Растровые графические дисплеи для систем автоматизации электрофизических установок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

РГб од

г, / поп шз

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ -

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера

На правах рукописи

Репков Владимир Валерьевич

РАСТРОВЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ДИСПЛЕИ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

01.04.20 - фиоика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК—1993

Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской Академии наук.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Купер Эдуард — кандидат технических наук,

Адольфович Институт ядерной физики

им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

►

Аульченко Владимир — доктор технических наук, Михайлович / Институт ядерной физики

им. Г.И.Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

Сизых Владимир — кандидат технических наук,

Георгиевич - - Институт прикладной физики,

г. Новосибирск.

Ведущая организация: Институт физики высоких энергий,

г. Протвино.

Защита диссертации состоится "_"_ 1993 г. в

"_" часов на заседании специализированного совета Д.002.24.02 при

Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ СО РАН.

Автореферат разослал "_"_ 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета -'"Л/ (У

академик Iй£ Б.В. Чириков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Институт ядерной физики ведет исследования в области физики высоких энергий, физики плазмы, а также занимается разработкой и изготовлением ускорителей для технологических целей. Установки, предназначенные для научных исследований в области физики высоких энергий, такие как ВЭПП-2М, ВЭПП-4 представляют собой сложные комплексы, каждый из которых состоит из источника элементарных частиц, электронно-оптических каналов, ускорителей, а также аппаратуры для регистрации эффекта взаимодействия элементарных частиц. Естественно, что нормальное функционирование таких сложных комплексов невозможно без четкого согласования режимов работы всех входящих в него элементов и без контроля их параметров. Составные части комплекса объединяются в единое целое посредством системы управления. Возможности системы управления в значительной степени определяют эффективность и гибкость использования как отдельных частей комплекса, так и всей установки в целом. Первые работы по использованию ЭВМ для нужд автоматизации начались в 1970 г. на накопителе ВЭПП-3, где потребовалась высокая точность и согласованность изменения параметров магнитной структуры. Управляющая программа была написана в кодах ЭВМ. Вскоре стало ясно, что для продолжения работ по автоматизации рациональнее применять не ЭВМ общего пользования, каковой в то время являлась машина "МИНСК-22", а специальную ЭВМ. С 1972 г. начата активная работа по автоматизации как существующих так и вновь строящихся установок: ВЭПП-2М, НАП-М, ВЭПП-4, и других. При этом использовались достаточно разнородные ЭВМ: М-6000, "0дра-1300и в 70-х годах. Позднее, в 80-х годах, появились ЭВМ серии СМ "Электроника" и "Одренок".

Использование вычислительной техники в системах автоматизации было делом относительно новым, поэтому многие вопросы, связанные со взаимодействием ЭВМ, человека, аппаратуры и собственно установки, приходилось решать впервые.

Для максимальной эффективности взаимодействия оператора с установкой необходимо, чтобы человек оперировал привычными понятиями. Наиболее полно эта цель достигается при графическом представлении информации, так как скорость и глубина восприятия графических образов несоизмеримо выше, чем скорость чтения числовых или текстовых массивов. Наиболее распространенными графическими средствами являются графические дисплеи, использующие растровый способ формирования изображения.

Поскольку, все перечисленные ЭВМ, используемые в системах автоматизации, не комплектовались штатными графическими средствами, начиная с 1978 года для нужд института был разработан ряд графических дисплеев.

Целью настоящей работы является:

— анализ необходимых требований к системам визуализации на электрофизических установках ИЯФ;

— выбор решений и подходов по интеграции графических средств в распределенную систему управления и контроля;

— разработка аппаратных и программных средств для реализации графических дисплеев; '

— внедрение результатов работы на комплексе ВЭПП-4 и других электрофизических установках;

— написание тестового и отладочного программного обеспечения для организации массового производства.

Научная новизна.

1. На основе анализа параметров и условий работы физических комплексов ИЯФ определены требования к качеству средств визуализации. Определены способы интеграции данных приборов в системы автоматизации.

