Дипломная (вкр): Разработка бортового модема для обмена данными FANS В самолетов В-757/767

Если говорить упрощенно, то основная идея помехозащитного кодирования Рида-Соломона заключается в умножении информационного слова, представленного в виде полинома D, на неприводимый полином G , известный обоим сторонам, в результате чего получается кодовое слово С, опять-таки представленное в виде полинома.

Рис. 15. Модуль ядра процессора.

Декодирование осуществляется с точностью до наоборот: если при делении кодового слова С на полином G декодер внезапно получает остаток, то он может рапортовать наверх об ошибке. Соответственно, если кодовое слово разделилось нацело, его передача завершилась успешно.

В качестве ПЗУ для хранения программы, выполняемой процессорным блоком, предлагается использовать электрически стираемую перепрограммируемую флэш-память (EPROM) объемом 128 Мегабайт

Флэш-память - особый вид энергонезависимой, перезаписываемой полупроводниковой памяти. Рассмотрим подробнее: энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи), перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных и полупроводниковая (твердотельная) то есть не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).

В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов - типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш- памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM, но в отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Не смотря на такие отличительные способности Flash-памяти, замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш- памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов) [14].

Для взаимосвязи модуля ядра процессора с модулем периферийных устройств предлагается использовать соответствующий интерфейс.

Модуль периферийных устройств предлагается сформировать из следующих элементов: 2 Мегабайта резервной ОЗУ (SAVED RAM), которая сохраняет данные вовремя отключения питания; 128 Мегабайт электрически перепрограммируемой памяти, которая содержит данные по работе с шиной ARINC в течение одного месяца; 128 Кбайт электрически стираемой перепрограммируемой постоянной памяти (EEPROM), для хранения программы встроенного контроля процессорного модуля Ш * интерфейс внутренней шины, который обеспечивает взаимосвязь карты с другими модулями блока ATSU и самолетными системами; интерфейс контрольного сигнала блока питания, который связывает мо- дуль источника питания выходом процессорного блока.

Программируемая логическая интегральная схема, которая управляет сигналами прерываний, управляет двумя внутренними таймерами, управляет последовательным каналом RS232, контролирует таймеры и работу микропроцессора, а также управляет доступами к синхронно-динамической памяти и электрически перепрограммируемой памяти, управляет интерфейсом внутренней шины и обеспечивает взаимосвязь с блоком питания.

Предлагаемая схема реализации модуля периферийных устройств приведена на (рис. 16).

Рис. 16. Модуль периферийных устройств.

В качестве программируемой логической интегральной схемы предлагается применить ПЛИС (FPGA) производства компании ACTEL.

Классические FPGA, основанные на SRAM-технологии, имеют в своем составе быстродействующие блоки памяти, но при включении питания эти микросхемы нужно инициализировать, так как данные о конфигурации находятся в специальных ячейках конфигурации, выполненных по технологии статической памяти. Основным достоинством классических FPGA является то, что при проведении разработки и в процессе отладки у разработчика имеется возможность многократно загружать проект в микросхему и проверять результаты своей работы непосредственно на «живом» изделии. При этом стоимость отладки любого этапа проекта невелика. Недостатком работы классических FPGA является сама система загрузки данных в микросхему. Во-первых, для работы таких FPGA необходимо внешнее устройство, в котором хранится файл инициализации. Во-вторых, информация, загружаемая в FPGA, может быть скопирована и использована для получения пиратских копий разрабатываемого изделия. Защититься от такого копирования принципиально невозможно, поскольку информация о конфигурации передается от одной микросхемы к другой через внешние выводы микросхем по линиям связи, расположенным на печатной плате. Есть и еще один существенный недостаток у классических FPGA, правда, он не так часто бросается в глаза.

Во время работы, особенно в такой аппаратуре, которая работает в долговременном непрерывном режиме без перезагрузки, могут происходить частичные сбои конфигурации. Определить такой сбой не всегда возможно. Исправить частичные сбои конфигурации можно только полной перезагрузкой конфигурации, так как частичная загрузка конфигурации в классических FPGA невозможна [15].

Для хранения данных ARINC наиболее подходит NAND - память.

На сегодня существует масса устройств, где используются микросхемы NAND Flash, в том числе и в различных носителях информации, таких как SSD накопители, USB Flash, различные Flash card (ММС, RS-MMC, MMCmicro, SD, miniSD, MicroSD, SDHC, CF, xD, SmartMedia, Memory Stick и т.д.)

Принципиально носители информации на NAND Flash из себя представляют микроконтроллер, который обеспечивает работу с микросхемами памяти, а также работу с различными устройствами по заданному стандартами интерфейсу. В большинстве устройств это выглядит как небольшая плата, на которой размещены одна или несколько микросхем NAND Flash памяти в конструктивном исполнении TSOP-48, short TSOP-48 или TLGA-52 и микроконтроллер. Миниатюрные устройства, как правило выполнены в виде одного чипа в который интегрированы как микросхема Nand Flash, так и микроконтроллер.

Основные недостатки NAND Flash памяти - это недостаточно высокая скорость и не очень большое количество циклов записи, которые способна выдержать микросхема. Для обхода этих проблем, производители контроллеров идут на некоторые ухищрения, такие как организация записи в NAND Flash в несколько потоков, для поднятия быстродействия и организация логических банков разбитых на достаточно крупные блоки и организация сложной системы трансляции.

Для равномерного износа NAND Flash практически во всех контроллерах организованно разделение адресного пространства на логические банки, которые в свою очередь разделяются на блоки (состоящие из нескольких страниц).

Контроллером ведется учет количества записей в каждый из блоков. Для того чтобы данные пользователя можно было свободно перемещать внутри банка, для этого имеется логическая нумерация блоков т.е. на практике при чтении микросхемы в дамп видим картину что данные пользователя в виде достаточно крупных блоков (16кб - 4Мб) хаотично перемешаны. Порядок работы с пользовательскими данными отражен в трансляторе в виде таблицы в которой указан порядок построения блоков для того чтобы получить упорядоченное логическое пространство.

Для увеличения операций чтения/записи производители контроллеров реализуют функции распараллеливания данных, то есть прямая аналогия с RAID массивом уровня 0 (stripe), только немного более сложная реализация. На практике это выглядит либо в виде внутриблочного распараллеливания (интерлива), на более мелкие подблоки (как правило от 1 байта, до 16Кб), также симметричное распараллеливание (страйп) между физическим банками микросхемы NAND Flash и между несколькими микросхемами.

Стоит понимать, что при таком принципе работы, транслятор накопителя постоянно изменяющаяся таблица, практически при каждой записи в NAND Flash. Исходя из принципа работы с NAND Flash - чтение блока в буфер, внесение изменений и запись блока на место, очевидно, что наиболее опасны для данных являются незавершенные операции записи; например, когда происходит запись измененного транслятора. В результате необдуманного обращения с накопителями: внезапного извлечения их из USB разъема или из разъема кардридера во время записи, чревато разрушением служебных данных, в частности таблицы трансляции.

При разрушение служебных данных, накопитель не может функционировать или в некоторых случаях функционирует неверно. Извлечение данных программными средствами, как правило, не представляется возможным по многим причинам, что оригинальный транслятор отсутствует, либо поврежден, предстоит работа по разбору дампа извлеченного из микросхемы NAND Flash. Многие, наверное, обратили внимание на кажущийся странным размер страниц памяти в NAND Flash. Это объясняется тем, что в каждой странице, кроме данных пользователя имеются служебные данные обычно это представлено в виде 512/16; 2048/64; 4096/128; 4096/208 (существуют и значительно более сложные варианты организации данные/служебка). В служебных данных присутствую различные маркеры (маркер, номера блока в логическом банке; маркер ротации блока; ЕСС; и т.п.). Восстановление пользовательских данных сводится к устранению распараллеливания данных внутри блоков, между банков и между микросхемами памяти для получения цельных блоков. Если есть необходимость, то устраняются внутриблочные ротации, ренумерации и т.п. Дальнейшая задача, состоит в поблочной сборке. Для того чтобы ее осуществить необходимо четко уяснить количество логических банков, количество блоков в каждом логическом банке, количество используемых блоков в каждом банке (задействованы не все) местонахождение маркера в служебных данных, алгоритм нумерации. И только потом производить сбор блоков в конечный файл - образ, из которого можно будет произвести чтение пользовательских данных. В процессе сбора подстерегают подводные камни в виде нескольких блоков-претендентов на одну позицию в конечный файл-образ. После решение данного круга задач, получаем файл-образ с пользовательской информацией.

Блок источника питания генерирует и контролирует напряжения питания +3.3VL, +2.5VL и +1.8VL. из входного напряжения +5V Блок источника питания имеет:

Три преобразователя, которые генерируют очень низкое напряжение VLV (+3.3VL,+2.5VL и +1.8VL).

