指令设计

指令设计（精选十篇）

指令设计 篇1

本文摒弃了传统设计形式,利用可编程控制器PLC系统来进行控制,匹配抗干扰光电隔离输入/输出接口,取代了工业上传统的继电器逻辑控制系统,使设计更加简洁,操作更加方便、可靠[2]。另一特点就是系统构造简单,抗干扰能力强,大幅提高了精度要求。

1 PLC的基本结构

PLC采用典型的计算机结构,主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作是一个系统,该系统由输入变量-PLC-输出变量组成,外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均作为PLC的输入变量,它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中,经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子,它们是PLC的输出变量,由这些输出变量对外围设备进行各种控制[3]。

可编程控制器的工作过程采用周期循环扫描。用户程序通过编程器或其他输入设备输入存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时,CPU根据系统监控程序的规定顺序,通过扫描完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器键入响应和显示更新以及CPU自检等功能[4]。

2 控制方法及研究

2.1 CPM2A的特殊功能简介

日本OMRON(立石)公司的CPMA系列小型机目前有CPM1A、CPM2A两种机型。它的机箱小巧,但集成了丰富的控制功能,主要包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟定时控制等功能。CPMA型小型机的CPU单元又是一个独立的控制单元,能处理大范围的控制信息,所以还可以用作设备内安装的控制单元。由于自动针布机控制系统的性能要求,选用CPM2A型PLC作为核心控制部件。

CPM2A型PLC体积小、价格低、功能先进,具有良好的性能价格比。CPM2A型具有其他PLC所具有的功能:逻辑运算、定时器功能、位移、加减运算、条件判别、分支、跳转、暂存、译码、编码、BCD数转换等功能,另外还增加了其他低档PLC所不具备的功能[5]。

2.1.1 脉冲输出

CPM2A型PLC10通道的00输出点和01输出点专门用于产生脉冲信号的输出端口,脉冲频率可通过软件编程进行调节,其输出频率范围为20 Hz～2 kHz,可以对频率高达2 kHz的输入脉冲进行计数。脉冲输出可以设置成连续模式或独立模式。在连续模式下,由指令控制脉冲输出的停止;在独立模式下,当输出的脉冲数达到指定数目(1～16 777 215)时,脉冲输出停止[5]。

CPM2A型PLC内设计了同步脉冲输出,这种设计可使外围设备与检测装置实现同步运行。通过PLC的控制,使得脉冲编码器检测到的速度信号能直接驱动电动机,实现基本的位置控制。正是利用这一特点,PLC与步进电动机驱动器相连,来控制步进电动机的转向以及转数。

2.1.2 中断功能

不仅如此,CPM2A还增加了中断功能、间隔计时器中断功能,可进行分散控制和模拟量控制。它有两种中断类型:一种是外部中断,另一种是内部中断。

2.1.3 输入延时滤波

CPM2A的输入端采用输入延时滤波,可防止因开关机械抖动带来的不可靠性,其延时时间可根据要求进行调节。

2.2 控制步进电机的硬件设计

在控制系统中,步进电动机主要用于控制工作台前进和后退的移动量,所以选用结构比较简单的两相混合式步进电动机,其步距角为1.8°。可编程控制器PLC与步进电动机驱动器及电动机的连接如图1所示[6]。

图1中,M为开关量,控制电机的运行方向;M=1为顺序分配即正转;M=0为逆序分配即反转;CP为矩形波,控制电机的启、停、运行速度和长度,脉冲宽度>10 μs。OPTO端为3路信号的公共正端[7]。

由图1可以看出,将PLC脉冲输出端的公共端COM0和输出点的公共端COM1皆与步进电动机驱动器COM公共端相连。驱动器的脉冲信号输入端CP外接2 kΩ限流电阻接至PLC的脉冲输出触点01000。PLC的01001触点用于控制步进电机的旋转方向,外接2 kΩ的限流电阻连接至方向电平输入端M。驱动器的公共阳端OPTO外加2 kΩ限流电阻接至+24 V直流电源上。

2.3 控制步进电机的软件设计

在控制系统中,步进电机的转数、方向及时间等参数是变量,需要根据针布上钢钉的分布情况和钢钉的长短来进行设定。这些参数只需要在更换生产针布品种之前设定一次参数,不需要每次操作都设置。根据针布机的操作要求,确定各个动作的顺序和相互之间的关系,画出程序流程图,再由PLC输入输出的逻辑关系编写出梯形图[8,9]。脉冲输出指令为PULS(65)和SPED(64)[10]。将输出点01001置1,控制步进电动机正转,设置相应脉冲数,启动脉冲输出指令MOV(21),PULS(65),SPED(64)[11],触点01000输出脉冲数为520,驱动步进电机正转。步进电机停转后,01000常开触点闭合,CNT010计一次数;常开触点TIM003接通,重复进行以上动作,直到CNT010计满3次数时,CNT010常开触点接通,触发下一控制动作运行。当定时器TIM007定时结束后,TIM007常闭触点断开,01001触点断开,使步进电动机反转,行输出960个脉冲。计数器CNT011计数两次,计数结束后,进行输出1 200个脉冲。当定时器TIM009定时结束,常开触点TIM009闭合,触点00002接通,进行下一次循环。控制梯形图如图2所示。

