DE3344007A1 - Taktgesteuertes mikroprogrammsteuerwerk - Google Patents

Description

• Taktgesteuertes Nikroprogrammsteuerwerk
• Die Erfindung betrifft ein taktgesteuertes Mikroprogrammsteuerwerk mit einem programmierbaren Festwertspeicher, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher ausgeführt ist.
• Für die Realisierung von Funktionssteuerungen technischer Anlagen, insbesondere bei Fernmelde-, oder Fernsprechvermittlungsanlagen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Nachdem dezentrale elektromechanische Steuerwerke zunächst von zentralisierten elektronischen Steuerungen abgelöst wurden, wobei diese sogenannten zentralen Steuerungen meist mit gespeicherten Programmen arbeiten, wird neuerdings durch preiswerte hochintegrierte elektronische Baueelemente wieder ein starker Trend zur dezentralen Anordnung von Steuereinrichtungen spürbar. Auch hierbei ist es durch den Einsatz von Mikroprozessoren möglich, mit gespeicherten Programmen zu arbeiten. Ein Mikroprozessor ist jedoch für manche Anwendungsfälle aufgrund seiner Reaktionsgeschwindigkeit zu langsam Deshalb sind schon Steuereinrichtungen bekannt geworden, die aus handelsüblichen integrierten Schaltungen zusammengesetzt und trotzdem programmierbar sind. Ein TTI-Programmschaltwerk mit PROM, das in dieser Art aufgebaut ist, ist beschrieben in der ELEKTRONIK 1975, Heft 1 auf den Seiten 53 bis 58. Wesentlicher Bestandteil dieses Programmschalt- ,werke ist ein programmierbarér Festwertspeicher (PROM), worin Bitmuster gespeichert sind, die u.a. auch Programmschritte beinhalten. Die Speicheranordnung ist jedoch dabei so gewählt, daß in einer Speicherzeile sowohl Sprungadressen als auch codierte Adressen und Einzelbits zur Ansteuerung eines Bedingungsmultiplexers und der Schaltausgänge vorhanden sind. Wegen dieses Prinzips ist auch bei einem Minimum an Funktionsschritten immer ein relativ hoher Speicheraufwand erforderlich, weil jede einzelene Speicherzeile eine vorgegebene Minimalbreite haben muß. Außerdem ist es erforderlich, daß an die Ausgänge weitere logische Schalt- und Speicherelemente angeschlossen werden müssen, weil die Ausgangssignale dem Steuertakt entsprechend nur von kurzer Dauer sein können. Die Ausgangssignale eines derartigen Progrxmschaltwerkes sind fest mit den Inhalten der Speicherzeilen verknüpft, so daß für länger andauernde Ausgangssignale entsprechend viele Programmzeilen erforderlich sind. Für den Fall, daß einem Programmabschnitt ein Ausgangs signal nicht fest zugeordnet werden kann, ist die Realisierung solcher Ausgangssignale nicht ohne weiteres möglich.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein taktgesteuertes Mikroprogrammsteuerwerk vorzustellen, mit dem bei sehr geringem Speicheraufwand durch universelle Verknüpfungen mit Hilfe von programmierbaren Befehlen Ausgangssignale gebildet werden können, welche direkt den erforderlichen Schaltkennzeichen entsprechen. Außerdem soll es möglich sein, durch Weiterbildungen der Erfindung eine Zusammenarbeit mit anderen Steuereinrichtungen zu ermöglichen und nur bei Bedarf eine Erweiterung der Speicherkapazität der programmierbaren Festwertspeicher vorzunehmen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Merkmalskombination gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.
• Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß im einfachsten Fall nur ein einziger programmierbarer Festwertspeicher (PROM) mit einer geringen Bitbreite (z.B. 8 Bit) erforderlich ist, wobei in einer Speicherzeile jeweils nur eine Art von Information abgelegt ist. Die in einer Zeile abgelegte Information kann entweder einen Befehl darstellen oder eines Sprungadresse sein. Damit ist das Mikroprogrammsteuerwerk durch die freie Programmierbarkeit der Festwertspeicher 0 iPROM) für alle Anwendungsfälle universell einsetzbar, wobei für größere Aufgaben durch Hinzufügung weiterer programmierbarer Festwertspeicher sowohl die Anzahl der Befehle, bzw Adressen als auch die Informationsbreite vergrößert werden kann Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild des taktgesteuerten Mikroprogrammsteuerwerkes Fig 2 eine Schaltungsanordnung von durch Befehle einstellbaren Zählern Das taktgesteuerte Mikroprogrammsteuerwerk besteht im wesentlichen aus einer Steuereinrichtung SE, mehreren Registern AR, RR, EMR, Multiplexern #\I'i##, EMX und weiteren logischen Verknüpfungen, wie Addierer ADD, Decodierer ADEC sowie speichernden Logikelementen LE und Zählern ZÄ.