Блок последовательности, который управляет генерацией очень низких напряжений VLV, последовательный блок который генерирует следующие сигналы, управляющие запуском или запретом преобразований:

управляющий сигнал FMPGOOD33V# преобразуется в +3.3VL; - управляющий сигнал FMPGOOD25V# преобразуется в +2.5VL; - управляющий сигнал FMPGOOD18V# преобразуется в +1.8VL. Генерация +3.3VL должна начаться до генерации +2.5VL и +1.8VL Напряжение +3.3VL питает динамическую память с произвольным доступом (SDRAM), электрически стираемую перепрограммируемую память (EPROM) (EEPROM) , память данных ARINC (NAND) , оперативную память (SRAM) Напряжение +2.5VL питает модуль процессора и модуль периферийных устройств Напряжение +1.8VL питает микропроцессор.

Блок резервного питания генерирует напряжение питания ОЗУ, необходимое для сохранения 2 Мегабайт оперативной памяти (SRAM) в течение 24 часов в случае сбоя основного питания.

Подбор элементов для принципиальной схемы

Каждый выходной вывод микропроцессора Pentium способен обеспечить ток 4,0 мА для сигналов низкого и 2,0 мА для сигналов высокого логического уровня. Это свидетельствует о повышении тока возбуждения по сравнению с током 2,0 мА на выходных выводах предыдущих микропроцессоров 8086, 8088 и 80286. Входной ток для каждого входного вывода процессора составляет 15 мкА, что представляет небольшую нагрузку для внешних цепей. В некоторых системах, кроме самых элементарных, такие значения токов требуют применения буферов на шинах микропроцессора. [14]

Вся память разрабатываемого блока делится на две части:

а) Встроенная память микропроцессора;

б) Внешняя память

Встроенная память делится на полупостоянную память (FLASH EEPROM) и оперативную память (SDRAM).

Во FLASH-память кроме программы могут быть записаны постоянные данные, которые не изменяются во время функционирования микропроцессорной системы. Это различные константы, таблицы знакогенераторов, таблицы линеаризации датчиков и т. п. Достоинством технологии FLASH является высокая степень упаковки, а недостатком - то, что она не позволяет стирать отдельные ячейки. Поэтому всегда выполняется полная очистка всей памяти программ, а для процессора Pentium гарантируется, как минимум, 1 ООО циклов перезаписи FLASH-памяти.

EEPROM-блок электрически стираемой памяти процессора предназначен для хранения энергонезависимых данных, которые могут изменяться непосредственно на объекте. Это калибровочные коэффициенты, различные установки, конфигурационные параметры системы. EEPROM-память имеет меньшую по сравнению с FLASH емкость (до 4 Кбайт), но при этом допускает возможность побайтной перезаписи ячеек, которая может происходить как под управлением внешнего процессора, так и под управлением собственно AVR-микроконтроллера во время его работы по программе [16].

Оперативная память процессора представляет собой синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM), синхронное динамическое ОЗУ, синхронная динамическая память. Отличается от обычной наличием специального логического блока и двухбанковой структурой. Все операции записи/чтения синхронизированы с основным тактовым сигналом.

Внешняя память состоит из 3 элементов:

а) Полу постоянная память EEPROM объемом 128к для хранения программы встроенного контроля;

б) Резервная оперативная память для кратковременного хранения данных в случае кратковременного сбоя питания системы 2М;

в) FLASH-память для хранения данных по работе с шиной ARINC-128к.

В качестве EPROM наиболее подходит микросхема АТ28С010 производства компании ATMEL. Назначение выводов микросхемы приведено на (рис.17).

Рис. 17. Память EPROM (АТ28С010).

Микросхема содержит 17-битный адрес и 8-битные данные. Микросхема работает в трех режимах: чтение, запись страницы, запись байта. Чтение происходит при подаче сигналов высокого уровня на выводы СЕ и ОЕ, и сигнала низкого уровня на вывод WE. Высокий уровень сигнала на выводе ОЕ переводит микросхему в режим записи байта информации, режим записи страницы аналогичен режиму записи байта, при этом на выводы А0-А6 подается номер записываемого байта, а на выводы А7-А16 - записываемый байт. В качестве памяти для резервного хранения данных в случае сбоя системы подходит микросхема NANDO 1G-B. Назначение выводов микросхемы приведено на (рис. 18) и в таблице 1

Рис. 18. Память NANDO 1G-B

Таблица 1

В качестве FLASH-памяти для хранения данных по работе с шиной ARINC подходит микросхема SMD 5962-96902 с 17-ти разрядным адресом и 8 разрядными данными. Назначение выводов микросхемы приведено на (рис. 20) и в табл. 2.

Рис. 19. FLASH-память (SMD 5962-96902).

Таблица 2

Базовым устройством для интерфейса ввода является совокупность буферных схем с тремя состояниями. Базовым устройством для интерфейса вывода является совокупность регистров-защелок. Для организации интерфейса предлагается использовать микросхемы 74ALS374. Назначение выводов мик

Рис. 20. Микросхема интерфейса 74ALS374.

Три порта ввода вывода (обозначенные А, В и С) программируются группами. К выводам группы А относятся выводы порта А (РА7-РАО) и старшей части порта С (РС7-С4), а к выводам группы В - выводы порта В (РВ7-РВО) и младшей части порта С (РСЗ-РСО). Выбор микросхемы 82С55 для операций программирования, считывания или записи осуществляется с помощью его вы вода CS. Выбор того или иного порта (регистра) выполняется посредством сигналов, подаваемых на выводы А1 и АО, которые определяют конкретный внутренний регистр для программирования или выполнения операций, В табл. 3 показано, каким образом осуществляется выбор порта ввода-вывода с помощью выводов А1 и АО.

Таблица 3

Для согласования выходных сигналов с бортовой шиной ARINC 429 подходит микросхема 1485ХК4Т. Расположение выводов показано на (рис. 21).

Рис. 21. Микросхема 1485ХК4Т.

В состав микросхемы входит блок входного формирователя уровней, блок управляющей логики, формирователь опорного тока, блок формирования длительности фронта выходных импульсов, блок выходных усилителей. Назначение выводов приведено в таблице 4.

Таблица 4

.1.3 Разработка принципиальной схемы

В настоящей главе рассматриваются вопросы разработки элементов принципиальной схемы предлагаемого варианта бортового модема, согласно разработанной структурной схеме. Как видно из структурной схемы, основными элементами модема являются:

-              микропроцессор;

-              блок управления на основе заказной интегральной схемы (ASIC);

-              синхронная динамическая оперативная память (SDRAM) для выполнения основной программы управления;

-              Постоянная память для хранения основной программы управления (EPROM);

-              Постоянная память для хранения информации о выявленных в процессе работы модема неисправностях (EEPROM);

-              Оперативная память для хранения в течение 24 часов данных о состоянии системы на момент аварийного отключения питания (SRAM);

-              Постоянная память для хранения данных о ARINC (NAND FLASH);

-              Интерфейса взаимосвязи с внутренней шиной данных (ECSB);

-              Блок управления взаимосвязь с другими устройствами на основе программируемой логической схемы (FPGA).

В отличие от стандартных интегральных схем (ИС), заказные интегральные и схемы (Customer Specific Integrated Circuit - CSIC) разрабатываются в соответствии с требованиями заказчика и предназначены для специального применения. Иногда эти компоненты называют также специализированными интегральными схемами (Application Specific Integrated Circuit - ASIC).

Микросхемы CSIC могут быть полностью заказными (full custom) и полузаказными (semi custom). Первые разрабатываются производителем полупроводниковых компонентов на уровне транзисторов. Полузаказные ИС базируются на вентильных (логических) матрицах или на наборах ячеек и могут разрабатываться пользователем при технической поддержке со стороны производителя полупроводниковых компонентов.

Разработка полностью заказных ИС обычно занимает больше времени, зато такие микросхемы имеют несколько меньшие размеры кристалла, чем сопоставимые с ними по характеристикам полу заказные ИС.

Поскольку сроки разработки и габаритные размеры существенно влияют на цену прибора, полностью заказные ИС предпочтительно использовать в недорогих устройствах, особенно в случае их массового производства. Главным достоинством полу заказных ИС являются более короткие сроки получения готовой продукции. Ведь чем быстрее новая продукция появится на рынке, тем выше шансы на коммерческий успех.

Поэтому указанное достоинство полу заказных ИС часто компенсирует их недостатки (в первую очередь, высокую стоимость).

Разработчикам электронных устройств нередко приходится задавать себе вопрос: Какие компоненты - стандартные, заказные или полузаказные, - следует выбрать для реализации экономически наиболее эффективного системного решения? Самые важные факторы, которые следует принимать во внимание в таких случаях, - это системные затраты, сроки разработки, надёжность и гибкость системы.

