i z a a s d i f e r e n t e s t a r e f a s do uPS,se não e x i s t e u P i na M.C. o a c e s s o é p e r m i t i d o c a s o contrário o u P i e s p e r a um n o v o c i c l o do uPS p a r a então t e r o a c e s s o a M.C., o u s e -j a , e s p e r a a liberação da M.C. p e l o u P i q u e a está u t i l i z a n d o .

-27

c e r ao usuário uma análise estatística do t e m p o de a c e s s o de c a -da u P i a M.C., além d e v e r i f i c a r q u a i s d o s u P i está o u não em o-peração. [ 1 3 ] 3.2.3 - MEMÓRIA COMPARTILHADA (M.C.) A p ô s o u P i t e r o b t i d o a permissão p a r a a c e s s a r a M.C. e s -t e e x e c u -t a um p r o g r a m a q u e f e c h a a s c h a v e s d e a c e s s o a M.C., e a p a r t i r d e s t e p o n t o a M.C. f a z p a r t e d o u P i . (0 uPS g a r a n t e a e x clusão d o s d e m a i s u P i ) . [ l 3 ] O p a s s o s e g u i n t e ê i r a uma d e t e r m i -nada locação d a M.C., e p a s s a r o c o n t r o l e d o s i s t e m a o p e r a c i o n a l p a r a o GMC-MATER. P a s s a n d o e s t e a c o n t r o l a r e r e a l i z a r t o d a s a s operações de l e i t u r a e e s c r i t a , transferência de d a d o s e c o n t r o -l e da M.C., g a r a n t i n d o t o d a s a s características d e s c r i t a s no i -tém 3 . 2 . 1 .

O f l u x o g r a m a bem como a l i s t a g e m do GMC-MATER está incluí do n o apêndice D. P a r a o c o n t r o l e v o l t a r p a r a o s i s t e m a o p e r a c i o n a l ê necessário q u e t o d a s a s operações t e n h a m s i d o r e a l i z a d a s o u então q u e o u P i t e n h a s i d o i n t e r r o m p i d o n e s t e c a s o uma s u b r o -t i n a do SATER.l é e x e c u -t a d a p e l o u P i s e n d o a s c h a v e s de a c e s s o a M.C. a b e r t a s (M.C. não f a z m a i s p a r t e d o u P i ) e o uPS é s i n a l i z a do i n d i c a n d o a liberação da M.C., p o d e n d o o u t r o u P i t e r a c e s s o a M.C. se a s s i m d e s e j a r .

CAPITULO I V

IMPLEMENTAÇÃO DO MATER

A a r q u i t e t u r a p r o p o s t a p a r a o MATER n o c a p i t u l o a n t e r i o r ,

1 - Cada p r o c e s s a d o r ( u P i ) d o MATER p o s s u i s u a memória p a r t i c u l a r e d i s p o s i t i v o s de E/S. 2 - Cada p r o c e s s a d o r p o s s u i s e u s c i r c u i t o s de c l o c k , r e s e t e c h a v e s de a c e s s o a M.C. 3 - D u r a n t e o f u n c i o n a m e n t o do MATER t o d o s o s u P i são a s s i c r o n o s e n t r e s i . 4 - T o d o s o s p r o c e s s a d o r e s d o MATER c o m p a r t i l h a m o a c e s s o a um b a n c o de memória comum (Memória C o m p a r t i l h a d a ) . 5 A comunicação e n t r e o s p r o c e s s a d o r e s é r e a l i z a d a a t r a

-vés da M.C. s o b c o n t r o l e do p r o g r a m a de gerência da M. C.

6 - 0 GMC-MATER g a r a n t e a i n t e g r i d a d e d a s informações arma z e n a d a s na M.C. N e s t e capítulo a p r e s e n t a - s e a a r q u i t e t u r a p r o p o s t a com c o n sideraçoes de h a r d w a r e e s o f t w a r e e o p r o g r a m a de gerência da -M. C. (GMC-MATER) ê i m p l e m e n t a d o . 4.1 - CONSIDERAÇÕES DO HARDWARE No capítulo a n t e r i o r d i s c u t i m o s a a r q u i t e t u r a do MATER, em f o i i m p l e m e n t a d a com a s s e g u i n t e s características:

29 s e g u i d a a n a l i z a - s e s e p a r a d a m e n t e a e s t r u t u r a de h a r d w a r e d o s três b l o c o s básicos do MATER; M i c r o p r o c e s s a d o r I ( u P i ) , M i c r o p r o c e s s a d o r S i n c r o n i z a d o r (uPS) e Memória C o m p a r t i l h a d a (M.C.) 4.1.1 - MICROPROCESSADOR I ( u P i ) A f i g u r a 3.3, a p r e s e n t a um esquema m a i s d e t a l h a d o do MATER. T o d o o s i s t e m a compõe-se de o i t o m i c r o p r o c e s s a d o r e s ( u P i ) , e um m i c r o p r o c e s s a d o r s i n c r o n i z a d o r (uPS) [ 1 3 ] . T o d a v i a o protótipo compõese de a p e n a s três m i c r o p r o c e s s a d o r e s ( u P i ) e o m i c r o p r o c e s s a d o r s i n c r o n i z a d o r ( u P S ) . T o d o s o s u P i do MATER t e m b a s i c a -m e n t e , a -mes-ma e s t r u t u r a en t e r -m o s de h a r d w a r e e s o f t w a r e ( i t e n s 3.1 e 3.2) e podem i n d i v i d u a l m e n t e s e r e m c o n s i d e r a d o s como um pe q u e n o s i s t e m a de u n i p r o c e s s a d o r , como m o s t r a a f i g u r a 4 . 1 , n e s t e c a s o não são necessárias a s c h a v e s de a c e s s o â M.C. e a P I A - S .

Na montagem do protótipo usamos a técnica WIRE-WRAP,cons-t i WIRE-WRAP,cons-t u i n d o - s e WIRE-WRAP,cons-t o d o o proWIRE-WRAP,cons-tóWIRE-WRAP,cons-tipo ( i n c l u s i v e o uPS) de o i WIRE-WRAP,cons-t o p l a c a s de m o n t a g e m como m o s t r a d o na f i g . 4.2. A f i m de p e r m i t i r uma m a i o r m o d u l a r i d a d e e f l e x i b i l i d a d e , c a d a u P i e s t a m o n t a d o em d u a s p l a c a s . Una p l a c a ( p l a c a do m i c r o p r o c e s s a d o r ) é c o n p o s t a de m i c r o -p r o c e s s a d o r , memória -p a r t i c u l a r ( M . P . ) , b u f f e r s , c o d i f i c a d o r e s de ndereços, c i r c u i t o s de c l o c k e r e s e t ( f i g . 4 . 3 ) e c h a v e s de acc :so a M.C. A s e g u n d a p l a c a , d e s i g n a d a p l a c a de E/S ( 1 / 0 ) , ( f i g . 4 . 4 ) , compõe-se d a s u n i d a d e s de E/S ( P I A e / o u A C I A ) , P I A de s i n a lização ( P I A - S ) , c o d i f i c a d o r e s de endereço e d e m a i s c i r c u i t o s ne c e s s a r i o s a E/S do u P i , d e p e n d e n d o da u n i d a d e de saída ( t e r m i n a l de vídeo/teclado, TTY, o u t r o c o m p u t a d o r , e t c . ) l i g a d a a e s t e s d i s p o s i t i v o s , r e s u l t a n d o d e s t e modo s e i s p l a c a s p a r a o s três u P i . 0 uPS e a M.C. compõe d u a s p l a c a s do MATER, p e r f a z e n d o um t o t a l de o i t o p l a c a s de m o n t a g e m .

Os mapas de memória d o s u P i do MATER, é m o s t r a d o na f i g . 3.4.A memória p a r t i c u l a r (M.P.) compõe-se d e d o i s b l o c o s de 4

K-b y t e s c a d a . Um K-b l o c o de RAM 2114 [ 1 5 ] , endereçavel de 0 0 0 0 a 0FFF u s a d a p a r a propósito g e r a l , e s t a n d o a s locações de memória de 0 F 0 0 a 0FFF (256 b y t e s ) , r e s e r v a d a p a r a operações do SATER. 1 ( r a s c u n h o ) .

30

F i g . 4.1 - M i c r o p r o c e s s a d o r I ( / Í P i ) e s t r u t u r a processador.

Fig. 4!2 Protótipo do MATER

3 2 V I A E P R O M 4 K C H A V E V I A ( 4 4 L I N H A S ) F i g . A'. 3 - P l a c a do m i c r o p r o c e s s a d o r I ( / Í P L )

34

O o u t r o b l o c o de 4 K - b y t e s é de EPROM 2708 [ 1 6 ] endereçavel de F000 a FFFF, é u s a d o p a r a a r m a z e n a r o SATER.l e as t a r e f a s ( o u p r o g r a m a s ) específicos do s i s t e m a o p e r a c i o n a l de cada u P i .