3 结束语

采用PLC来控制电磁阀和步进电机后,使控制电路的复杂连线和时间继电器等元件在其内部进行软连接,可大幅提高设备的可靠性,减少故障率。本系统设计性能可靠稳定,可满足各项工艺要求,生产效率和产品质量均有所提高。实践证明,以PLC为核心的自动控制系统,是一种简单有效、成本低廉的解决方案。

系统安装和维修都很方便。只需把提供输入信号的按钮、限位开关、光电开关和无触点开关等元件与PLC的输入接口相连;把功率输出元件电磁阀、电磁铁和接触器等与PLC的输出接口相连,即安装完毕;修理检查方便快捷[12]。

摘要：以自动针布机PLC控制系统为例,介绍了OMRON公司生产的CPM2A型PLC梯形图设计中脉冲输出指令的设计与应用。针对现有控制系统,介绍了PLC控制步进电动机速度和位置的开发研制思路及软硬件构成。

幼儿园小班语言活动设计：听指令 篇2

1、在游戏中体验按指令活动的愉快。

2、培养幼儿注意倾听的态度和习惯。

重点与难点

听清完整的指令才能行动。材料及环境创设

1、场景布置：草地、路。（山洞、蚂蚁洞）。

2、录音“小鸟的叫声”“秋天的树叶”沙袋等。

设计思路

对于刚进入幼儿园小班的孩子来讲有一明显的特点即“自我为中心”。在游戏中也是以“自说自话”的个体活动为主,还不习惯于听他人的指令集体行动。因而让孩子通过游戏活动积累有关“只有听得清,才能做得对,玩得开心”的经验和体会是很有必要的、从情感人手,培养孩子逐步养成注意倾听的态度、习惯也是可行的。

本活动设计的内容编排思路是：指令的语句从短到长,语速有快有慢,指令所包含的信息量由少到多：要求孩子完成的动作由小到大,游戏时的环境干扰因素由少到多。这样的编排意图旨在使孩子的有意控制时间增加,有意记忆的信息量不断扩大。

本活动设计的过程是以游戏为主,在游戏中激发孩子倾听的兴趣,并在游戏中体会儿歌的意义,乐意跟着学念。同时结合体育活动、认识秋季的活动,及相关的数活动开展游戏,综合地完成教育目标。

活动流程

室内听指令动作——室外听指令动作

（一）室内听指令动作。

1、引发倾听兴趣。

放录音：“小鸟的叫声”

设问：听听是什么声音,你是用什么来听的？

说明

主要是突出耳朵能听的主题,并提出以听为要求的游戏规则。强调听得清楚,听完整游戏会玩得开心。

2、听指令动作。

（1）脸部动作。

ａ翘起嘴巴,做只小猪。

ｂ捏下鼻子,做只狐狸。

ｃ一眼睁,一眼闭,做只调皮的小猴子。

说明

一开始语速可慢些,接下来可快一些并变换指令例：“拉拉小耳朵,捏捏小鼻子,梳梳黑头发,拍拍小嘴巴。”

小结：玩得开心吗？为什么开心？因为你们听得仔细做得对。老师念儿歌：“小耳朵,真正灵,听得清,做得对,我们玩得真开心。”