Основной функцией заказной схемы является обеспечение доступа к памяти микропроцессора, а также управление интерфейсом ввода-вывода. В зависимости от узла изменяется разрядность шин адреса и данных, по которым схема обменивается информацией с другими устройствами. Для работы с микропроцессором обмен данными происходит через 64-разрядную шину данных (выводы D_Z0 - D_Z63 заказной схемы), и 32-разрядную шину адреса (выводы АО-A31 заказной схемы). Для работы с синхронной динамической памятью используются выводы SDRAM_D0-SDRAM_D63 для передачи данных и SDRAM_A0-SDRAM_A12 для передачи адреса. Также для коррекции ошибок с помощью кода Рида-Соломона используется 32-разрядная шина данных по исправлению ошибок через выводы DRAMCRC0-DRAMCRC63 заказной схемы [14].

Для чтения данных из флэш-памяти используются 23-разрядная шина адреса AD FLASH0-AD FLASH22 и 64-разрядная шина данных D FLASH0- D_FLASH63. Для связи с памятью используются выводы EEPROM_WR и EEPROM_RD, соответственно для записи и чтения в перепрограммируемую постоянную память.

До более подробного ознакомления с памятью типа SDRAM рассмотрим общий вопрос о конвейеризации трактов обработки информации. Сущность конвейеризации заключается в разбиении трактов обработки информации на ступени.

На (рис. 22). показан тракт обработки данных, содержащий входной и выходной регистры и логическую схему между ними. Исходя из тезиса о возможности подачи новых входных данных только после окончания обработки старых, получим минимальный период тактовых импульсов для этой схемы:

Tmin=t_np +t_KU+ts_U

где t_pr- задержка входного регистра на пути "такт-выход"; t_KU - задержка сигнала в комбинационной цепи (логической схеме); t_su - время предустановки выходного регистра.

б)

Рис. 22. Исходный (а) и конвейеризованный (б) тракты обработки информации.

Уменьшения t_mj_n т. е. повышения частоты тактовых импульсов, Можно добиться снижением t_m путем расщепления логической схемы на ступени, разделенные регистрами (рис. 22, б). Если логическая схема расщепляется по глубине ровно пополам, то новое значение минимального периода тактовых импульсов определится тем же соотношением, что и для схемы, показанной на рис. 19 а, однако численное значение задержки логической схемы нужно будет уменьшить вдвое.

Применение конвейера увеличивает поток информации от входа к выходу за единицу времени, хотя, в то же время, единица информации проходит от входа к выходу за большее время, чем в схеме без конвейеризации.

В микросхемах SDRAM внешние управляющие сигналы фиксируются положительными фронтами тактовых импульсов и используются для генерации команд, управляющих процессами в ЗУ. Команда Act (Active) связана с выбором строки по соответствующему адресу. Команда RED (Read) определяет адрес первого столбца для чтения данных. Команда PRE (pre) связана с этапом предзаряда шин.

Первое слово после формирования адреса появляется с запаздыванием на несколько тактов (Access Latency). Время доступа при этом "обычное", т е. такое, каким бы оно было в стандартном ЗУ. Адреса следующих слов формируются внутренним счетчиком, и слова появляются в каждом такте (рис. 22а). Чтобы ускорить темп появления слов, в пакете организуется трехступенчатый конвейер (рис. 22 б). Работу конвейера можно определить как параллельное функционирование последовательно активизируемых блоков. В соответствии с управлением тактами каждый сегмент схемы столбца работает в параллель с другими.

В микросхемах SDRAM предусматривают возможность регулировки запаздывания первого доступа с целью приспособления памяти к частотным требованиям системы и длины пакета, в котором слова читаются или записываются в каждом такте после всего одной команды.

Постоянная память для хранения основной программы управления представляет собой перепрограммируемое ПЗУ (EPROM) типа flash- постоянная память для хранения основной программы управления типа flash-память. Термин Flash связан с характерной особенностью этого вида памяти - возможностью одновременного стирания всего ее объема.

В предлагаемой схеме память для хранения основной программы реализуется на микросхемах М27С256В.

Предлагаемая схема позволяет обмениваться 64-разрядными данными с ASIC VOLCANO по запросу 23-разрядным адресом и собрана на восьми элементах памяти типа М27С256В.

В качестве основного узла управления взаимосвязью процессорного блока, с другими модулями ATSU и другими системами самолета подходит программируемая логическая схема (ПЛИС или FPGA - (Field Programmable Gate Arrays)

В разработке СБИС ПЛ участвуют уже десятки фирм, ведущими среди них являются Xilinx, Altera, Actel, Anne, AMO (Vantis), Lattice (все США) и некоторые другие. Перечисленные фирмы достаточно полно представляют спектр продукции в области СБИС ПЛ, хотя и не исчерпывают ее. Последующее изложение темы ориентировано в основном на разработки фирм Xilinx, Altera иActel.

Сфера применения СБИС ПЛ чрезвычайно широка, на них могут строиться не только крупные блоки систем, но и системы в целом, включая память и процессоры. Области применения СБИС ПЛ уточняются в дальнейшем, предварительно отметим важность таких применений, как отработка прототипов систем при их проектировании ~ даже если конечная реализация систем рассчитана на другие средства, и создание малотиражных изделий быстрыми и эффективными способами.

После анализа предлагаемых на современном рынке ПЛИС микросхем наиболее подходящим вариантом представляется применение в предлагаемом варианте процессорного модуля бортового модема ПЛИС A54SX32A производства фирмы ACTEL.

ПЛИС состоит из множества ячеек. Функциональная схема одной ячейки приведена на (рис. 23).

Разработка внутреннего интерфейса, памяти для хранения неисправностей, памяти для хранения данных ARINC.

С задачей обмена информацией между модулями МПС или другими блоками связано понятие стандартного интерфейса, т. е. совокупности средств, обеспечивающих совместимость модулей или иных блоков.

Аспектами стандартизации интерфейса являются функциональная, электрическая и механическая совместимости.

Рис. 23. Функциональная схема одной ячейки. Входными сигналами данной схемы являются выводы D0-D3, а выходным сигналом -Y Сигналы А и В являются управляющими.

Функциональная совместимость модулей требует выработки определенных управляющих сигналов, генерируемых обменивающимися модулями, имеющих заданное смысловое значение и временное положение. Электрическая совместимость обеспечивается определенными уровнями сигналов, их мощностями и т. п.

Механическая совместимость предполагает применение определенных типов и размеров конструкций, соединителей и т. д.

Соответственно сказанному, к основным элементам интерфейса относят протокол обмена (совокупность правил, регламентирующих способ выполнения заданных функций), аппаратную часть (физическую реализацию устройств) и программное обеспечение.

На характер интерфейса существенно влияет область его применения, согласно областям применения выделяют несколько классов интерфейсов. Интерфейс межмодульного обмена в микропроцессорных системах, с которым связаны рассматриваемые в этой главе БИС, называют системным (внутренним).

Для организации интерфейса в предлагаемом процессорном модуле применены шинные формирователи типа 74АС245.

Шинные формирователи (ШФ), называемые также приемопередатчиками, шинными драйверами или магистральными вентиль - буферами, включаются между источником информации и шиной. Они усиливают сигналы по мощности при работе на шину, отключают источник информации от шины, когда он не участвует в обмене, формируют при необходимости требуемые уровни сигналов логической 1 или 0, двунаправленные ШФ позволяют в зависимости от сигнала управления передавать сигналы в шину ИЛИ, напротив, принимать их с шины и передавать приемнику данных.

Память для хранения неисправностей предлагается в виде одной микросхемы перепрограммируемой постоянной памяти АТ128С010 производства компании ATMEL. Данная микросхема позволяет хранить данные объемом 128К, что является достаточным для запоминания неисправностей, выявленных в процессе работы процессорного модуля. Далее эти неисправности можно использовать для расшифровки и диагностики состояния процессорного модуля. В качестве оперативного запоминающего устройства для хранения состояния при случайном кратковременном сбое питания предлагается использовать микросхему WMS256K16 - ОЗУ объемом 256 килобит. В качестве постоянной памяти для хранения данных по работе с шиной ARINC предлагается использовать память типа NAND NANDO 1G-B. Микросхемы NAND - флэш характеризуются типичным временем стирания блока 2 и позволяют выполнять 100000 циклов записи/стирания. Гарантированное время сохранности данных составляет 10 лет. Важной особенностью микросхем памяти типа NAND является их повзводная совместимость вне зависимости от емкости. Это позволяет очень легко улучшать потребительские характеристики конечного изделия [17].

Для установки всех элементов в исходное состояние при включении питания применим схему сброса на триггере Шмитта, изображённую на (рис. 24).

Рис. 24. Схема сброса блока по питанию.

На (рис. 25) показана схема автогенератора, в которой положительная обратная связь через кварц BQ1 охватывает два элемента DD1.1 и DDI.2, причем каждый из них выведен в линейный усилительный режим с помощью резисторов отрицательной обратной связи R1 и R2. Элемент DD1.3 применен как буферный, чтобы уменьшить влияние нагрузки на частоту генератора.