2. Впервые в отечественной практике создан ряд дисплеев в стандарте КАМАК, обеспечивающий широкий диапазон требований по разрешающей способности, цветовой палитре, стоимости и т.д.

3. Предложена оригинальная архитектура видеоЗУ, позволяющая более эффективно использовать мощности графического процессора или управляющей ЭВМ.

4. Предложена архитектура графического процессора, ориентированного на генерацию графических примитивов. Разработано несколько процессоров различной степени сложности.

5. Решена задача создания схем генерации видеосигналов с высокой частотой видеовывода (100 МГц и более).

6. Предложена оригинальная схема ЗУ цветности, обладающая быстродействием 100 МГц.

7. Исследованы возможности создания высококачественных мониторов с повышенным разрешением. Предложены схемы широкополосного видеоусилителя, строчной развертки, оригинальная схема динамической фокусировки.

8. Разработаны инструментальные средства для отладки быстродействующих цифровых автоматов.

Реализация результатов работы, практическая ценность.

1. На основе анализа систем автоматизации электрофизических установок ИЯФ сформулированы основные требования к системам визуализации.

2. Под руководством и при непосредственном участии автора разработан ряд графических дисплеев в стандарте КАМАК, обеспечивающий широкий диапазон требований по разрешающей способности, цветовой палитре, стоимости и т.д.

3. Разработан высококачественный монитор с повышенным разрешением для автоматизации конструкторских работ.

4. Разработаны аппаратные средства для отладки быстродействующих цифровых автоматов (комплект имитаторов ПЗУ). Первоначально комплект предназначался для отладки графических процессоров, но нашел более широкое применение.

5. Приборы, описанные в диссертации, успешно применяются в системах автоматизации как в ИЯФ СО РАН (ВЭПП-3, ВЭПП-4, ТРАПП, СНД, КМД, МАГНИКОН и др.), так и в сторонних организациях (СИБИРЬ, ТНК и др.).

6. В радиомастерских ИЯФ было изготовлено в общей сложности более 800 приборов. Кроме того, приборы ЦДР-1, ЦДР-2, производились серийно в СКВ НП СО АН СССР, СКВ НП АН СССР (п.Черноголовка), ИАЭ им. И.В.Курчатова.

Автор выносит на защиту следующие результаты работы:

1. На основе анализа параметров и условий работы физических комплексов ИЯФ определены требования к качеству средств визуализации.

Определены способы интеграции данных приборов в системы автоматизации.

2. Впервые в отечественной практике создан ряд дисплеев в стандарте КАМАК для систем автоматизации электрофизических установок.

3. Предложена оригинальная архитектура видеоЗУ, позволяющая более эффективно использовать мощности графического процессора или управляющей ЭВМ.

4. Предложена архитектура графического процессора, ориентированного на генерацию графических примитивов. Разработано несколько процессоров различной степени сложности.

5. Решена задача создания схем генерации видеосигналов с высокой частотой видеовывода (100 МГц и более).

6. Предложена оригинальная схема организации ЗУ цветности, обладающая быстродействием 100 МГц.

7. Разработан высококачественный монитор с повышенным разрешением для автоматизации конструкторских работ.

8. Разработаны инструментальные средства для отладки быстродействующих цифровых автоматов.

Апробация работы, публикации.

Работы, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на радиофизических семинарах Института ядерной физики СО РАН, на III Всесоюзном семинаре по обработке физической информации (Ереван, 1985), II Всесоюзном семинаре по автоматизации научных исследований в ядерной физике и смежных областях (Новосибирск, 1982), втором Всесоюзном симпозиуме по модульным информационно-вычислительным системам (Москва, 1980), XII Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (Москва, 1990), VII Всесоюзном симпозиуме "Модульные информационно-вычислительные системы" (Новосибирск, 1989), VII Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (Дубна, 1981), Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ (Новосибирск, 1979), а также на других конференциях и семинарах. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, со-' стоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Текст содержит 19 рисунков, в списке цитируемой литературы—57 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, приведены основные результаты работы.