（2）手指动作。

ａ变把手枪“嗒嗒嗒”, ｂ变个相机“喀嚓,喀嚓”, ｃ变把小鎯头,修修小椅子,“叮咚,叮咚”。

小结：小耳朵,真正灵,听得清,做得对,我们玩得真齐心。

（3）身体动作。

ａ站起来,转个圈, ｂ做只母鸡,拍拍翘膀,下个蛋。

c做只青蛙,呱呱跳,去抓花蝴蝶, ｄ打鼓,敲锣,吹嗽叭,放鞭炮。说明

要求听完指令,并把每一个指令用动作表现,教师可以示范,并视实际情况,指令可以反复。用儿歌小结,并引导幼儿跟着念。

（二）室外听指令动作。

1．小兔子捡落叶。

教师可先念儿歌例：小兔子,蹦蹦跳,跳到树下捡树叶,一只小兔捡一片,许多小兔捡许多。

说明 孩子捡了以后可检查一下是否捡一片,渗透“1”和“许多”数概念。

2、小蚂蚁搬豆。

可以布置场景,有草地,有“蚂蚁洞”,有房子等。

听指令动作

（1）小蚂蚁,快快爬

（2）小蚂蚁,慢慢爬

（3）小蚂蚁,去搬豆,一只蚂蚁搬一粒,搬进洞里放放好。

说明

指令设计 篇3

摘 要通过观摩英语课堂，针对教师的课堂活动指令语下达的正误率进行了统计，发现一部分教师的课堂活动指令语存在误用或低效等问题。针对这些问题而设计的“活动指令语诊断卡”能帮助教师简化指令语的设计工作，避免误用和低效问题，从而提高英语课堂教学的有效性。

英语课堂 活动指令语 诊断卡 设计 有效性

英语课堂作为一个特殊的语言使用环境，教师的课堂言语行为在课堂教学中具有重要作用。英语教学的成功与否在很大程度上取决于教师所使用的教学语言。英语课堂指令，是指在英语课堂教学中，教师用英语让学生做事的言语行为。有效的英语课堂指令是准确、清晰、简明的，利于学生快速理解和反应。苏霍姆林斯基说过：“教师的语言素养，在极大的程度上决定着学生在课堂上的脑力劳动效率。”学生的理解能力相对有限，教师在布置任务时应向学生说明要求，给予他们明确的指令，促使他们了解任务、积极主动地完成教师所布置的任务。

笔者通过观摩英语课堂，针对教师的课堂活动指令语下达的正误率进行了统计，并在此基础上总结出几种典型误用。由此，笔者希望通过“活动指令语诊断卡”，帮助教师在课前组织课堂指令语，检测自己指令语的有效性并避免几种典型问题的出现，从而提高指令语的有效性。这在一定意义上有助于打造更高效的课堂。

一、“活动指令语诊断卡”对提高英语课堂效率的分析

1. “活动指令语诊断卡”的概念

“活动指令语诊断卡”是提供给英语教师使用的课前自我完善课堂活动指令语媒介；供教师在上课之前，根据表格要求的内容，写下布置活动任务所用到的指令语；再根据表格下提供的参考标准，对指令语的初稿加以修改，以得到更简洁、高效的课堂指令语。

2. “活动指令语诊断卡”的意义

（1）有助于提高教师对课堂指令语的关注度

针对温州市绣山中学29名一线教师关于课堂指令语的重视程度进行问卷调查的结果显示（见表1），大部分教师没有对指令语给予足够的重视。其中有2%的教师总是在备课阶段准备课堂指令语，12%的教师考虑过基于学生现有水平来选择课堂指令语中的词汇、语法及句型，有3%的教师总是考虑到课堂指令语会占用课堂多少时间。

“活动指令语诊断卡”提出的初衷是为了提高英语教师对课堂指令语的关注度，精磨课堂活动指令语，从而使课堂的教学效率得到提高，实现以学生为中心的高效课堂。

（2）便于教师应用

通过一系列研究，笔者得出了下达活动指令语的最高效模板。英语教师借助“活动指令语诊断卡”中的模板，能够就大部分英语课堂活动给出简洁高效的活动指令。“诊断卡”易操作、易推广，简化了教师编写课堂指令语的工作，也提高了课堂上指令语推动课堂活动的效率。

（3）便于教师自查反思

笔者在研究中还发现英语教师在课堂指令语中存在一系列问题。笔者总结了这几个典型问题，并提出了相关建议，将其罗列于“诊断卡”下方，供教师完成指令语后进行自查检验和反思改进。

二、“活动指令语诊断卡”的有效设计

“活动指令语诊断卡”的使用是为了提高教师课堂活动指令语的有效性，因此，“活动指令语诊断卡”的设计应基于教师活动指令语目前存在的问题。教师通过使用“活动指令语诊断卡”，能够设计出高效的活动指令语，从而提高课堂效率。

1. 教学活动中指令语存在的问题

笔者观摩本校29名教师以及各地初中英语优质课评比录像后，针对教师的课堂活动指令语下达的正误率进行了统计。各种误用占指令语使用量的8%左右。笔者又对这些误用的指令语根据教师指令语语用类型进行了分类统计，结果如表2所示。

由表格统计数据看出，初中英语课堂中教师指令语误用所占比例最高，达到61%。鉴于此，笔者旨在通过跟踪观课和问卷调查，收集教师课堂活动指令语存在的典型问题。

笔者经过筛选和分析，总结了活动指令语存在的三种典型问题，即指令冗余、指令不足和指令词汇量大、句式复杂。针对这三种典型问题，笔者提供了实例和建议供广大教师参考。

（1）指令冗余

实例：NSE七年级下册Module 4Unit 1

T：Now use the words and phrases to talk about the future like this：Will our life be different？ Yes，it will./ No，it wont.Understand？ Of course you can use other words which are not in the PPT，but please remember to use ‘will.You need to talk about these things with your partner.