Генератор стробирующих импульсов (ГСИ)

Генератор ГСИ предназначен для формирования стробирующих импульсов записи информации в ФВВ и РГВ (STR1 и STR2). Схема включения формирователей стробирующих импульсов приведена на (рис. 26).

ГСИ выполнен на элементах микросхемы К555АГЗ DD5 и DD6 формирующих импульсы заданной длительности. По положительному фронту тактового импульса (С) запускается одновибратор DD5.1, который формирует импульс длительностью t\. По спаду импульса ti запускается одновибратор DD5.2, формирующий длительность импульса записи STR1.

Рис. 25. Схема генератора прямоугольных импульсов.

Рис. 26. Схема генератора стробирующих импульсов.

По фронту импульса STR1 запускается одновибратор DD6.1, который формирует импульс длительностью t2. По спаду импульса t2 запускается одновибратор DD6.2, формирующий длительность импульса записи STR2.

Импульс «STR1» записывает состояние ГПСП и СЧЦ в ФВВ. Поэтому время t должно быть больше длительности переходных процессов в ГПСП и СЧЦ и определяется максимальными временными задержками от тактовых входов до тактовых выходов в этих блоках. Импульс «STR2» предназначен для записи откликов с контролируемого и эталонного ТЭЗов в РГВ. Причем, к этому моменту все переходные процессы в ТЭЗах должны закончиться.

По заданной частоте тактового генератора длительность одного цикла проверки будет равна 12,5 мкс.

2.2 Разработка программного обеспечения для бортового модема

2.2.1 Разработка алгоритма работы модема

Программное обеспечение предлагаемого усовершенствованного блока ATSU, способного работать как с сетью ACARS, так и с сетью ATN, должно состоять из следующих модулей:

1)      Программа для обеспечения интерфейса с другими самолетными системами.

2)      Программа для работы с конфигурацией ATSU. Эта программа должна автоматически выбирать режим работы ATSU в зависимости от состояния (заземлено/подключено к питанию) программируемых контактов.

3)      Программу - маршрутизатор автоматического выбора высокочастотного устройства (KB, УКВ или спутниковая радиостанция), через которую будет производиться обмен данными с центром управления воздушным движением.

4)      Программу, работающую с центром управления воздушным движением. В эту программу входит алгоритм работы в системе FANS В.

5)      Программа конфигурации самолета, заданная производителем.

6)      Программа конфигурации самолета, задаваемая оператором.

Прикладное программное обеспечение АТС (Управления воздушным движением) служит для организации взаимодействия бортового оборудования с наземным центром управления воздушным движением. Основное назначение этой программы - выбор вида передачи данных - CPDLC (Controller - Pilot data link communication - система связи между пилотом и диспетчером УВД) или ADS-B (Automatic Dependant Surveilliance - Broadcast - Широковещательная система зависимого наблюдения) [18].

ADS-B является приложением наблюдения, передающим с определенными интервалами по линии передачи данных радиовещательного типа такие параметры, как координаты, путевой угол и путевая скорость для использования любым нуждающимся в них бортовым и/или наземным пользователям. ADS-B представляет собой также приложение линии передачи данных.

CPDLC - это приложение линии передачи данных, которое обеспечивает средства связи между диспетчером и пилотом, используя линию передачи данных в целях УВД.

Способность воздушного судна обеспечивать передачу информации о своем местоположение, а также другой информации бортовым и наземным системам является частью системы FANS В+. ADS-B представляет собой приложение наблюдения, осуществляющее передачу по линии передачи данных радиовещательного типа, таких параметров, как координаты, путевой угол и путевая скорость для использования любым нуждающимся в этой информации бортовым и/или наземным пользователем.

В зависимости от конкретной реализации, ADS-B может включать в себя функции наблюдения по линиям связи "воздух-земля" (ADS-B IN) и "воздух- воздух" (ADS-B OUT) так же, как приложения, относящиеся к взаимодействию между воздушными судами на земле и наземным транспортом. ADS-B существенно расширяет область наблюдения существующих BOPJI, в частности, на аэропорт и воздушное пространство малых высот, а также обеспечит осведомленность пилотов о воздушной обстановке по линии связи "воздух-воздух".

ATSU должен обладать способностью работы по линии связи "воздух-земля" (ADS-BIN) [19]. Приложение ADS-B требует:

-              доставки сообщений с частотой, соответствующей данному виду обслуживания;

-              инициации и передачи сообщений в определенной временной последовательности;

-              доставки сообщений в порядке их поступления.

Следующие элементы сообщений должны составлять минимальный набор информации, который должен передаваться любым передатчиком ADS-B - OUT:

-              категория передающего объекта;

-              идентификатор передающего объекта;

-              широта;

-              долгота;

-              высота;

-              опознавательный индекс воздушного судна.

Сообщение CPDLC состоит из заголовка сообщения и от одного до пяти элементов сообщения. Заголовок сообщения, передаваемого по ЛПД "воздух - земля", состоит из номера идентификации сообщения, номера ссылки сообщения (если используется), отметки времени и индикатора запроса логического подтверждения (факультативно).

Элемент сообщения содержит идентификатор элемента сообщения, данные, соответствующие этому элементу сообщения, и ассоциированные атрибуты элемента сообщения.

Сообщения произвольного текста могут содержать только последовательности из следующих символов набора 'А5: (0...9) (A ..Z (,) (.) (1) (-) (+) (( ()), а также символа "пробел".

Номера идентификации сообщений, используемые наземной системой CPDLC для сообщений определенному ВС, не имеют отношения к номерам идентификации сообщений, используемыми той же системой для другого ВС

Аналогично, номера идентификации сообщений, используемые ВС для передачи сообщений по данному соединению CPDLC определенной наземной системе, не имеют отношения к номерам идентификации сообщений, используемым тем же ВС для другой наземной системы.

Номер идентификации сообщения, используемый наземной системой, должен отличаться в данный момент времени от любого другого номера идентификации сообщения, используемого этой системой для конкретного ВС.

Номер идентификации сообщения, используемый бортовой системой, должен отличаться в данный момент времени от любого другого номера идентификации сообщения, используемого этим ВС для данной наземной системы.

Номер идентификации сообщения должен считаться используемым в данный момент времени до:

а)      сообщение не запрашивает ответ: момента передачи сообщения; или

б)      сообщение запрашивает ответ: момента приема ответа закрытия.

Атрибуты сообщения определяют ряд требований по обработке сообщения для пользователя CPDLC, принимающего это сообщение. Каждое сообщение CPDLC имеет три атрибута: срочность, аварийное оповещение и ответ.

Ассоциация атрибутов сообщения срочность, аварийное оповещение и ответ для каждого элемента сообщений определена в добавлении А к данному разделу. Если сообщение содержит единственный элемент сообщения, то атрибуты сообщения совпадают с атрибутами элемента сообщения. Если сообщение содержит несколько элементов сообщения, то тип атрибута элемента сообщения с наивысшим значением приоритета должен стать типом атрибута для всего сообщения. Значения, представленные в (табл. 5).

Атрибутов элемента сообщения, приведены в порядке их важности, (т.е. первое значение имеет наивысший приоритет, второе значение - следующий приоритет,ит.п.). Это означает, например, что если сообщение содержит несколько элементов сообщения и, если по крайней мере один из них имеет атрибут WAJ, то сообщение в целом будет также иметь атрибут W/U [20].

Таблица 5

Общий предлагаемый алгоритм работы ATSU представлен на (рис. 27).

Рис. 27. Общий предлагаемый алгоритм работы ATSU.

Порядок работы таков. Модем постоянно находится в режиме ожидания прерывания сообщения CPDLC. В то время, пока такое сообщение не поступило, ATSU работает в режиме широковещательной выдачи информации (ADS-B) о категории объекта, его идентификационном номере, и координат в виде широты и долготы. После передачи каждого из перечисленных параметров ATSU обращается к обработке прерывания CPDLC, так как наземная станция в любой момент времени может обратиться к бортовому оборудованию с требованием принять или передать какое-либо сообщение по линии связи «диспетчер УВД-пилот». 'Если такого запроса от наземной станции не поступало, то ATSU продолжает работать в режиме ADS-B, выдавая следующий параметр [21].

Как только поступит запрос от наземной станции о необходимости провести связь в режиме CPDLC, ATSU переходит из режима ADS-B в режим CPDLC. '

В этом режиме в первую очередь оценивается категория срочности сообщения. Это сделано в связи с тем, что возможно наземный центр УВД запросит обработку сразу нескольких сообщений, при этом приоритет их обработки расставляется ATSU исходя их данных дешифрации кода срочности, который в обязательном порядке включается в каждое сообщение CPDLC. В первую очередь обрабатываются сообщения с наивысшей срочностью. Даже если в несколько сообщений уже ожидают очередь на обработку, вновь поступившее сообщение с более высокой срочностью будет иметь приоритет [21].

Сообщения CPDLC могут требовать ответа в центр УВД, а могут не требовать. В случае, если требуется ответ, он выдается. Данный алгоритм в виде программы должен быть записан в постоянную память основной программы процессорного блока ATSU. Разработка алгоритма взаимодействия процессорного модуля с другими блоками системы.