• Diese Gebilde sind in einem hochintegrierten Schaltkreis zusammengefaßt und miteinander verdrahtet. Davon unabhängig ist im einfachsten Fall ein programmierbarer Festwertspeicher PROM erforderlich, der als selbständiger Baustein an das Mikroprogrammsteuerwerk angeschlossen wird. Wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutetßkaran eine Verbreiterung der einzelnen Speicherzeilen Zpwie es in dem mit Erweiterung der Breite EB bezeichneten Feld angedeutet ist, durch einfaches Parallelschalten von weiteren Speicherbausteinen erreicht werden. Auch die Anzahl von Speicherzeilen Z kann vergrößert werden, wie es in den mit Erweiterung der Zeilen EZ bezeichneten Feld angedeutet ist9 indem zusätzliche programmierbare Festwertspeicher PROM vorgesehen werden, die mit zusätzlichen Adressierbits ausgewählt werden.
• Das Mikroprogrammsteuerwerk beginnt zu arbeiten, wenn es mit einem Setzimpuls RES in eine definierte Ausgangslage gebracht worden ist, wobei die Steuereinrichtung SE die an den Eingängen El bis En vorliegenden Bedingungen entsprechend 9er programmierten Befehle abfragt. Dies geschieht dadurch, daß nacheinander bestimmte Zeilen Z des programmierbaren Festwertspeichers PROM angesteuert werden und ihr Inhalt ausgelesen wird. Mit den im programmierbaren Festwertspeicher abgelegten Befehlen, die auch in das Eingangsmultiplexregister EMR gelangen, wird der Eingangsmultiplexer EMX adressiert, so daß einer der Eingänge El bis En auf die gemeinsame, zur Steuereinrichtung SE führende Leitung geschaltet wird. Von einem Grundtakt GT gesteuert, veranlaßt die Steuereinrichtung SE dann, daß die nächste Speicherzeile Z im programmierbaren Festwertspeicher PROM ausgelesen wird. Dies geschieht dadurch, daß dem Adressmultiplexer AMX durch eine Eingangscodierung mitgeteilt wird, daß die im Adreßregister AR noch vorhandene vorige Adresse durch den Addierer ADD um 1 erhöht wird.
• Die aus den Zeilen Z des programmierbaren Festwertspeichers PROM ausgelesenen Informationen stellen Befehle BEF oder Adressen ADR dar. Jeder einzelne Befehl BEF wird in der Steuereinrichtung SE so weit ausdecodiert, daß die Art des Befehles BEF erkannt werden kann. Je nach Art des Befehles BEF wird die aus dem programmierbaren Festwertspeicher PROM ausgelesene Information dem Eingangsmultiplexregister EMR oder dem Ausgangsdecoder ADEC angeboten. Das Eingangsmultiplexregister EMR steuert den Eingangsmultiplexer EMX so, daß einer der Eingänge, wie bereits beschrieben auf die gemeinsame, zur Steuereinrichtung SE führende Leitung geschaltet wird. An die Eingänge des Eingangsmultiplexers EMX sind auch vom Ausgangsdecoder ADEC beeinflußbare Leitungen angeschaltet. Damit wird bewirkt, daß gespeicherte Ausgangszustände der Steuereinrichtung SE wieder als Eingangsinformationen zugeführt werden.
• An den Ausgangsdecoder ADEC sind speichernde Logikelemente LE1 bis LEn angeschlossen. Jedem Logikelement LE ist ein bestimmter Befehl BEF fest zugeordnet. Dieser Befehl wird im Ausgangsdecoder ADEC vollständig ausdecodiert. Die Logikelemente LE können entweder wie bistabile Flip Flops wirken, die mit einem Befehl BEF gesetzt und mit einem anderen Befehl BEF zurückgesetzt werden; oder sie können als monostabile Flip-Flops ausgeführt sein, die mit dem zugehörigen Befehl BEF angesteuert werden und dann einen Impuls definierter Länge an ihrem Ausgang abgeben. Die Ausgänge der Logikelemente LEI bis LEn können über Ent- koppelverstärker EV1 bis ?EVn den Ausgängen des Mikroprogrammsteuerwerkes A1 bis An verbunden sein, oder an die Eingänge des Eingangsmultiplexers E angeschlossen sein.
• Bei der Verdrahtung des Mikroprogrammsteuerwerkes wird festgelegt, daß eine bestimmte Anzahl von Logikelementen LE auf die Ausgänge A des Nikroprogrammsteuerwerkes wirkt und der Rest von Logikelementen für die ZwischenspeicherurlC von Zuständen dient, die der Steuereinrichtung SE wieder als Eingangsinformationen über den Eingangsmultiplexer EMX zugeführt werden Das Nikroprogrammsteuerwerk ist auch dafür ausgelegt, daß es Unterbrechungswünsche bearbeiten kann. Wird ein Unterbrechungssignal (Interrupt) auf einer Eingznesleitung INT der Steuereinrichtung SE angeboten, so erzeugt der Adreßmultiplexer AMX eine vorbestimmte Adresse zur Ansteuerung einer bestimmten Speicherzeile Z im programmierten Festwert speicher PROM, Dort ist der erste Befehl BEF eines Unterbrechungsprogramm abgelegt, welches daraufhin abläuft.