在该片段中，该教师先将课件中已经呈现的内容进行复述，然后指出学生在做两人活动时的注意事项，最后提出活动形式。教师指令语长达一分多钟。通过课堂观察，当教师讲完指令语后，学生没有立刻做出活动的反应。在询问部分学生后笔者发现，教师呈现课件后大部分学生开始看课件内容，而来不及听教师指令。同时教师的指令过长，导致学生没有抓住重点，最后只能根据课件内容和听到的只字片语猜测活动意图可以，开始活动。

笔者认为，课件中呈现的内容可以让学生自行阅读，教师只须简要指出注意事项就可以了。赵晓红[2]和王银全[3]的研究显示，以教师为中心的英语课堂教学中，教师话语往往占用了70%，导致学生参与课堂的机会太少。因此，在课堂活动的指令语上，教师应该动用各种手段使指令语简洁。

（2）指令不足

实例：NSE七年级下册Module 4 Unit 1

T：Do we use these things in the same year？ When do we use these things？ Now youll do pair work and put all the things into different years.

在该片段中，教师在多媒体课件中呈现了各个年代教室里的物品和一条时间轴。教师要求学生讨论不同年代使用何种教学用具，目的在于让学生使用一般过去时、一般现在时和一般将来时。通过课堂观察，笔者发现学生讨论后，将近一半的学生在汇报结果时使用的是词块而不是句子，如：computer in 2014，pads in 2034。教师为了引导学生使用三种时态而使该活动时间拉长、效率降低。其实教师只要在活动开始前做一个示范或是在课件中呈现例句，学生就能用教师提供的物品呈现三个时态了。

笔者认为教师没有把活动的内容及要求讲解清楚，导致学生输出没有达到教师的要求。因此，笔者认为指令语的不足不仅导致课堂活动的混乱，更重要的是大大影响了课堂活动和教学的有效性。

（3）词汇量大，句式复杂

实例：NSE七年级下册Module 6 Unit 2

T： London is a famous city which attracts the eyes of people from all over the world. When we talk about London，what impresses you most？ Do you know some places of interest in London？ Suppose you are in London now，which famous places would you like to visit？You can work in a group of four.

在该片段中，教师希望学生说出伦敦的著名景点，但是指令语句型复杂，涉及定语从句，关键词impress，places of interest超过学生词汇储备。教师又使用了虚拟语句Suppose you are in London now，使学生觉得问题的难度又提高了，就更加沉默了。

笔者认为，教师指令可以改成，“I like Big Ben in London. What about you？”学生就可以很自然地说出伦敦的其他著名景点。因此，教师指令语一定要基于学生的现有水平，切忌用生词和难度大的句型来提问学生，导致学生畏难情绪滋生，不敢开口。

2.“活动指令语诊断卡”设计理念

（1）下达活动指令语的高效模式

根据跟踪观课的情况及反复探讨的结论，笔者总结了教师在下达指令时高效的模式：

①先提出活动形式，如“Lets do a pair work.”

②指出活动内容，如“Talk about our future life in school.”

③用课件文字呈现提示或细节，如“课件：A： Will students go to school in the future？ B.Yes，they will./ No，they wont.”

④如有必要，利用示范进一步阐述指令意图，如教师扮演学生A，请另一学生扮演学生B。在交流途中引导学生说出目标语，并在示范后提出细节上的注意事项。

（2）提高活动指令语效率的建议

为了解决教师活动指令语冗余、不足及词汇量大、句式复杂等问题，活动指令语的下达应注意以下几点。

首先，指令语应不超过30词，尽量避免重复拖沓指令语，否则容易造成指令语冗长。

其次，指令语与课件上指令不应重复，否则学生的关注点容易被干扰；

再次，指令语关键词不能是生词，同时应尽量避免长句、从句，如有需要应做示范。

最后，应该检查指令语正误，避免语法错误。

3.“活动指令语诊断卡”的设计模板

根据研究得出的最高效活动指令语模式及相关建议，笔者确定“活动指令语诊断卡”应包含活动名称、活动形式、活动内容、活动时间、活动细节及举例。而教师在使用过程中可以根据实际情况对各个项目进行选择，择需为其所用。“活动指令语诊断卡”包括了一个实例，为教师直观地提供使用指南。另外，“活动指令语诊断卡”还包括指令语的注意事项及相关参考，为教师更有效地使用诊断卡提供便利。