Программа взаимодействия процессорного модуля с другими модулями блока ATSU, а также с другими модулями и системами самолета записана в перепрограммируемую логическую схему (FPGA). Эта программа предназначена для обмена информацией процессорного модуля с другими устройствами в различных форматах.

Форматы данных, с помощью которых происходит обмен информацией, следующие:

1)      ARINC. 429;

2)      RS232;

3)      23-разрядный адрес и 32-разрядные данные.

Данные формата ARINC 429 поступают через внутреннюю шину и представляют собой последовательные данные. Каждое сообщение формата ARINC 429 расшифровывается с помощью эталонных кодов, записанных в постоянной памяти NAND.

Алгоритм работы с данными ARINC 429 приведен на (рис. 28).

Рис. 28. Алгоритм работы с данными ARINC 429.

Данные формата RS232 проходят напрямую из ПЛИС. Этот формат используется только для обмена информацией с внешними устройствами, а также для загрузки в процессорный модуль программного обеспечения.

Также эта программа управляет процессом сохранения ошибок в электрически-перепрограммируемой постоянной памяти, а также в резервном ОЗУ в случае кратковременного сбоя питания. Этой функцией управляет программа, записанная в заказной микросхеме VOLCANO.

Благодаря тому, что программа взаимодействия записана в разных модулях, она выполняется одновременно, что значительно повышает ее быстродействие.

.2.2 Анализ системы команд процессора Pentium ММХ

Все возможные преобразования дискретной информации могут быть сведены к четырем основным видам:

- передача информации в пространстве (из одного блока ЭВМ в другой);

передача информации во времени (хранение);

- логические (поразрядные) операции;

- арифметические операции.

Величины, над которыми выполняются операции, могут быть скалярными (принимающими в каждый момент времени только одно значение) и векторными.

ЭВМ, являющаяся универсальным преобразователем дискретной информации, выполняет указанные виды преобразований.

Обработка информации (решение задач) в ЭВМ осуществляется автоматически путем программного управления. Программа представляет собой алгоритм обработки информации (решение задачи), записанный в виде последовательности команд, которые должны быть выполнены машиной для получения результата. Команда представляет собой код, определяющий операцию и данные, участвующие в операции.

По характеру выполняемых операций различают следующие основные группы команд:

а)      команды арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей точками;

б)      команды десятичной арифметики;

в)      команды логических операций и сдвигов;

г)       команды передачи кодов;

д)      команды операций ввода/вывода;

е)       команды передачи управления;

ж)      команды векторной обработки;

з)       команды задания режима работы машины и др.

Команда в общем случае состоит из операционной и адресной частей (рис. 29, а). В свою очередь, эти части, что особенно характерно для адресной части, могут состоять из нескольких полей.

Операционная часть содержит код операции (КОП), который задает вид операции (сложение, умножение и др.). Адресная часть содержит информацию об адресах операндов и результате операции.

Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде.

Форматом команды называют ее структуру с разметкой номеров разрядов (бит), определяющих границы отдельных полей команды, или с указанием числа бит в определенных полях.

Важной и сложной проблемой при проектировании ЭВМ является выбор структуры и форматов команды, т.е. ее длины, назначения и размерности отдельных ее полей. Естественно стремление разместить в команде в возможно более полной форме информацию о предписываемой командой операции. Однако в условиях, когда в современных ЭВМ значительно возросло число выполняемых различных операций и соответственно команд (в системе команд х86 более 500 команд) и значительно увеличилась емкость адресуемой основной памяти (4 Гбайт, 6 Гбайт), это приводит к недопустимо большой длине формата команды. Действительно, число двоичных разрядов, отводимых под код операции, должно быть таким, чтобы можно было представить все выполняемые машинные операции. Если ЭВМ выполняет М различных операций, то число разрядов в коде операции

и_коп> log2 М\ например, при М= 500 п_коп = 9.

Если основная память содержит S адресуемых ячеек (байт), то для явного представления только одного адреса необходимо в команде иметь адресное поле для одного операнда с числом разрядов и а ^ log2 S; например, при S = 4 Гбайт п\ = 32.

Отмечавшиеся ранее, характерные для процесса развития ЭВМ расширение системы (наборы) команд и увеличение емкости основной памяти, а особенно создание микроЭВМ с коротким словом, потребовали разработки методов сокращения длины команды. При решении этой проблемы существенно видоизменилась структура команды, получили развитие различные способы адресации информации. Проследим изменения классических структур команд.

Чтобы команда содержала в явном виде всю необходимую информацию о задаваемой операции, она должна, как это показано на (рис. 29, б), содержать следующую информацию: Ai, А₂ - адреса операндов, А₃ т адрес результата, А₄щ адрес следующей команды (принудительная адресация команд).

Такая структура приводит к большой длине команды (например, при М= 500, S 4 Гб длина команды - 137 бит) и неприемлема для прямой адресации операндов основной памяти. В компьютерах с RISC-архитектурой четырехадресные команды используются для адресации операндов, хранящихся в регистровой памяти процессора.

Можно установить, что после выполнения данной команды, расположенной по адресу К (и занимающей L ячеек), выполняется команда из {К + L) - й ячейки. Такой порядок выборки команды называется естественным. Он нарушается только специальными командами передачи управления. В таком случае отпадает необходимость указывать в команде в явном виде адрес следующей команды.

В трехадресной команде (рис. 29, в) первый и второй адреса указывают ячейки памяти, в которых расположены операнды, а третий определяет ячейку, в которую помещается результат операции.

Можно условиться, что результат операции всегда помещается на место одного из операндов, например первого. Получим двухадресную команду (рис. 29, г), т.е. для результата используется подразумеваемый адрес.

В одноадресной команде (рис. 27, д) подразумеваемые адреса имеют уже и результат операции, и один из операндов. Один из операндов указывается адресом в команде, в качестве второго используется содержимое регистра процессора, называемого в этом случае регистром результата, или аккумулятором. Результат операции записывается в тот же регистр.

Наконец, в некоторых случаях возможно использование безадресных команд (рис. 29, е), когда подразумеваются адреса обоих операндов и результата операции, например при работе со стековой памятью.

С точки зрения программиста, наиболее естественны и удобны трехадресные команды.

Однако из-за необходимости иметь большее число разрядов для представления адресов основной памяти и кода операции длина трехадресной команды становится недопустимо большой и ее не удается разместить в машинном слове. Следует отметить, что очень часто в качестве операндов используются результаты предыдущих операций, хранимые в регистрах машины. По указанным причинам в современных ЭВМ применяют трехадресные команды для адресации регистров. Обычно в ЭВМ используется несколько структур и форматов команд.

Приведенные на (рис. 29) структуры команд достаточно схематичны. В действительности адресные поля команд большей частью содержат не сами адреса, а только информацию, позволяющую определить действительные (исполнительные) адреса операндов в соответствии с используемыми в командах способами адресации.

Рис. 29. Структуры команд: а - обобщенная; б - четырехадресная; в - трехадресная; г - двухадресная; д - одноадресная; е-безадресная

.3 Отладка разработанной программы ЯДРО 1

1)      Начало чикла обработки начальных данных;

2)      Чтение первого байта пакета начальных данных, где заложено идентификация сети (ACARS или ATN);

3) Сопоставить данные первого байта пакета с mask, где mask играет роль объявленной переменной, и служит для заполнения недостающих бит значениями «О»;

4)      Полученные данные, обработать функцией If-else, где проходит сопоставление полученных данных и mask 1. Mask 1 объявленная пере- менная, служит идентификатором сети ACARS;

5)      В случае если функция If-else дает положительный результат, следующая обработка данных передается на алгоритм ACARS:

Модем постоянно находится в режиме ожидания прерывания сообщения CPDLC. В то время, пока такое сообщение не поступило, ATSU работает в режиме широковещательной выдачи информации (ADS-B) о категории объекта, его идентификационном номере, и координат в виде широты и долготы.

После передачи каждого из перечисленных параметров ATSU обращается к обработке прерывания CPDLC, так как наземная станция в любой момент времени может обратиться к бортовому оборудованию с требованием принять или передать какое-либо сообщение по линии связи «диспетчер УВД-пилот».

Если такого запроса от наземной станции не поступало, то ATSU продолжает работать в режиме ADS-B, выдавая следующий параметр.

Как только поступит запрос от наземной станции о необходимости провести связь в режиме CPDLC, ATSU переходит из режима ADS-B в режим CPDLC.

В этом режиме в первую очередь оценивается категория срочности сообщения. Это сделано в связи с тем, что возможно наземный центр УВД запросит обработку сразу нескольких сообщений, при этом приоритет их обработки расставляется ATSU исходя их данных дешифрации кода срочности, который в обязательном порядке включается в каждое сообщение CPDLC.

В первую очередь обрабатываются сообщения с наивысшей срочностью.