В первой главе рассматривается общий подход к автоматизации электрофизических установок ПЯФ, роль и место графических дисплеев в системах автоматизации.

Время жизни ускорителя обычно составляет не одно десятилетие. Он непрерывно изменяется и модернизируется. Система управления должна эволюционировать во времени вместе с ускорителем. Необходимость непрерывной модернизации аппаратуры управления с расчетом на длительную перспективу предполагает использование универсального машинно-независимого стандарта. Единственным приемлемым стандартом в то время был КАМАК. Еще одним стимулом для внедрения КА-МАКа явилась необходимость унификации аппаратных средств в рамках всего Института. Начиная с 1978 г. практически все электронное оборудование для решения задач управления разрабатывалось и выпускалось в стандарте КАМАК. Была разработана широкая номенклатура блоков, обладающих высокими метрологическими характеристиками и удовлетворяющих практически всем необходимыме потребностям.

При использовании ЭВМ для задач автоматизации, которые предполагают активную работу с приборами, имеет смысл разрабатывать графические дисплеи в том же стандарте, что и основной набор оборудования. Поэтому, начиная с 1987 по 1990 гг. был сделан ряд дисплеев в этом стандарте.

Ниже приведена таблица, в которой указаны название прибора, год разработки и основные параметры:

имя год разрешение кол. цветов габариты

ЦДР-1 1978г 256 • 256 4 ЗМ (КАМАК)

ЦДР-2 1982г 256 • 256 8 IM (КАМАК)

ЦДРЭ 1987г 1024 • 768 16 1 плата Э-60

ЦДР-3 1988г 640 • 400 256 2м (КАМАК)

ЦДР-4 1990г 1280-1024 256 7м (КАМАК)

Основные требования, которые предъявляются к дисплеям в системах автоматизации, можно сформулировать следующим образом:

— большая часть задач решается с помощью относительно простых дисплеев, использующих стандартные телевизионные мониторы;

— в связи с многопрограммностью, к каждой микроЭВМ должны легко подключаться несколько графических дисплеев;

— в связи с тем, что дисплеи подключаются к микроЭВМ, работающим в реальном масштабе времени, необходимо, чтобы они по возможности не загружали ЭВМ рутинной работой (генерация по точкам символов, векторов и т.п.), то есть обладали определенным "интеллектом" и достаточным быстродействием;

— существует несколько выделенных мест, в которых требуются дисплеи с повышенным разрешением и богатой цветовой палитрой.

В дисплеях с растровым сканированием изображение на экране ЭЛТ формируется способом, аналогичным используемому в телевидении. Отклоняющая система формирует на экране прямоугольный растр, состоящий из определенного количества горизонтальных линий (строк). Каждая строка, в свою очередь, разбивается на элементарные участки (пиксели) изображения. Состояние каждого пикселя кодируется несколькими битами, которые определяют количество возможных цветовых и яркост-ных оттенков. В простейшем монохромном дисплее без градаций яркости это может быть один бит (одна плоскость изображения). В сложном многоцветном дисплее количество цветовых плоскостей может достигать 24-х, по 8 плоскостей на каждый из основных цветов. Информация об изображении извлекается из видеоЗУ и подается на ЭЛТ синхронно с движением луча. Поскольку в видеоЗУ хранится информация о состоянии каждого пикселя, то, с увеличением разрешающей способности дисплея, соответственно возрастает и объем видеоЗУ. Для растрового дисплея, обладающего разрешением 1024 • 1024, при кодировании каждого пикселя одним байтом, как нетрудно заметить, объем видеоЗУ должен составлять 1 Мегабайт. Необходимость в большом объеме памяти, к тому же обладающей высоким быстродействием (вся память должна быть прочитана за время вывода на экран одного кадра, т.е. примерно за 15-18 мс.), сдерживало развитие растровых дисплеев.