三、小结与思考

每位教师在课前都可以借助“活动指令语诊断卡”对自己的活动指令语进行诊断与改进。“活动指令语诊断卡”简单易操作，是每位教师备课过程中应该高度重视的环节之一。改善英语课堂指令，有利于提高英语教学效率，打造高效课堂。英语课堂指令有效性的提高，离不开教师个人素质的提升和教学技能的发展。课堂指令语是一门艺术性、技术性很强的学问，而完美的课堂教学应该是每位教师孜孜以求的目标。

参考文献

[1] Nunan D.Language Teaching Methodology：A Textbook for Teachers[M]. Englewood Cliffs.NJ：Prentice Hall.Inc.1991.

[2] 王全银.教学方法和非语言因素对教学的影响[J].外语教学与研究，1999 （4）.

[3] 赵晓红.大学英语阅读课教师话语调查分析[J].外语届，1998 （2）.

指令设计 篇4

1 系统原理分析

目前民机前轮转弯控制系统采用数字式电传转弯技术,由转弯手轮、转弯控制组件SCU、转弯控制阀、转弯位移传感器、齿轮齿条机构和转弯解除开关等组成,具有电控转弯、减摆及转弯解除等功能[1]。某型飞机前轮转弯系统脚蹬指令与手轮指令关系,如图1所示。

某型飞机转弯系统需求定义中,SCU控制通道处理的指令由手轮指令或脚蹬指令生成。手轮转弯优先于脚蹬转弯,转弯手轮可超控脚蹬。手轮指令与脚蹬指令不叠加。仅转弯脚蹬指令输出时,转弯系统执行脚蹬指令输出,仅转弯手轮指令输出时,转弯系统执行转弯手轮指令输出,当转弯脚蹬指令+转弯手轮指令输出时,手轮指令优先于脚蹬指令,转弯系统执行手轮指令输出。

1.1 手轮转弯

当机轮速度小于20 kt时,前轮最大转弯角度为±66°,当机轮速度大于40 kt时,前轮最大转弯角度为±8°,最大转弯角度与机轮速度关系如图2所示。

当机轮小于20 kt,前轮偏转角度是手轮偏转角度的函数而不是线性关系,如图3所示。

1.2 脚蹬转弯

飞机共有两套脚蹬,分别安装在左飞行员座椅和右飞行员座椅前方。在高速滑行阶段,脚蹬转弯可进行小角度纠偏,并且脚蹬转弯最大角度不受机轮速度限制。前轮的偏转角度与方向舵脚蹬行程成线性关系,转弯脚蹬为±8.4°时,对应前轮的最大偏转角度为±8°。

2 计算分析

按照第2章节的介绍,下文将考虑最严酷的情况,即转弯脚蹬满偏后,转弯手轮接管时的飞机瞬态响应进行分析,以说明是否满足设计指标要求。

2.1 分析假设

为简化系统模型,以下分析基于如下假设:(1)双发正常工作;(2)飞机匀速;(3)未使用差动刹车;(4)不考虑飞机航向偏转角;(5)故障状态为瞬时。

2.2 分析参数

(1)前机轮至主机轮长度L=14.9 m;(2)主轮间距B=4.6 m;(3)飞行员反映时间T=1 s。

经过建模分析,考虑最严酷的情况结果如表1所示。

由计算可知,飞机速度越大,横向偏转距离越大,感觉越明显。建议飞行员高速滑行时使用脚蹬来控制方向,飞机轮速低于20节并且需要大角度转弯时使用手轮来控制方向。下面列举不同速度下的飞机轨迹差异的简化模型。

2.3 空速40节(脚蹬8°),飞机航迹差异

由图4可知,在1 s后,飞机在转弯脚蹬满偏,转弯手轮介入后,飞机偏离预定轨迹2.861 m。

2.4 空速20节(脚蹬8°),飞机航迹差异

由图5可知,在1 s后,飞机在转弯脚蹬满偏,转弯手轮介入后,飞机偏离预定轨迹1.431 m。

3 运营风险评估

飞行员在使用转弯脚蹬,手轮介入时,机轮出现回中,如果发现飞机横向偏移量较大,可通过差动刹车来控制飞机航向,增加飞行员的工作负担。

4 现役主流机型相关设计情况

4.1 A320飞机

A320转弯系统手轮指令与脚蹬指令相互叠加,转弯手轮上安装有踏板解除开关。

4.2 B737飞机

B737前轮系统中手轮与脚蹬由各自的钢索进行控制,手轮优先,手轮指令与脚蹬指令不叠加。但是,当使用脚蹬转弯并同时操作手轮时,手轮钢索直接作用扇形轮,并将脚蹬机构脱开,连接过程平滑无突变[2]。