Даже если в несколько сообщений уже ожидают очередь на обработку, вновь поступившее сообщение с более высокой срочностью будет иметь приоритет.

В случае если функция If-else дает отрицательный результат, следующая обработка данных передается на алгоритм ATN, где происходит следующие: полученные данные обработать функцией If-else, где проходит сопоставление полученных данных и mask 2, где Mask 2 объявленная переменная, служит идентификатором сети ATN.

В случае если функция If-else дает положительный результат:

прочитать 1 байт субпакета ATN, где заложен идентификатор полученного сообщения (команда или сообщение);

полученные данные передаются на функцию If-else, в случае если функция If-else дает положительный результат, данные обрабатываются как сообщение: о дочитать остальные данные с пакета (где заложено основная часть сообщения), обработать сообщение, для читабельного вида, передать на дисплей (КВС), отправить отчет о получении сообщения в центр УВД.

В случае если функция If-else дает отрицательный результат: передать данные на функцию If-else, где происходит сопоставление с объявленными переменными. В данном случае объявленные переменные играю роль команд заложенных в начальных данных программы. В случае если функция If-else дает положительный результат:

■             дочитать остальные данные с пакета (где заложено основная часть команды);

■             обработать команду;

■             передать данные об исполнении команды на дисплей (КВС);

■             Отправить отчет работы команды в центр УВД [3].

В случаее сли функция If-else дает отрицательный результат:

■             данный пакет содержит ошибку (FAULT);

■             Отправить отчет в центр УВД об ошибке[3].

В случае если функция If-else дает отрицательный результат:

•              данный пакет содержит ошибку (FAULT);

•              отправить отчет в центр УВД об ошибке[3].

После всех обработок программа возвращается в начала цикла [3]. Отчет об отправке происходит следующим образом:

-              данные попадаю на семафор, в случае если семафор открыт, данные передаются на параллельный поток обработки УВД;

-              если семафор находиться в закрытом состоянии, данные пере- даются в начало чикла отправки отчета.

ЯДРО 2

Ядро 2 постоянно считывает данные с параллельного потока, и отправляет их на семафор. В случае если семафор открыт, ядро 2 занимается передачей данных в центр УВД, если семафор закрыт, это означает что, ядро 2 отправляет сообщение (занято).

Разработанный алгоритм программы приведен на (рис. 30).

Глава III. Экономическое обоснование

3.1 Расчет экономической эффективности разработки

Таблица 6 Стадия производства

Таблица 7 Материалы и запчасти

Таблица 8. Стадия эксплуатации

Коэффициент транспортно-заготовительных расходов 7%

Процент премии прочих доплат 40%

Районный коэффициент 15%

Процент дополнительной зарплаты 20%

Отчисления на социальные нужды 26,2%

Часовая тарифная ставка (ЧТС) 3 разряда сум /ч 17,84

(ЧТС) 4 разряда сум /ч 18,63

Норматив:

Общепроизводственных расходов 400%

Общехозяйственных расходов 120%

Внепроизводственных расходов 5%

Норматив рентабельности 25%

Налог на добавленную стоимость (НДС) 18%

Нормативный коэффициент эффективности капвложений 0,15

Коэффициенты, учитывающие затраты на:

-              транспортировку (доставку) оборудования 4%;

-              установку, монтаж, наладку 15%.

Количество рабочих дней в году, 365 дн.

Продолжительность рабочего дня, 6 ч.

Количество рабочих смен в сутки 2.

Процент потерь рабочего времени на ремонтно-профилактические работы 5%.

Коэффициент загрузки оборудования:

-              по времени 0,98;

-              по мощности 0,98;

-              потерь в сети 1,1.

Норматив затрат на текущий ремонт 5% (запчасти).

Тариф на электроэнергию, 1,400 сум./кВт.ч.

Количество текущих ремонтов в год 4 технических обслуживании в год 8 Трудоёмкость текущего ремонта на 1рэ 1,5ч/рэ технического обслуживания на 1рэ0, 2ч/рэ ЧТС сдельщика 2100сум./ч повременщика 20,800 сум./ч ремонтника 600000сум./мес. Эффективный фонд времени 1 рабочего 180000

Цель модернизации

Целью модернизации бортового модема является увеличение его функциональности путем расширения его возможностей работать не только с наземной сетью ACARS, но также и с наземной сетью ATN. В связи с расширением возможностей также совершенствуется элементная база бортового модема, применяется новый процессор, а также программируемые логические схемы большой степени интеграции.

Экономический расчет на стадии производства

Сравнение вариантов производства оборудования произведем по удельным приведенным затратам, которые определяются по формуле:

где   - полная себестоимость единицы i-ro варианта оборудования, сум/шт.; Е_н - нормативный коэффициент эффективности капвложений;  - удельные капитальные вложения по i-му варианту оборудования, сум/шт.

Годовой экономический эффект от производства модернизированного оборудования показывают экономию затрат производителя и рассчитывается следующим образом:

где  ,  - удельные приведенные затраты соответственно по базовому и новому вариантам, сум/шт.;

N_гoд =10 - годовой объем выпуска оборудования по новому варианту, шт./год.

Расчет капитальных вложений

К капитальным вложениям относятся единовременные затраты предприятия на производство продукции. Они включают в себя стоимость производственных площадей, затраты на приобретение оборудования, затраты на его транспортировку, фундамент, монтажно-наладочные работы, а также на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, связанные с созданием и внедрением оборудования - продукции. Составляющие капитальных затрат, одинаковые в сравниваемых вариантах, можно не учитывать, поэтому в расчете эффективности учитываются только дополнительные капвложения в производство данного варианта техники:

К = К_ниокр + К_оф= 2000000 + 700000 = 2700000

где К_ниокр =2000000 - дополнительные капвложения в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, сум.;

К_оф = 700000 - дополнительные капвложения в основные фонды (оборудование, производственные площади), сум.

Удельные капвложения в расчете на единицу продукции определяется:

Расчет капвложений ведется в данном случае только для нового варианта. Т.к. базовый вариант не связан с дополнительными капитальными затратами, то значение К_б следует принять равным 0 (К_б=0).

Расчет себестоимости нового (модернизированного) оборудования Себестоимость продукции - это текущие затраты предприятия на производство и реализацию продукции, выраженные в денежной форме.

Себестоимость единицы оборудования определяется путем калькуляции затрат по следующим статьям:

Материалы

Затраты на материалы рассчитываются по каждому их виду на основании действующих норм расхода и оптовой цены с добавлением транспортно заготовительных расходов.

где H_Mi - норма расхода i-ro материала на единицу продукции; м, кг; Ц_мi - цена за единицу i-ro материала; сум/м, сум /кг;  - процент транспортно заготовительных расходов,%; n - количество наименований используемых материалов;

С_оmх - стоимость реализуемых отходов (в нашем случае С_оmх =0). Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

= (300* 4+ 320* 8+ 320* 16+ 300* 4+ 300 + 350 +1500+25000+25000)* (l +0.07) = (1200+2560+5120+1200 + 300+350 + 1500+50000) * 1.07 = 66586

где  - норма расхода i-ro комплектующего изделия на единицу продукции, шт.;  - цена за единицу i-ro комплектующего изделия, сум/шт.; m - количество наименований комплектующих изделий.

Основная зарплата производственных рабочих

где t= 88 - трудоемкость работ (норма времени), нормо-ч; ЧТС = 18,63 - часовая тарифная ставка рабочего среднего разряда (стоимость одного нормой часа), сум/ч; К_пр = 40 - процент премии, %; K_p =15 - районный коэффициент, %. Дополнительная зарплата производственных рабочих К дополнительной зарплате относятся выплаты предусмотренные законо- дательством о труде и коллективными договорами за непроработанное время:

-           очередные и дополнительные отпуска;

-           оплата льготных часов и т.д.

где К_доп = 20 - процент дополнительной зарплаты, %.

Отчисления на социальные нужды.

Это отчисления в пенсионный фонд, фонд социального страхования, фонд медицинского страхования и на социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний.

где К_си = 26,2- ставка процент отчисления на социальные нужды, %. Общепроизводственные расходы Общепроизводственные расходы включают в себя:

-     расходы на содержание и эксплуатацию оборудования - РСЭО (зарплата вспомогательных рабочих, обслуживающих оборудование, вспомогательные материалы, электроэнергия, вода, текущий ремонт оборудования, амортизация, затраты на внутрицеховой транспорт, МБП и т.п.).

-     цеховые расходы (зарплата цехового управленческого и обслуживающего персонала, содержание зданий и сооружений цеха, их текущий ремонт, амортизация, расходы на охрану труда, МБИ, БРИЗ и т.п.).

 или

где К_рсэо- норматив (процент) расходов на содержание и эксплуатацию оборудования, %;

К_цех - норматив (процент) цеховых расходов, %;

К_опр - норматив общепроизводственных расходов, %.

Общехозяйственные (общезаводские) расходы.