Ситуация начала меняться в начале 70-х годов, когда появились и начали быстро прогрессировать динамические ЗУ большой емкости.

Мы занимались разработкой только растровых дисплеев, причем первые модели использовали стандартные телевизионные мониторы. В то время это был единственный реальный путь удовлетворения потребностей Института в графических дисплеях. Появление микросхем памяти емкостью 4К в 1977 г. позволило разработать растровый дисплей ЦДР-1, обладающий вполне приемлемыми для массового тиражирования габаритами и функциональными возможностями. Прибор был разработан в 1978 г. В течении трех лет было изготовлено более ста модулей ЦДР-1. В настоящее время этот дисплей уже снят с эксплуатации, но автор считает нужным остановиться на данной разработке, потому что благо-

даря этому модулю был накоплен определенный опыт в проектировании подобных средств и были намечены пути развития. Приведем краткие характеристики прибора ЦДР-1:

— размер поля изображения—256 • 256;

— количество цветов—4;

— аппаратный генератор векторов;

— знакогенератор;

— чтение памяти отображения;

— световое перо;

— габариты—ЗМ.

Основные выводы, которые были сделаны в результате анализа работы около 130 модулей ЦДР-1 на установках института, состояли в следующем:

— оправдало себя наличие аппаратных генераторов векторов и знакогенератора;

— в некоторых приложениях сказывалась ограниченность цветовой палитры;

— "не прижилось" световое перо, как, впрочем, "не прижилось" оно почти во всех дисплеях, разработанных как у нас, так и за рубежом;

— потребность Института в приборах подобного класса составляет 50-70 штук в год.

Перечисленные выше факторы, появление более емких микросхем динамической памяти, постоянных запоминающих устройств, а также понимание того, что массовый блок должен быть более компактным и технологичным, послужило основанием для разработки прибора ЦДР-2.

В 1982 г. была разработана новая версия прибора ЦДР-2, в котором были учтены недостатки предыдущего образца и в то же время были сохранены все возможности прежней модели. Благодаря прогрессу в области микросхем памяти и применению методов микропрограммирования, удалось сделать модуль, занимающий всего одну позицию в крейте.

Основные параметры данного прибора:

— размер поля изображения—256 • 256;

— количество цветов—8;

— габариты—1 М;

Выполняемые функции:

— генератор векторов;

— знакогенератор;

— сдвиги изображения;

— зарисовка прямоугольных областей.

По нашим оценкам, в 80-х годах дисплей ЦДР-2 покрывал до ЭОоадачи, где изобразительных возможностей данного дисплея было явно недостаточно как по цветовой палитре, так и по разрешающей способности. В первую очередь это касалось автоматизации конструкторских работ и некоторых насыщенных картинок при обработке экспериментальных данных: положение орбиты, синтез события в детекторе и т.д.

Реальная возможность для создания дисплея повышенного разрешения и приемлемых габаритов появилась в 1984-1985 гг., когда стали доступными микросхемы памяти емкостью 64К. Здесь, однако, следует подчеркнуть, что для дисплея с количеством строк более чем 270-300 стандартные телевизионные мониторы непригодны, поэтому наряду с разработкой собственно дисплея требовалось разработать (или купить) соответствующее устройство отображения.

В 1988-1990 гг. были сделаны дисплеи ЦДР-3 и ЦДР-4, которые совместимы по системе команд и различаются только разрешающей способностью. Совместимость достигнута за счет того, что в обоих дисплеях используется специально разработанный графический процессор, занимающий одну КАМАКовскую плату.

Приведем основные параметры дисплеев ЦДР-3, ЦДР-4:

— размер поля изображения ЦДР-3—640 • 400;

—размер поля изображения ЦДР-4—1280 • 1024;

— габариты ЦДР-3—2 М;

— габариты ЦДР-4—7 М.