4.3 ERJ190-100飞机

ERJ190-100前轮转弯系统手轮超控脚蹬,手轮指令与脚蹬指令不叠加,手轮优先。

4.4 总结

上述机型转弯系统手轮指令与脚蹬指令之间的关系见表2。

由上述可知,为防止手轮接管脚蹬时出现机轮回中现象,A320飞机采用手轮指令和脚蹬指令代数叠加的方式来避免,B737-800飞机通过特有的钢索形式来解决角度突变问题。

5 结语

通过该文分析,目前现役飞机前轮转弯系统的设计倾向于转弯手轮指令与转弯脚蹬代数叠加的指令输出方式,这样的设计可以避免前轮转弯系统在脚蹬转弯与手轮转弯之间切换时带来的角度突变问题,衔接平滑,并且转弯指令叠加的设计考虑了人机工效问题,对于飞行操纵方面有着较好的优势,比较容易被大多数飞行员所接受,将会成为后续设计机型关于转弯指令设计的首选方案。

摘要：现代飞机的转弯系统大多采用电传操控-液压作动的方式,为飞机在地面提供转弯能力,而提供转向能力的器件一般为转弯脚蹬和转弯手轮。通过对典型民机前轮转弯系统中转弯脚蹬指令和转弯手轮指令相互关系的设计分析,可以为民机前轮转弯系统设计提供参考。

关键词：前轮转弯控制系统,电传操纵,转弯指令,转弯脚蹬,转弯手轮

参考文献

[1]夏语冰,钟科林,姜逸民.民用飞机转弯控制系统研究[J].科技资讯,2010(32):2-3.

指令设计 篇5

教学背景信息

1.适用专业：机电一体化

2.课程名称：可编程序控制器及其应用 3.教材名称：《可编程序控制器及其应用》（第二版）中国劳动社会保障出版社 2007年4月第二版.学时：6学时 教学目标

1.知识目标：

（1）在已经学过用步进指令编写较简单程序的基础上，进一步掌握顺序控制设计的方法和技巧。

（2）巩固单流程编程，学会并行流程和多流程控制程序的编写方法 2.能力目标：

（1）能够根据编好的程序进行硬接线，完成调试。

（2）逐步提高能够根据教师提出新的控制要求来局部修改程序和接线的能力。3.德育目标：

（1）培养互帮互助的团队意识。

（2）提高运用所学知识解决实际问题的能力。

（3）树立小组间竞争意识，养成认真、细致的学习习惯。（4）培养学生安全生产的理念。教材分析及本项目教学的重点和难点 关于教材的分析

本节课的教学内容在本书中的地位十分重要。学生前面已经较为熟练地掌握PLC基本指令编程方法，又刚学习了步进指令单流程控制，对步进指令的使用已经打下了初步的基础，对本节进一步学习步进指令并行流程控制及多流程控制十分有利。

本节内容在本教材中属于承上启下。步进指令很实用，用途也广泛。通过学习可为后面学习功能指令打下基础。教学的重点

（1）十字路口交通灯控制系统的控制功能

（2）单一顺序、并行分支和多流程控制的流程图编写方法（3）根据流程图用步进指令编写程序的方法（4）根据编好的程序进行硬接线，完成调试 3.教学的难点

（1）并行分支和多流程控制的流程图编写方法（2）程序初始化及输入信号的设置方法

（3）读图能力和根据新的设计要求修改程序能力的培养提高

四、学情分析与教学模式 1.学情分析

机电一体化专业的学生的思维较活跃，模仿能力较强，但是逻辑思维能力较弱。但是由于每个学生个人努力的不同，水平参差不齐，差别较大。学生已学过电力拖动课，前面又刚学习过步进指令的概念和一些简单的步进程序，因此对于本节课的内容已经具备了一些学习基础。针对学好本课的有利和不利因素，只要合理安排教学内容，并对不同层次的同学的训练作不同难度的要求，以鼓励为主，注意激发其学习兴趣，应当能获得较好的教学效果。2.教学模式和手段