• Im Verlaufe dieses Programmes wird u.a. die zuletzt bearbeitete Adresse aus dem Adreßregister AR in das sogenann-Rett-Register RR übertragen Nach dem Ende der Unterbrechung kann dann mit dieser geretteten Adresse die Fortsetzung des vorher bearbeiteten Programmes durchgeführt werden.
• Außer den reinen Befehlen BEF9 die zur Erzeugung von Ausgangs-oder Eingangessignalen dienen, sind im programmierbaren Festwertspeicher PROM auch Sprungbefehle SBEF und Sprungadressen ADR abgelegt Wenn von der Steuereinrichtung SE ein Sprungbefehl SBS festgestellt wird, so wird durch Ansteuerung der unmittelbar folgenden Speicherzeile Z die zugehörige Sprungadresse ADR ausgelesen. Durch eine spezielle Einstellung des Adreßmultiplexers AMX wird erreicht, daß diese Sprungadresse in das Adreßregister AR gelangt, um die damit bezeichnete Zeile Z anzusteuern. Diese Schritte laufen in unmittelbarer Folge direkt ab, wenn es sich um einen unbedingten Sprungbefehl handelt.
• Durch entsprechende Abwandlung eines Sprungbefehles SBEF lassen sich auch Ausgangs- oder Eingangsbedingungen zu einem bedingten Sprun;gbeiehl #erknüpfen: Der Sprungbefehl SBEF, wobei die nachfolgende Adresse ADR zur Ansteuerung einer vorbestimmten Zeile Z benutzt wird, wird dann nur bei Vorliegen der entsprechenden Zusatzbedingung ausgeführt. Bei diesen bedingten Sprungbefehlen ist es auch möglich, Warteschleifen zu bilden, um den Sprungbefehl SBEF erst dann auszuführen, wenn die verknüpfte Bedingung vorhanden ist.
• An den Ausgangsdecoder ADEC sind außerdem Zähler ZÄ angeschlossen, die mit Befehlen BEF in Betrieb genommen werden.
• Damit können Ereignisse gezählt oder Zeiten abgemessen werden, um für eine Steuerprozedur zusätzlich notwendige Bedingungen zu schaffen. Wie dies im einzelnen funktioniert, wird anhand der Fig. 2 beschrieben, wo ein mögliches Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Mit einem Grundtakt GT wird ein Vorzähler VZ dauernd getaktet und liefert an seinen Ausgängen beispielsweise Taktimpulse mit 1/4 oder 1/16 der ursprünglichen Frequenz. Diese Taktimpulse können per Befehl BEF wahlweise als Zählimpulse für den ersten Zähler ZÄ1 benutzt werden. Zu diesem Zweck wird mit einem Befehl BEFA oder BEFB das zugehörige Status element STEL1 oder STEL2 in seine Arbeitslage gebracht. Über nachgeschaltet UND-Gatter UG1 oder UG2 und ein ODER-Gatter OG1 gelangt dann der entsprechende Zähltakt auf den ersten Zähler ZÄ1. Die Ausgänge ZA1 bis ZAn dieses Zählers ZÄ1 sind mit den Eingängen des Multiplexers EMX so verbunden, daß nach Erreichen eines bestimmten Zählerstandes abfragbare Ereignisse für die Steuereinrichtung SE vorliegen.
• Um weitere Zählergebnisse zu erzielensist ein zweiter Zähler 2Ä2 vorgesehen, der durch Setzen der zugeordneten Statuselemente STEL3 und STEL4 mit den entsprechenden Befehlen BEFD und BEFE in Betrieb genommen wird. Wie zuvor beschriebent gelangt der jeweilige Zähltakt ZT oder der vom ersten Zähler ZÄ1 vorliegende Ubertrag Ü über nachgeschaltete UND-Gatter UG3 und UG4 sowie ein ODER-Gatter OG2 an den Zähleingang des zweiten Zähler ZÄ2. Die Ausgänge ZAnel bis ZÄn+m sind ebenfalls ein den Eingangsmultiplexer angeschlossen. Mit Rücksetzbefehlen BEFC und BEFF kann durch das Programm jederzeit bewirkt werden, daß durch Zurück- setzen der Statuseleiitente#STEL-der jeweilige Zähler ZÄ stillgesetzt wird Dabei kann ein einziger Rücksetzbefehl BEFC oder BEFF auch zum Rücksetzen mehrerer Statuselemente STEL dienen, wie dies auch beim Zurücksetzen der zuvor beschriebenen Logikelemente LE der Fall sein kann. Es ist außerdem vorgesehen, daß mit entsprechenden Befehlen BEF in nicht dargestellter Weise die Zähler ZÄ in einen definierten Ausgangszustand gebracht bzw auf Null gestellt werden können Mit Ausnahme des programmierbaren Festwertspeichers PROM sind alle übrigen logischen Verknüpfungen und Verdrahtungen nach der in der Fig 1 dargestellten Art in einem Gehäuse untergebracht, wie es für integrierte Schaltungen verwendet wird Dabei ist es zweckmäßig, die bekannte Gate-Array-Technik anzuwenden Das Mikroprogrammsteuerwerk beansprucht also wenig Platz und ist zusammen mit einem oder mehreren programmierbaren Festwertspeicher(n) für Steuerungsaufgaben aller Art universell einsetzbar