Остальные параметры одинаковы для обоих дисплеев:

— количество цветов, одновременно присутствующее на экране—256;

— полная палитра цветов—4096.

—знакогенератор с символами в матрице 8 • 8 и 16 • 16;

— организация "окна";

— масштабирование и поворот фрагментов изображения;

— зарисовка произвольных областей.

Большой объем конструкторских работ в ИЯФ стимулировал развитие соответствующих систем автоматизации.

В 1987 году был разработан дисплей для автоматизации конструкторских работ, характерной особенностью которого является возможность реконфигурации видеопамяти.

Плоскости видеопамяти могут быть сконфигурированы одним из следующих способов:

— 2048 -2048-1;

— 2048- 1024-2;

— 1024-2048-2;

— 1024-1024-4;

— размер поля изображения—1024 • 768;

— количество цветов или градаций яркости—от 2-х до 16-ти;

• — габариты—одна плата двойной ширины в конструктиве "Электроника-60".

Размер поля изображения, выводимого на экран, составляет 1024 • 768. Это "окно" может произвольно быстро перемещаться по плоскости видеоЗУ, размер которого может составлять 2048 • 2048.

Во второй главе рассматриваются особенности построен ия видеоЗУ, ЗУ цветности и формирователей видеосигналов, реализованные в. дисплеях ряда.

Растровый дисплей состоит из видеоЗУ, содержимое которого непрерывно выводится на экран ТВ монитора, и какого-либо процессора, формирующего изображение, иными словами, производящего запись в видеоЗУ. Таким образом, видеоЗУ представляет собой двухпортовое запоминающее устройство, один порт которого служит для непрерывного чтения информации на экран, другой—для записи или считывания информации при формировании изображения. Считывание информации бывает необходимо для некоторых преобразований изображения (сдвиг, инвертирование) или для сохранения его на внешнем носителе.

Отметим некоторые специфические требования, предъявляемые к организации видеоЗУ. Изображение, хранимое в видеоЗУ, может представлять собой как совокупность одноцветных, не связанных между собой картинок (слой печатной платы, страница текста), так и одно многоцветное изображение (пейзаж).

При синтезе многоцветной картинки необходимо записать полную информацию о цвете данного пикселя, т.е. записать по одному биту информации сразу во все плоскости. При этом ЭВМ или графический процессор подготавливает стандартную тройку информационных слов: две координаты и цвет пикселя. Будем называть этот режим режимом записи "вертикального байта".

Данный режим может оказаться неоправданно медленным при рисовании однобитовой картинки, например текста, поскольку в таком режиме за одно обращение к памяти записывается только один бит информации. Такой режим является единственно возможным, если плоскость видеоЗУ целиком размещается в одной однобитовой микросхеме памяти. Однако, в большинстве случаев это не так: на каждую плоскость

видеоЗУ приходится несколько микросхем памяти, в каждой из которых лежит информация о смежных точках растра. Поэтому за одно обращение к памяти, в принципе, можно записать несколько битов информации, соответствующих смежным точкам в растре изображения. При аппаратной реализации данного режима, который будем называть режимом записи "горизонтального байта", скорость рисования однобитовых картинок можно увеличить во столько раз, сколько микросхем составляют одну плоскость видеопамяти. Наиболее заметно увеличение быстродействия проявляется при заштриховке больших областей, отрисовке символов, чтении плоскости видеопамяти и т.д. Оба описанных режима реализованы в дисплеях ряда на аппаратном уровне.

Если при формировании многоцветных изображений применять непосредственное цифро-аналоговое преобразование кода пикселя для управления И,в,В входами ТВ монитора, то при малом числе бит, отводимых для кодирования пикселя, цветовые возможности системы будут значительно ограничены. Однако, если код пикселя использовать как адрес ячейки специализированного быстродействующего ЗУ, в котором записаны значения яркости свечения трех основных цветовых составляющих, то возможности получения изображений различных цветов можно значительно расширить. Блок ЗУ, используемый в таких целях, называют таблицей цветности. Таблица цветности является двухпортовым ЗУ, к одному порту подключены регистры сдвига видеоЗУ, с которых считыва-ется код пикселя, к другому—адресная магистраль и магистраль данных. Содержимое таблицы цветпости можно изменять программным способом, что повышает гибкость схемы формирования цветов и значительно расширяет возможности дисплея.