As locações de 4 0 0 0 a 7FFF, conpõe a M.C., d e s c r i t a com d e t a l h e s no i t e m 4.1.3. P a r a c a d a u P i , d i p o m o s de 2 K - b y t e s e n d e reçaveis de C000 a C7FF, p a r a a s u n i d a d e s de E/S, o s d e t a l h e s d e s t a p a r t e da memória são a p r e s e n t a d o s na f i g . 3.5. Nos três u P i , n o s endereços de C000 a C003 e s t a l o c a l i z a d a uma P I A 6820

L717J , d e s i g n a d a como P I A de sinalização (PIA-S) , que f a z a comunicação do u P i com o uPS. No u P i ( I ) d i s p o m o s de d u a s ACIAs 6850 [ 1 7 J , uri a p a r a ligação do u P i com a TTY e a o u t r a p a r a l i gação com o PDP 1 1 / 3 4 , n o s endereços C00C - C00D e C00E - C00F, r e s p e c t i v a m e n t e . No u P i ( I I ) , d i s p o m o s de uma P I A p a r a a c e s s o a p r o c e s s o s e x t e r n o s s o b c o n t r o l e , ( P I A - 1 C ) , endereçavel de C004 a C007 e d u a s A C I A s , s e n d o uma p a r a a c e s s o a p r o c e s s o s e x t e r n o s s o b c o n t r o l e e o u t r a p a r a o t e r m i n a l de vídeo/teclado, c u j o s e n dereços são r e s p e c t i v a m e n t e C008 - C009 e COOA - COOB. F i n a l m e n

t e no u P i ( I I I ) , d i s p o m o s de d u a s P I A s p a r a a c e s s o a p r o c e s s o s e x t e r n o s s o b c o n t r o l e , PIA-1C e P I A - 2 C , endereçáveis de C004 a C007 e C 0 1 0 a C013, r e s p e c t i v a m e n t e .

Nos três u P i do MATER, o c i c u i t o de c l o c k é ±n p l e m e n t a d o com d o i s monoestáveis 74123 [_ 1 8 j de modo a g e r a r d o i s s i n a i s de f o r m a de onde q u a d r a d a , com frequência de 1 MHz d e f a s a d o s de 180 g r a u s , que c o n s t i t u e m o s c l o c k s 0^ e 0^ necessários ao f u n -c i o n a m e n t o do m i -c r o p r o -c e s s a d o r . O -c i r -c u i t o de RESET é um l a t -c h i m p l e m e n t a d o com d u a s p o r t a s NAND 7400 [ 1 8 ] de modo a e l i m i n a r o ruído da c h a v e r e s e t . Os c l o c k s de transmissão e recepção d e d a d o s d a s A C I A s são g e r a d o s p o r um c i r c u i t o o s c i l a d o r q u e u s a três p o r t a s i n v e r s o r a s CMOS 404 9 [ 1 9 ] , p e r m i t i n d o uma t a x a de transmissão /recepção de 1 2 0 0 b a u d s . (Cori uma TTY o u t e r m i n a l de vídeo/teclado a s s o c i a d o a A C I A ) .

A codificação d o s endereços d o s d i s p o s i t i v o s de c a d a u P i é r e a l i z a d a con o a u x i l i o de g a t e s lógicos e m u i t i p l e x a d o r e s , n o apê: l i c e C, estão incluído o s d i a g r a m a s de ligações do MATER.

35

t e s ) , 8000 a BFFF ( 1 6 K b y t e s ) e C800 a EFFF ( l O K b y t e s ) , p e r f a -zendo um t o t a l de 3 8 K - b y t e s são d e s t i n a d o s a f u t u r a s expansões do s i s t e m a , c a d a u P i o u M.C. ( V e r apêndice B - Expansão do MATER)

A f i m de g a r a n t i r uma b o a margem de segurança, e v i t a r sob r e c a r g a no p r o c e s s a d o r , e f a c i l i t a r f u t u r a s expansões, e m p r e -gamos em c a d a u P i , b u f f e r s p a r a g a r a n t i r o f a n - o u t necessário e s u f i c i e n t e . Nas l i n h a s de endereços u t i l i z a m o s o b u f f e r t r i s t a t e u n i d i r e c i o n a l 74365 [ 1 8 ] e n a s l i n h a s de d a d o s usamos o b u f -f e r t r i - s t a t e b i d i r e c i o n a l 8216 [ 2 0 ] . As c h a v e s de a c e s s o a M.C. c o n t r o l a d a s p e l o u P i coti a p e r m i s s ã o do uPS [ 1 3 ] através da P I A - S f o r a m r e a l i z a d a s com b u f f e r

t r i - s t a t e b i d i r e c i o n a l 8 2 1 6 [ 2 0 ] ,

As o i t o p l a c a s de montagem do MATER, são l i g a d a s p o r d u a s v i a s (BUS) d e s i g n a d o s p o r v i a de E/S e via-MATER, c o n o m o s t r a d o na f i g . 4.5. A v i a de E/S é a p e n a s uma extensão d a s ligações i n -t e r n a s do h a r d w a r e de c a d a u P i com a s u a p l a c a de E/S, compõe-se d a s l i n h a s de endereço, d a d o s e c o n t r o l e necessárias a ligação d a s d u a s p l a c a s .