Это затраты, связанные с управлением предприятием и организации про- изводства в целом

где К_охоз = 120 - норматив общехозяйственных расходов, %. Производственная себестоимость показывает текущие затраты предприятия только на производство единицы продукции, оборудования

Внепроизводственные расходы (коммерческие)

Это расходы связанные с реализацией продукции, т.е. на упаковку, тару, складирование, хранение, рекламу, сбыт и т.п.

где К_впр =5 - норматив внепроизводственных расходов, %.

Полная себестоимость нового оборудования определяется по формуле:

Результаты расчет сводим в таблицу 6.

Таблица 6 - Калькуляция себестоимости нового оборудования

Расчет цены нового оборудования

Оптовая цена предприятия (расчетная цена) определяется по формуле:

где П - прибыль на единицу продукции, которая определяется по формуле:

где R = 25 - нормативная рентабельность продукции, %.

Отпускная цена предприятия:

где НДС - сумма налога на добавленную стоимость, сум.

где НДС%= 18 - ставка НДС, %.

Расчет приведенных затрат и годового экономического эффекта. Для расчета приведенных затрат по базовому варианту необходимо рассчитать полную себестоимость базового оборудования, зная его отпускную цену.

Отпускная цена предприятия:

где НДС - сумма налога на добавленную стоимость, сум.

где НДС%= 18 - ставка НДС, %.

Расчет приведенных затрат и годового экономического эффекта. Для расчета приведенных затрат по базовому варианту необходимо рассчитать полную себестоимость базового оборудования, зная его отпускную цену.

Отпускная цена базового оборудования равна:

где К_ц = -20 - процент увеличения (+) или снижения (-) цены, %.

Оптовая цена базового оборудования определяется по формуле:

Полная себестоимость базавого оборудования определятся по формуле:

Таким рбразом, приведенные затраты по вариантам:

Годовой экономический эффект равен:

Годовой прирост чистой прибыли от реализации модернизированного оборудования составит:

где Н_пр - ставка налога на прибыль, %; Н_пр = 24%

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений определяется при условии ∆П_год > 0:

Расчетный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений при условии ∆П_год > 0:

Экономический расчет на стадии эксплуатации

Для экономического обоснования внедрения единицы модернизированного оборудования в эксплуатацию необходимо рассчитать капитальные вложения потребителя и его годовые эксплуатационные издержки по базовому и новому вариантам.

Причем расчет должен производиться при условии технической и экономической сопоставимости вариантов.

Расчет капитальных вложений потребителя

Капитальные вложения потребителя при эксплуатации единицы оборудования включают:

- прямые капиталовложения на покупку оборудования

- сопутствующие капиталовложения на его доставку, установку, пусконаладочные работы,

где Ц_отпуск - отпускная цена оборудования, сум;

Кп_потр - сопутствующие капиталовложения, сум;

В работе сопутствующие капиталовложения рассчитываются усреднено в процентах от цены

где К_д, К_ум - коэффициенты, учитывающие затраты на доставку оборудования, установку и его монтаж, %

Сумма налога на добавленную стоимость, включаемая в капиталовложения потребителя составит:

где НДС% - ставка налога на добавленную стоимость

Расчет годовых эксплуатационных издержек потребителя

Годовые издержки потребителя представляют текущие затраты на эксплуатацию единицы оборудования за год и. определяются по формуле:

где И_зп - издержки на зарплату рабочих, обслуживающих оборудование;

И_ам - издержки на амортизацию;

И_эл - издержки на электроэнергию;

И_т.р. - издержки на текущий ремонт электрической части оборудования. В данном расчете учитываются только те издержки, которые могут измениться при выборе того или иного варианта оборудования.

где - издержки на основную зарплату, сум

 - издержки на зарплату рабочим сдельщикам, сум;

где  - годовой объем производства продукции на единице нового оборудования, шт./год;

 - сдельная расценка за единицу продукции (работы), сум/шт.

где  - коэффициент загрузки оборудования по времени; Ф_об - эффективный годовой фонд времени работы оборудования, ч; ,  - штучное время,ч.

где  - количество рабочих дней в году;

 - длительность смены;

h = 2 - количество смен;

б = 5 - процент потерь времени на ремонтно-профилактические работы,%.

где ЧТС_сд =21 - часовая тарифная ставка рабочего-сдельщика, сум /ч.

Издержки на амортизацию определяются по формуле:

где Н_ам - норма амортизации, %

где  - срок службы (срок полезного использования оборудования), лет.

Издержки на технологическую электроэнергию:

где - установленная мощность электродвигателя, кВт;

 = 1,4 - тариф на электроэнергию, ;

К_м = 0,98 - коэффициент использования по мощности;

К_{п с} = 1,1 - коэффициент, учитывающий потери в сети;

 - коэффициент полезного действия.

Издержки на текущий ремонт включают:

где  - издержки на запчасти для текущих ремонтов;

К_зч = 5 - процент затрат на запчасти, %; И_рем - затраты на зарплату ремонтника.

где О_мес = 6000 оклад ремонтника за месяц, сум /мес;

Д_мес = 30 Д_мес - количество рабочих дней в месяце, дн;

Т_р - трудоемкость ТО и TP за год, ч.

где К_тр, К_то - количество регламентированных TP и ТО в год;

Т_тр, Т_то - трудоемкость регламентированных TP и ТО на единицу ремонтосложности, ч/1Кэ;

R.3 - категория ремонтосложности электрической части оборудования.

Глава IV. Безопасность жизнедеятельности

В данной дипломной работе осуществляется разработка бортового модема для управление воздушным движением, соответствующего требованиям FANS. Основным инструментом при проектировании является персональный компьютер. Применение ПЭВМ позволяет освободить человека от непроизводительной работы, связанной с обработкой информации, изменяет характер его труда. Но при этом увеличивается доля умственного труда, возрастает психоэмоциональная нагрузка.

При значительной трудовой нагрузке, нерациональной организации работы и неблагоприятных факторах производственной среды быстро снижается производительность труда лиц, работающих за ПЭВМ, что приводит к уменьшению производительности труда и снижению качества работы, могут возникнуть перенапряжения, а в отдельных случаях срыв трудовой деятельности.

Длительная и неправильно организованная работа инженера - исследователя с ЭВМ может бьггь причиной следующих негативных явлений:

-              постоянная работа сидя приводит к мышечному утомлению, нарушению кровообращения в нижних конечностях и тазовой области;

-              утомление органов зрения из-за постоянной работы с монитором компьютера;

-              нервно-психологическое расстройство вследствие ошибок, неисправностей, отказов и сбоев в работе программы, чрезмерного темпа работы и т.п. Все это приводит к необходимости обеспечения безопасности работы с ЭВМ, правильной организации рабочего места и графика работы.

Все операции, связанные с использованием компьютера при моделировании указанных процессов, производится в производственном помещении. Оно расположено на седьмом этаже двенадцати этажного блочного дома.

Площадь помещения: 4.9x7.35=36 м², а его объем 89.6 м². Помещение имеет одно окно, размерами 1.5x1.8 м обращенное на юг. Для искусственного освщения используется два светильника с лампами 100x60 Вт. Система отопления центральная водяная [22].

В помещении расположены два стола, один из которых оборудован ЭВМ. Помимо разработчика в помещении во время работы может находиться с один человек, занятый канцелярской работой без участия ЭВМ. Площадь помещения, согласно СанПИн 2.2.2.542-96, где на одного работающего устанавливается объем производственного помещения не менее 19.5 м и площадью менее 6 м², полностью соответствует нормам для работы на ЭВМ.

Для обеспечения микроклиматических условий, соответствующих ГО 12.1.005-88 , в холодный период года, в помещении предусмотрено централы водяное отопление, которое поддерживает температуру 22-24°С. В теплое в мя года температура воздуха в помещении зависит от внешней температуры среднем составляет 20-23°С. Искусственной вентиляции воздуха не предусмотрено, поэтому в помещение необходимо регулярно проветривать, для чего oi имеет открывающиеся проемы. Влажность воздуха в помещении составляет 50%. Требования к микроклиматическим условиям определяются согласно ГОСТ 12.1.055-88 и представлены в таблице 7.

Основными источниками шума в рабочем помещении являются системный блок и принтер. Уровень звукового давления, создаваемого компьютером не превышает 15 дБ в полосе частот до 10 кГц. Уровень звукового давления принтера «Epson АР-3250» не более 20 дБ в полосе частот до 15 кГц. Шумы, проникающие в комнату с улицы, незначительны.

Требования к уровням шума указаны в ГОСТ 12.1.009-83 . Уровни звука и звукового давления в помещении, где работает инженер-исследователь, не должны превышать 50 дБА.

Таблица 7

Поражение электрическим током опасно для здоровья и жизни оператора ЭВМ, а также может привести к выходу из строя оборудования и возникновению пожара. Значения напряжения и тока прикосновения для аварийного режима при продолжительности воздействия свыше 1 сек, составляют согласно ГОСТ 12.1.038-82 , соответственно 36 В и 6 мА.