При реализации ЗУ цветности возникает проблема, связанная с быстродействием используемых микросхем памяти. Как следует из приведенного описания, ЗУ цветности устанавливается после видеоЗУ, и время выборки из него равно времени высвечивания одной точки на экране. Для ЦДР-3 это время составляет 60 не. и особых проблем не возникает. Для дисплея ЦДР-4 время высвечивания одной точки—10 не., поэтому реализация ЗУ цветности была связана с определенными трудностями.

В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой графических процессоров и алгоритмов рисования основных графических примитивов.

Изображение на экране растрового графического дисплея состоит из точек (пикселей), образующих прямоугольную сетку-растр. Процесс формирования изображения состоит в том, чтобы установить требуемые цветовые и яркостные значения каждого пикселя. В простейшем

случае ото может делать непосредственно управляющая ЭВМ, в более общем случае между ЭВМ и видеоЗУ располагается графический процессор (ГП) и (при необходимости) специализированный генератор некоторых примитивов—как правило, это генератор векторов.

На сегодняшний день можно выделить несколько основных путей построения графических процессоров и генераторов графических примитивов:

— создание ГП по интерпретационному принципу с использованием СИС и БИС элементов: счетчиков, регистров, схем памяти и т.д.;

— второй путь, позволяющий радикально уменьшить объем оборудования—это использование универсального микропроцессора; — использование специализированных однокристальных графических контроллеров;

— построение специализированного графического процессора на основе бит-секционного микропроцессорного набора.

Коротко проанализируем каждый из возможных подходов. В первом случае для для выполнения каждой конкретной функции используется соответствующая схема (требуется считать—ставится счетчик, коммутировать—мультиплексор и т.д.). При таком подходе объем оборудования растет линейно с количеством реализуемых в устройстве функций. Некоторого сокращения объема оборудования можно достичь совмещением однотипных функций в одном элементе. При данном подходе можно легко реализовать предельное быстродействие (для микросхем данного класса), но функционально насыщенное устройство получается неоправданно дорогим. Таким образом сделан генератор векторов в дисплее ЦДР-1. В нем имеются реверсивные счетчики координат по X и У, счетчики с переменным коэффициентом деления (К155ИЕ8) по X, У координатам, регистры памяти приращений, сумматор для вычисления модуля разности координат начальной и конечной точек вектора. Это же оборудование частично используется и при построении символов. В дисплее ЦЦР-4 кроме графического процессора, который выполняет основную работу по генерации изображения, имеется аппаратно реализованный генератор векторов. Для его работы графический процессор подготавливает более детализированную информацию: начальную координату, тангенс угла наклона и длину вектора. После этого генератор векторов отрисовывает вектор с максимально возможной скоростью, определяемой временем обращения к видеоЗУ.

При большом числе реализуемых функций, радикальное уменьшение объема оборудования достигается при использовании универсального процессора. Однако, при использовании стандартного микропроцессора

в качестве графического процессора, необходимо учитывать следующие особенности:

— разрядность дешевого 8-разрядного микропроцессора заставляет использовать арифметику с двойной точностью, что приводит к значительному ограничению скорости рисования;

— стоимость и объем оборудования при использовании 16-ти разрядного микропроцессора получаются соизмеримыми со специализированным процессором на основе бит-слайсовых секций, в то же время быстродействие специализированного процессора в 5-10 раз выше.