Claims (1)

1. Taktgesteuertes Nikroprograinnisteuerwerk Patentansprüche S Taktgesteuertes Hikroprogrammsteuerwerk mit einem programmierbaren Festwertspeicher, der zum Auslesen der Daten zyklisch adressiert wird, wobei außerdem Adreßsprünge ausgeführt werden können, wenn entsprechende äußere Bedienungen vorliegen, die in einem Bedingunsmultiplexer erkannt werden, und wobei die Ergebnisse einer Steuerprozedur an Bunktionsausgängen angeboten werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder einzelnen Zeile (Z) eines programmierbaren Festwertspeichers (PROM) ausschließlich entweder ein kompletter binär verschlüsselter Befehl (BEF) oder eine Sprungadresse (ADR) abgelegt ist, daß der programmierbare Festwertspeicher durch einen Adreßmultiplexer (AMX) adressiert wird, dem durch eine Steuereinrichtung (SE) mitgeteilt wird, ob die in einem Adreßregister (AR) abgelegte Adresse von der vorherigen Ansteuerung des programmierbaren Festwertspeichers (PROM) durch einen Addierer (ADD) um den Betrag 1 erhöht zur Adressierung der nächsten Zeile (Z) benutzt werden soll, oder ob aufgrund eines Sprungbefehles (SBEF) die in einer Speicherzeile (Z) abgelegte Sprungadresse (ADR) zur Adressierung einer Zeile (Z) des programmierbaren Festwertspeichers (PROM) dient, daß bei einem Sprungbefehl (SBEF) die zugehörige Sprungadresse (ADR) in der unmittelbar folgenden nächsten Speicherzeile (Z) des programmierbaren Fest- wertspeichers (PRGM)-eingespoichert ISt, und daß mit jeweils einem Befehl (BEF) über einen Ausgangsdecoder (ADEC) ein dem Befehl (BEF) direkt zugeordnetes speicherndes Logikelement (LEI bis LEn) angesteuert wird, wobei dieses je nach dem betreffenden Befehl (BEF) gesetzt,gelöscht oder in einen definierten Zustand gebracht werden kann.