Na via-MATER, t e n o s a s ligações de c a d a u P i com o uPS e a M.C., r e a l i z a d a da f o r m a m o s t r a d a na f i g . 4.5, s a t i s f a z e n d o d o i s p o n t o s p r i n c i p a i s : 1 - As ligações d o s u P i com a M.C. E s t a s ligações c o n s t i t u e m - s e d a s l i n h a s de endereço, d a d o s e c o n t r o l e necessárias p a r a t a l f i m , e s t a s l i -n h a s p a r t e m de c a d a p l a c a do u P i e alca-nçam a M.C.cem a disposição m o s t r a d a na f i g . 4.5, s e n d o t o d a s e s t a s ligações comuns as p l a c a s d o s u P i ( I , I I , I I I ) e a p l a c a da M.C.

2 - As ligações d o s u P i com o uPS

A comunicação de c a d a u P i com o uPS é r e a l i z a d a a t r a -vés da P I A - S , l o c a l i z a d a na p l a c a de E/S de c a d a u P i , e s t a comunicação é r e a l i z a d a através d a s l i n h a s de s i nalização comum (S.C.) a o s três u P i e ao uPS, e a s l i nhãs de sinalização específica (S.E.) de c a d a u P i p a -r a o uPS.

C O N T R O L E S I N L I Z A D O R " E " D A D O S S I N A L I Z A D O R "c" E N D E R E Ç O S A L I M E N T A Ç Ã O

1A.

3 A _ 4 A _ 5 A 6 A 7 A

IA

9 A I O A 12 A I 3 A I 4 A 15 A | 6 A I 7 A I 8 A I 9 A 2 0 A 21 A D O D 2 D 4 D 6 12 V - 5 V A 14 A 12 A 1 0 A 8 A 6 A 4 A 2 A O GND_ G N D 2 3 B 2 4 B 2 5 B 2 6 B 2 7 B 2 8 B 2 9 B 3 0 B 31 B 3 2 B 3 3 B 3 4 B 3 5 B 3 6 B 3 7 B 3 8 B 3 9 B 4 0 B 4 I B 4 2 B 4 3 B 2 2 A G N D 4 4 B V M A + 5 + 5 + 5 D 3 _ _D5_ D 7 R/W A 1 5 A 1 3 A I I A 9 A 7 A 5 A 3 A I - I 2 V C O N T R O L E S I N A L I Z A D O R " E " D A D O S S I N A L I Z A D O R "c" E N D E R E Ç O S A L I M E N T A Ç Ã O PLACA DO MICRO LEGENDA: S.C. - SINALIZAÇÃO COMUM S. E. - SINALIZAÇÃO ESPECÍFICA Fig. 4.5 -I A 2 3 B + 5 2 A 2 4 B + 5 3 A 2 5 B + 5 4 A 2 6 B 5 A + 12 2 7 B 6 A - 5 2 8 B 7 A 2 9 B 8 A S. E. 3 0 B S.C. 9 A S. C. 31 B S.C. I O A S. C. 3 2 B C O N T R O L E I I A S. E. 3 3 B S. E. S I N A L I Z A D O R " E " 12 A 3 4 B D A D O S 1 3 A 3 5 B S I N A L I Z A D O R "c" 1 4 A 3 6 B E N D E R E Ç O S 1 5 A 3 7 B A L I M E N T A Ç Ã O 1 6 A 3 8 B 17 A 3 9 B 18 A 4 0 B 1 9 A 4 1 B 2 0 A G N D 4 2 B S.E. 2 1 A G N D 4 3 B - I 2 V 2 2 A G N D 4 4 B 1 A S.E. 1 2 3 B + 5 ? A S.E. 1 2 4 B + 5 3 A S.E.I 2 5 B + 5 4 A 2 6 B S.E. 5 5 A + 12 2 7 B SE 5 6 A - 5 V 78 _{B _SE_5_} 7 A 2 9 B 8 A S C 3oir S C 9 A S C 31 B S C I O A S C 32 B S E 6 1 1 A S E 2 3 3 B 5 E 6 1? A S E 2 3 4 B SE 6 13 A S E 2 3 5 B 14 A S E J 3 3 6 B S E 7 _ 15 A SE 3 3 7 B SE 7 1 6 A S E 3 3 8 B SE 7 17 A S E 4 3 9 B 18 A SE 4 4 0 B S É 8 19 A S E 4 41 B SF. 8 2 0 A G N D 4 2