Одним из способов повышения производительности графических процессоров на основе универсальных микропроцессоров является использование БИС графических контроллеров. В последнее время за рубежом появилось значительное количество однокристальных графических контроллеров и очевидно, что для массового производства данный путь является предпочтительным. Следует отметить, что в то время, когда разрабатывались дисплеи настоящего ряда, единственным реально доступным дисплейным контроллером был контроллер ИЕС7220 и его отечественный аналог. Данный контролер предназначен для построения простых видеотерминалов, на его основе практически невозможно сделать многоцветный дисплей с высоким разрешением.

Эти соображения заставили нас ориентироваться на специализированные графические процессоры на основе стандартных СИС и бит-слайсов серии 1804, которые, в случае необходимости, дополняются аппа-ратно реализованными генераторами основных примитивов. Специальная система команд и реализация операций, характерных для процесса генерации изображения на микропрограммном уровне, позволяют получить максимально возможное быстродействие.

Основная функция графического процессора состоит в декодировании и исполнении команд, поступающих от ЭВМ. Принято разделять эти команды на следующие классы:

— команды рисования, включающие как минимум рисование точек векторов, символов;

— команды размещения, включающие команды отсечения (организация окна), и геометрические преобразования (изменение масштаба, поворот, перенос);

— структурирование буферной памяти (организация подкартинок).

Графический процессор ЦДР-2 выполняет только команды рисования:

генерация векторов, символов, закрашивание прямоугольников, сдвиги всего или части изображения.

Графический процессор ЦДРЭ кроме перечисленных функций может

:ще рисовать окружности, дуги, закрашивать односвязные области. В гем предусмотрена возможность организации окна—рисуются элементы, попадающие в заранее определеную прямоу- гольную область рисо-¡ания.

В универсальном графическом процессоре (ЦДР-3, ЦДР-4) предусмотрена возможность запоминать фрагменты изображения в буферной па-яяти в виде последовательности команд для ГП. Фрагменты могут отри-:овываться в произвольном месте с нужной ориентацией и масштабом.

Кроме того, в ГП значительно расширены возможности написания текстов: имеется несколько различных шрифтов, включая надстрочные I подстрочные символы. Можно пользоваться загружаемым алфавитом.

В дисплее ЦДР-4, кроме графического процессора, имеется реализо-»анный на аппаратном уровне генератор векторов. Скорость генерации акторов определяется циклом обращения к видеоЗУ и составляет 240 [с/пиксель.

При создании всех графических процессоров мы не стремились удо-¡летворить спецификации какого-либо графического стандарта, полагая, [то разбирательство с конкретным протоколом должна делать универ-альная ЭВМ или дисплейный процессор на основе микропроцессора со-тветствующей производительности. Созданные графические процессоры выполняют наиболее распространенные операции рисования и раз-гещения, присущие всем графическим стандартам.

Четвертая глава посвящена разработке видеоконтрольных уст-ойств (мониторов).

К графическому монитору, в отличие от телевизионных приемников, редъявляется ряд специфических требований. Он должен как можно етче изображать линии, контуры, символы, т.е. делать их такими, как ни выглядят на чертежной доске. Так как изображение представляется форме точечного растра, то для улучшения его необходимо повышать исло и четкость точек.

В связи с тем, что использование чересстрочной развертки в графи-еских дисплеях неприемлемо, телевизионный стандарт позволяет реа-изовать дисплей с количеством строк не более 270-300.

Для ЦДР-1, ЦДР-2, размер растра которых 256 • 256, этого вполне до-хаточно и поэтому используются стандартные ТВ мониторы или даже оработанные телевизоры.

Для всех остальных описанных дисплеев нужны специализированные :ониторы с повышенной частотой строчной развертки. При работе с одулем ЦДР-3 используется модернизированный телевизионный мони-ор МС6106, частота строчной развертки которого повышена до 22 кГц.

Для работы с дисплеем ЦДРЭ разработан черно-белый монитор высокого разрешения со следующими параметрами: размер экрана по диагонали 61 см;

размер рабочего поля 1024 • 800 точек;

частота смены полей 50 Гц (70 Гц);

частота строк 40 кГц (60 кГц);

время высвечивания одной точки 20 не (10 не).