   2. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rett-Register (RR) vorgesehen sind, worin die beim Auftreten eines Unterbrechungssignals (INT) die gerade anstehende Adresse für die Ansteuerung des programmierbaren Festwertspelchers (PROM) eingespeichert werden, daß damit nach Beendigung einer Unterbrechung weiter gearbeitet werden kann.

   3. Mikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Unterbrechungssignals (INT) durch den Adreßmultiplexer (AMX) eine spezielle Adresse erzeugt wird, so daß mit dem Inhalt der damit angesteuerten Zeile (Z) des programmierbaren Festwertspeichers (PROM) ein Programmablauf für die Bearbeitung der Unterbrechung beginnen kann.

   4. Mikroprogrammsteue rwe rk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch-Befehle (BEF) direkt ansteuerbaren Logikelemente (LE1 bis LEn) in mehrere Kategorien einteilbar sind, so daß ihre Ausgänge auf Steuerausgänge (A1 bis An) wirken, als zusätzliche abfragbare Eingangsinformationen an die Eingänge eines Eingangsmultiplexers (EMX) geführt sind, oder zur Modifizierung der Wirkungsweise anderer Logikelemente (LE) dienen.

   5. Mikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgangsdecoder (ADEC) Zähler (ZA) angeschlossen sind, die mit jeweils einem Befehl (BEF) so eingestellt werden können, daß sie mit dem Befehl (BEF) selbst gezählt werden9 oder daß sie mit einem Takt (T) gezählt werden, der dem Grundtakt (GT) oder einer Untersetzung davon entspricht, und daß die Ausgänge dieser Zähler (zea) an den Eingangsmultiplexer (ENX) angeschlossen sind 6 Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß den Zählern (Z) mit Befehlen (BEF) einstellbare Statuselemente (STEL) vorgeschaltet sind, womit bestimmt wird, mit welchem Zähltakt die Zähler (ZÄ) fortgeschaltet werden 7 ~ Mikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Zählern (ZÄ) Zeiten meßbar sind oder Ereignisse gezählt werden können, und daß die Zählerstände der Steuereinrichtung (SE) über den Eingangsmultiplexer (EMX) als abfragbare Ereignisse zugeführt werden 80 Mikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Sprungbefehl (SBEF) nach der Erhöhung der Ansteueradresse um den Betrag 1 mit der nächsten Adressierung unmittelbar die Sprungadresse (ADR) aus dem programmierbaren Festwertspeicher (PROM) ausgelesen wird 9. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfungen mit Eingangs- oder Ausgangsbedingungen bedingte Sprvngbefehle (SBEF) gebildet werden können, und daß die Sprungadresse (ADR) nicht beachtet wird, wenn die Bedingung nicht vorliegt.

   10. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung der Anzahl von Zeilen (EZ) durch eine Erhöhung der Anzahl von Ãdressenbits und eine Zuschaltung weiterer programmierbarer Festwertspeicher (PROM) möglich ist.

   11. Mikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung der Zeilenbreite (EB) durch Zuschaltung weiterer programmierbarer Festwertspeicher (PROM) möglich ist, wenn die Anzahl der durch einen Befehl (BEF) darstellbaren Bedingungen vergrößert werden muß.

   12. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem einzigen Befehl (BEF) mehrere Logikelemente (IE) gelöscht, bzw. zurückgesetzt werden können.

   13. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Logikelemente (IE) so ausgestaltet sind, daß sie bei ihrer Ansteuerung einen Impuls definierter Länge abgeben und nicht zurückgesetzt werden müssen.

   14. Nikroprogrammsteuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte logische Verknüpfung und die Verdrahtung in Gate-Array-Technik als integrierte Schaltung in einem Gehäuse ausgeführt ist, wobei sich lediglich der/die programmierbare(n) Festwertspeicher (PROM) außerhalb befindet, bzw. befinden.