采用一体化和任务驱动法教学。

应用的多媒体演示，应用PLC实训设备，学生自己动手，边做边练。

五、教学内容和教学过程设计 在学情分析、教材分析和确定教学的重点和难点的基础上，按照一体化教学的项目驱动法模式安排教学内容和进行教学过程设计。教学内容

把大任务分解成7个小任务（子任务），将学生分为4个小组，每组4-5人。分解后的子任务具体如下： 序号

任务内容

实施方法

时间

子任务1

状态流程图知识和单一顺序控制程序的识读（复习、巩固、提高已学知识）

利用自编的教学课件

30分

子任务2

观看十字路口交通灯运行的录像（自拍），研究其控制规律

看自拍的录像，增加感性认识，引入新课，准备下达任务

15分

子任务3

分析单一顺序控制的交通灯的功能要求，下达项目任务。

利用自编的教学课件 15分

子任务4

各组编写控制交通灯的状态转移图。

各小组内部研究，小组选代表展示并自评，小组之间互评。

45分

子任务5

各组编写梯形图程序，输入PLC并完成接线和调整程序

利用PLC实训室的设备。

提倡个人编程的特点和创新，各组互评，教师讲评。

60分

子任务6

增加新的功能要求后，再用并行顺序、多流程的状态图编写交通灯的控制程序。

观看利用自编的教学课件后，由各组学生选代表解读教师编写的状态转移图，教师讲评后，由各组评分。

45分

子任务7

根据教师提供的状态转移图编写程序并运行

利用PLC实训室的设备。

教师评分后进行本课总结并布置课后思考问题、实训报告。

60分

教学过程的实施

（1）学生分组，定工位

根据学生平时成绩和学习态度搭配，大致均匀地分为4个组，每组4-5人，一人为组长。然后定工位，每个学生一套PLC实验设备，同组学生的工位邻近。分组后简要进行课堂纪律和实训安全的教育。

（2）复习顺序控制的状态转移图并进行读图练习。（多媒体视课件演示，教师讲解。师生讨论）

（3）播放交通灯运行的视频录像，给学生建立感性认识，激发学生学习的兴趣和积极性。（4）播放课件，下达项目任务

（5）学生进行PLC控制的地址分配和状态转移图的编写。学生编写时小组内部进行讨论，教师巡回帮助。选代表展示，教师总结后，再小组之间互评。（6）编写梯形图程序，输入PLC并完成接线和调整程序。学生在计算机上编写程序、接线、运行。（教师巡回帮助）由各组选派一名成绩较好的同学和教师共同给每位学生评分。教师选择做得较好的同学进行作品演示，其它同学观摩，教师点评。

（7）利用多媒体课件下达新的任务。看完课件后，各组选派一名学生解读教师编写的状态转移图，教师讲评后，由各组共同评分。（8）各组根据教师提供的状态转移图编写程序并运行。

教师选择优秀作品进行演示后总结。布置思考题和下一节课的预习内容。（以上2—8各步骤分别对应子任务1-7）

五、考核

改变以前仅由教师评分的方式，实行通过学生自我展示、自我评价、同学互评、教师参评相互结合的方式，既看课堂表现又看实训报告，这样综合评定成绩较为合理。为了使课堂上的评分过程不复杂化且易于操作，可按下表的考核标准分等级对每个同学进行考核。

课堂评分占学习总成绩的70%，实训报告占总成绩的30%.考核标准如下： 评价等级 考核项目

A（完全符合要求或基本符合要求并且有自己的创意）

B（基本符合要求）

C（部分符合要求）

D（不符合要求）

I/O分配

识读（或编写）状态转移图

程序编写

程序传送

接线调试

控制现象

总体得分

（A相当于80分以上，B相当于70-79分。C相当于60-69分，D相当于60分以下）附：教学反思

1.采用一体化教学方式使教、学、做一体，理论和实训一体，讲授和操作一体利于调动学生的学习积极性和培养动手能力。

2.采用任务教学的方法，将知识点融入任务中进行讲解，以学生为中心，课堂教学中始终围绕教学任务展开，教学目的明确。

3.通过问题设置、任务驱动，引导学生在活动中学习。本次课不但使学生掌握步进指令选择流程的应用，而且通过制作多媒体课件的演示，使趣味性和知识性相结合，提高了学生对程序设计的兴趣，增强了课堂教学效果。

4.学生互相合作，让学生在交流中共同进步；同时注意面向全体学生，适度营造一个竞争的环境。

5教学模式各环节的关键及存在.问题与改进（1）本次教学过程的设计是分为7个子任务，实际上是遵循了授课“六个环节”（组织教学、检查复习、传授新知识、巩固、小结、布置作业）的要求，特别是中间的三个环节是穿插进行的。

组织教学的环节非常重要，各环节的衔接要安排好，关键是如何使课堂能活而不乱，并且各环节有效果。单凭教师一个人是有困难的。解决的办法一是教师要组织好，二是要发挥好各小组组长的作用。