В оаключении приводятся основные результаты работы.

1. Под руководством и при непосредственном участии автора диссертации был разработан ряд графических дисплеев в стандарте КАМАК, обеспечивающий широкий диапазон требований по разрешающей способности, цветовой палитре, стоимости и т.д.

2. Разработаны аппаратные средства для отладки быстродействующих цифровых автоматов (комплект имитаторов ПЗУ). Первоначально комплект предназначался для отладки графических процессоров, но нашел более широкое применение.

3. Приборы, описанные в диссертации, успешно применяются в системах автоматизации как в ИЯФ СО РАН (ВЭПП-3, ВЭПП-4, ТРАПП, СНД, КМД, МАГНИКОН и др.) так и в сторонних организациях (СИБИРЬ, ТНК и др.).

4. В радиомастерских ИЯФ было изготовлено в общей сложности более 800 приборов. Кроме того, приборы ЦДР-1, ЦДР-2, производились серийно в СКВ НП СО АН СССР, СКВ НП АН СССР (п.Черноголовка), ИАЭ им. И.В.Курчатова.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Коллегов М.В., Репков В.В. Дисплей с высоким разрешением.— Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики,с.36, Серпухов, 1987.

2. Голубенке Ю.И., Калинин А.С, Каргальцев В.В., Репков В.В. и др. Автоматизированная система управления специализированным накопительным комплексом "Сибирь".—Обработка физической информации: Тез.докл. III Всесоюзного семинара по обработке физической информации, Цахкадзор, 1984. Ереван, 1985, с.50-51.

3. Нестерова З.И., Репков В.В. Драйвер ЦДР в стандарте КАМАК.— Автоматизация научных исследований: Тезисы докладов XIX Всесоюзной школы, Новосибирск, 1985, с.152.

4. Коллегой М.В., Репков B.B. Имитатор ПЗУ, Новосибирск, 1987, 7с; Препринт ИЯФ СО АН СССР 87-108, Новосибирск.

5. Э.А.Купер, В.И.Нифонтов, Г.С.Пискунов, Репков В.В. Растровый^ дисплей.—Сборник трудов второго всесоюзного симпозиума по модульным информационно-вычислительным системам, Москва, 1980.

6. Коллегов М.В., Купер Э.А., Пискунов Г.С., Репков В.В. Растровые дисплеи для систем автоматизации электрофизических установок.—Т^уды XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, Москва 3-5 октября, 1990, Дубна: ОИЯИ, 1992, т.1, с.110-113.

7. Коллегов М.В., Купер Э.А., Пискунов Г.С., Репков В.В. и др. Растровые дисплеи повышенного разрешения.—Модульные информационно-вычислительные системы: VII Всесоюзный симпозиум: Тез. докладов, Новосибирск, 1989, с.76-77.

8. Купер Э.А., Нифонтов В.П., Пискунов Г.С., Репков В.В. Цветной графический дисплей.—Препринт ИЯФ СО РАН 79-38, Новосибирск, 1979.

9. Купер Э.А. Нифонтов В.И. Пискунов Г.С., Репков В.В. Цветной графический дисплей.—В кн.: Автоматизация научных ис- след. на основе применения ЭВМ: Тез. докл. Всесоюзн. конф., Новосибирск, 1979.

10. Пискунов Г.С., Серов В.В., Купер Э.А., Репков В.В. Цветной растровый дисплей ЦДР-2.—Препринт ИЯФ, N 84-112, Новосибирск, 1984.

11. В.В.Репков. Дисплей с высоким разрешением.—Тезисы докладов 2-ой Всесоюзной конференции "Методы и средства обработки сложной графической информации". Горький, 1986 г.

12. Коллегов М.В., Репков В.В. Дисплей с высоким разрешением.— "Микропроцессорные средства и системы", N 5, 1989.