n

_{SE 8} 2 I A G N D 4 3 B - I 2 V 2 2 A G N D 4 4 B

PLACA E/S PLACA DO SINCRONIZADOR

37

N e s t a v i a , a p e n a s as l i n h a s de alimentação são comuns a t o d a s a s p l a c a s do MATER, e a p e s a r do protótipo com p o r - s e de a p e n a s três u P i o h a r d w a r e de via-MATER, s u p o r t a sem modificações até o i t o u P i .

4.1.2 - MICROPROCESSADOR SINCRONIZADOR (uPS)

A f i g . 4.6 m o s t r a em d i a g r a m a de b l o c o s a a r q u i t e t u r a u t i l i z a d a p a r a o m i c r o p r o c e s s a d o r s i n c r o n i z a d o r ( u P S ) . Compõe-se de um m i c r o p r o c e s s a d o r 6800 [ 1 7 ] , uma ACIA 6850 [ 1 7 ] p a r a c o m u n i c a ção com o usuário através de um t e r m i n a l de vídeo/teclado, 2K-by t e s de memória EPROM 2708 [ 1 6 ] p a r a a r m a z e n a m e n t o do s i s t e m a de d e s e n v o l v i m e n t o e do s i s t e m a o p e r a c i o n a l , l K - b y t e de RAM 2114

[ 1 5 ] disponível p a r a d e s e n v o l v i m e n t o de n o v o s a l g a r i s m o s de c o n t r o l e , 256 b y t e s de RAM 2112 [ 1 5 ] p a r a a r m a z e n a m e n t o temporário d o s d a d o s u s a d o s p e l o s i s t e m a de d e s e n v o l v i m e n t o e p a r a a r m a z e n a m e n t o de d a d o s estatísticos, c o l e t a d o s p e l o uPS. Duas P I A s 6820

[ 1 7 j p a r a comunicação com o s u P i e um relógio de tempo r e a l (Real T i m e C l o c k ) i m p l e m e n t a d o com o LM 555 [2 1 j que gera interrupções de NMI a c a d a 2 00 n i l i s e g u n d o s . Na f i g . 4.7 é m o s t r a d o o mapa de memória do uPS [ 1 3 ] .

0 c i r c u i t o de c l o c k ê ÍTI p l e u entado com d o i s raonoestáveis, 74123 [ 1 8 ] de modo a g e r a r d o i s s i n a i s de f o r m a de onda q u a d r a d a com frequência de 1MHz d e f a s a d o s de 180 g r a u s , que c o n s t i t u e m o s c l o c k s 0 ^ e 0 ^ necessários ao f u n c i o n a m e n t o do m i c r o p r o c e s s a d o r . O c i r c u i t o de r e s e t é um l a t c h i m p l e m e n t a d o com d u a s p o r t a s NAND 7400 [ 1 8 ] de modo a e l i m i n a r o ruído da c h a v e r e s e t . Os c l o c k s de transmissão e de recepção da ACIA é g e r a d o p o r um c i r c u i t o que usa p o r t a s i n v e r s o r a s CMOS 4 0 4 9 [ 1 9 ] . No apêndice C, a p r e s e n t a -mos o d i a g r a m a de ligações de uPS [ 1 3 ] .

As ligações físicas d o s u P i com o uPS ê a n a l i z a d a com d e -t a l h e s n o s i -t e n s 3.2 e 3.3 de [ 1 3 ] , páginas 23 a 2 7 , é o mesmo p r o c e s s o d e s c r i t o a n t e r i o r m e n t e no i t e m 4 . 1 . 1 , o d i a g r a n a d e s t a s ligações é a p r e s e n t a d o n o apêndice C.

38 R A M ^

H

P MC 6 8 0 0

>

PARA 0 A Pi

39 E P R O M FFFF F800 A C I A 5001 5 0 0 0 P I A 2 4 8 0 3 4 8 0 0 P I A 1 4 4 0 3 4 4 0 0 R A M DO SISTEMA OPERACIONAL 2 0 F F 2 0 0 0 RAM D I S P O N Í V E L 0 3 F F 0 0 0 0