В помещении предусмотрена открытая электропроводка. Напряжение в сети 220 В, частота 50 Гц, сила тока 5 А. напряжение питания используемого оборудования значительно превышает указанные выше нормы, следовательно, необходимо проведение мероприятий по обеспечению электробезопасности. Источниками электропоражения являются: розетка электропроводки сетевой фильтр, системный блок ПЭВМ.

Помещение согласно ПУЭ по степени поражения людей электрическим током относится к классу «помещение без повышенной опасности». В рабочем помещении предусмотрена система противопожарной сигнализации. В качестве первичного средства тушения пожара применяется углекислотный огнетушитель ОУ-2,с расположенный в специальном шкафу, в коридоре.

Разработка компьютерной модели согласно СниП 22-05-95 , соответствует разряду Шг (рабочие места: пульты ЭВМ, дисплеев). Нормируемое значение освещенности при работе с экраном составляет 200 лк, а при работе с экраном в сочетании с работой над документами - 500 лк.

Для искусственного освещения применяется комбинированная система с использованием комнатных ламп общего и местного освещения, мощностью 100 и 60 Вт соответственно [23].

В данной главе рассматривается непосредственно рабочее место инженера исследователя, и определяются требования, предъявляемые к нему. Рабочее место расположено в углу комнаты, возле окна. Рабочим местом разработчика является специализированный компьютерный стол прямоугольной формы, размерами: 900x800x^50 мм. на котором расположен монитор, клавиатура, манипулятор типа «мышь» и принтер. Системный блок расположен на специальной полке, под поверхностью стола.

Рабочее место можно представить как совокупность трех основных элементов: рабочей зоны. рабочего положения монитора, рабочего сидения.

Рабочая зова представляет собой непосредственное место работы, на котором располагаются предметы, используемые в процессе составления компьютерной модели. Построение оптимального рабочего места состоит в оптимальном расположении предметов рабочей зоне.

Конструкцией рабочей зоны должно быть обеспечено оптимальное положение работающего, которое достигается путем регулированием высоты рабочей поверхности, сидения и пространства для ног.

При организации рабочего места учитывается средние антропометрические данные человека и в соответствии с ними сформулированы следующие требования:

-           высота рабочей поверхности - 725 мм;

-           высота пространства хтя ног - 680 мм;

-           высота рабочего сиденияР480 мм.

Для размещения ног предусматривается свободное пространства под рабочей поверхностью высотой не менее 600 мм, шириной не менее 530 мм. Желательно для предотвращения усталости, поместить под стол специальную подставку под ноги.

Оптимальными размерами компьютерного стола прямоугольной формы, с точки зрения средних размеров аппаратуры и антропометрических данных операторов, являются следующие размеры: 1600x800x750 мм.

Высота рабочего стола тесно связана с высотой сидения. Высота сидения приспосабливается к высоте стола. Рекомендуемая высота сидения 460 мм, но для обеспечения комфортных условий работы различными операторами необходимо предусмотреть возможность регулирования высоты в пределах 400-500 мм. Тип сидения выбирается в виде рабочего кресла, которое снабжено подъемно-повбротным устройством, обеспечивающим регулировку высоты сидения, а также изменением угла наклона спинки. Рекомендуемые параметры рабочего кресла:

-           ширина сидения: 400-500 мм;

-           глубина сидения: 380-420 мм;

-           угол наклона сидения: 0-5°;

-           высота верхней кромки спинки относительно сидения -320 мм;

-           ширина спинки: 360-400 мм;

-           вертикальный радиус: 620мм;

-           угол наклона: 95-130°;

-           высота опорной поверхности спинки: 150-180 мм;

-           длина подлокотников: 200-280мм;

-           ширина подлокотников: 50-80мм.

Рассмотрим вертикальный размер рабочей зоны. Согласно нормам линия взора человека должна быть перпендикулярно верхней кромки экрана, а оптимальное отклонение в вертикальной плоскости составлять не более 5°. Это можно добиться путем регулировки угла наклона монитора. Оптимальный угол обзора в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана не должен превышать 15°.

По ГОСТ 22.2.032-78 допустимый поворот головы в вертикальной плоскости не должен превышать 3° от горизонтальной линии взора, соответствен! и нормальная линия взора смещается не более чем на 30°. При работе с клавиатурой ее плоскость должна быть перпендикулярной линии взора. Для этого необходимо отрегулировать угол наклона клавиатуры в пределах от 7°до11 Это осуществляется с помощью регулируемой упоров предусмотренных конструкцией клавиатуры.

Для обеспечения мер электробезопасности в рабочем помещении применяется зануление. Цель защитного зануления - обеспечить отключение электрических» установок от источников питания при пробое корпуса. В нашем случае отключение происходит при перегорании плавной вставки (предохранителя). Плавна ставка для устройства зануления выбрана в силу более простой конструкции меньшей стоимости по сравнению с механическим размыкателем. Условие отключения электроустановки можно записать в следующим виде:

I_з ≥ K·1

где: I₃ - ток однофазного замыкания,

I - номинальный ток плавкой вставки, К ≥ 3.

Ток однофазного замыкания можно определить в с высокой точв стью(±5%) по следующий формуле:

где: U_Ф - напряжение в сети;

Z_Т - полное сопротивление трансформного блока питания; Z_n - полное сопротивление петли фаза-нуль, определяемое выражением: Z_n=(R_Ф+R_Н)²+(Х_Ф+Х_Н+Х_П)² где: R_Ф, R_h - активное сопротивление фазного и нулевого защитного npoвoда соответственно;

Х_Ф, Х_Н - внутренние индуктивное сопротивление фазового и нулевого защитного проводов соответственно;

Х_Н- внешние активное сопротивление петли фаза-нуль.

Активные   ни тения R, X определяют по величинам сечения, длины и исходя из проводящего материала проводов:

где: с - удельное сопротивление материалов проводов;

I,S-длина и сечение проводника соответственно.

Сечение нулевого защитного провода и его материал выбирают таким образом, чтобы полная проводимость нулевого провода была не менее 50% полной проводимости фазного провода:

Для изолированных проводов минимальный размер сечения S заземляющий и нулевых проводов должен составлять: 1.5 ч2.5 мм². Будем считать ее в нашем случае равной 2 мм².

В нашем случае можно принять величины внутреннего сопротивления проводов Х_Ф, Х_Н - приблизительно равными нулю, то и внешнее индуктивное сопротивление Х-: можно считать равным нулю.

Считая площадь сечения фазового провода равной 2 мм , а длину провода 1 м, величину удельного сопротивления материала провода равной 1.0280 м/мм", что соответствует алюминию, можно вычислить:

Полное сопротивление петли фаза-нуль, рассчитывается по выше приведенной формуле и равно: Z_n = 28 Ом. Тогда имеем:

Следовательно, номинальный ток плавкой вставки должен быть не более 5 А. Вместе с тем. ток плавной вставки должен быть равен:

где: I_н - тег взгрел, для блока питания компьютера составляет 1.5 А.

Таким образом, для зануления нужно использовать плавкую предохранительную вставку с током плавления 4.5 А.

Расчет освещенности рабочего места

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения. [24]

Работу инженера - исследователя следует отнести к разряду зрительных работ разряда III, следовательно, минимальная освещенность согласно СНиП 23-05-95 должна составлять 500 Лк. Будим использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества:

-           по спектральному составу света они близки к дневному, естественному освещению;

-           обладают более высоким кпд (в 1.5-2 раза выше, чем кпд ламп накаливания);

-           обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);

-           более длительный срок службы.

Расчет освещения производится для комнаты площадью 36 м. воспользуемся методом светового потока. Воспользуемся методом светового потока. При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Для определения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхность по формуле:

где: F- рассчитываемый световой поток, JIк;

Е - нормированная минимальная освещенность, Лк;

S - площадь освещаемого помещения (в нашем случае S=36 м²);

Z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1.1-1.2, расчет проведем для Z = 1.1);

К - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение определяется по таблице коэффициентов запаса для различных помещений и в нашем случае К=1.5);

n - коэффициент использования (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единиц) зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (Р_с1 и потолка (Рп), значение коэффициентов Р_с и P_n определим по таблице зависимостей коэффициентов отражения от характера поверхности: Р_с ⁼ 30% Р_п = 50%. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

h - расчетная высота подвеса, h=3.39 м;

А - ширина помещения, А=4.9 м;

В - длина помещения, В=7.35 м.

Подставив значения, получим:

Зная индекс помещения I, Р_с и Р_п выбираем для светильников типа М- НОГЛ=0.28. Подставим все значения в формулу для определения светового потока F:

Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток F=4320 Лм,

где: N - определяемое число ламп;

F - световой поток, F=106071.43 Лм;

Р_л - световой поток лампы, Р_л=4320 Лм;

Каждый светильник типа М-НОГЛ комплектуется двумя лампами.