检查复习主要的关键是要复习与新课内容相关的知识，提问为主，时间不易过长，教师的总结要到位。

传授新知识、巩固和小结这三者要结合好，使学生抓到要点，真的能学会，这是全课的目的和重点，但是我们发觉由于教学时间安排偏紧，,不少学生不能在规定的时间内完成规定的内容。解决的办法是精简内容或把一些学生自主学习可以弄清的问题留为课后思考，以后教师再辅导解决。

（2）互动环节还要加强，要尽可能调动更多学生的积极性。

（3）由于时间和精力有限，对学生过程评价还做的不细，因此要从学生中培养助手，帮助教学。

一次性指令 篇6

结婚七八年,我已记不得老公什么时候送过我一束花,给孩子读过一本故事书,和家人一起看过一场电影了。只知道他成天在外东奔西跑,回来就瘫在沙发上叫累,不陪孩子不理老婆。星期天也从不主动提出上哪玩,对他来说,待在家里比上哪都轻松。我要他重视家庭的点滴细末,多多增加生活情趣,他却理直气壮地说:“有吃有喝,住得好有钱用,不是公事我从不在外逗留,这日子还有哪点不好?你成天说不幸福,这让我很没有成就感呐!”

有一次我跟朋友一起去看戏,票多了一张,就叫上了老公。女友说你老公不错哎,还陪你阳春白雪。我不屑,好什么好,不就是临时拉他凑个数吗?老公却说,偶尔看点平时不接触的东西,也不错。我说,要是你喜欢,下次买票算你一份吧。我当时真没打算次次叫他陪我。咦,结果有点无心插柳,我发现我对他不抱什么希望了,他反而“变乖”了。

这事对我启发挺大,后来我就不要他怎么理解我配合我了。如果我想他干什么,不用讲什么意义什么道理,就说,某天我准备干啥,你要不要留出时间跟我一起去?

我发现,这种“一次性指令”比起“以后你都要记得这样,这会增加情趣,丰富咱们的生活”这种具有革命意义的改造强多了。究其原因,过去我叫他做的事其实不是一件事,而是“往后你都得……”之类的事。

现在我的做法完全改变了。过生日前两周,我就提醒他,你买GUCCI新出的那款香水回来给我就好;出差下火车之前,给他一个短信,你提前进来接站;儿子闹了,不再教育他“你是个爸爸哎”,只管说,这半个小时你陪着他,下棋也好玩折纸也好,中途你们俩不闹到不可开交不要来找我……

指令设计 篇7

关键词：英语课堂,活动指令语,诊断卡,设计,有效性

英语课堂作为一个特殊的语言使用环境,教师的课堂言语行为在课堂教学中具有重要作用。英语教学的成功与否在很大程度上取决于教师所使用的教学语言。英语课堂指令,是指在英语课堂教学中,教师用英语让学生做事的言语行为。有效的英语课堂指令是准确、清晰、简明的,利于学生快速理解和反应。苏霍姆林斯基说过:“教师的语言素养,在极大的程度上决定着学生在课堂上的脑力劳动效率。”学生的理解能力相对有限,教师在布置任务时应向学生说明要求,给予他们明确的指令,促使他们了解任务、积极主动地完成教师所布置的任务。

笔者通过观摩英语课堂,针对教师的课堂活动指令语下达的正误率进行了统计,并在此基础上总结出几种典型误用。由此,笔者希望通过“活动指令语诊断卡”,帮助教师在课前组织课堂指令语,检测自己指令语的有效性并避免几种典型问题的出现,从而提高指令语的有效性。这在一定意义上有助于打造更高效的课堂。

一、“活动指令语诊断卡”对提高英语课堂效率的分析

1.“活动指令语诊断卡”的概念

“活动指令语诊断卡”是提供给英语教师使用的课前自我完善课堂活动指令语媒介;供教师在上课之前,根据表格要求的内容,写下布置活动任务所用到的指令语;再根据表格下提供的参考标准,对指令语的初稿加以修改,以得到更简洁、高效的课堂指令语。

2.“活动指令语诊断卡”的意义

(1)有助于提高教师对课堂指令语的关注度

针对温州市绣山中学29名一线教师关于课堂指令语的重视程度进行问卷调查的结果显示(见表1),大部分教师没有对指令语给予足够的重视。其中有2%的教师总是在备课阶段准备课堂指令语,12%的教师考虑过基于学生现有水平来选择课堂指令语中的词汇、语法及句型,有3%的教师总是考虑到课堂指令语会占用课堂多少时间。

“活动指令语诊断卡”提出的初衷是为了提高英语教师对课堂指令语的关注度,精磨课堂活动指令语,从而使课堂的教学效率得到提高,实现以学生为中心的高效课堂。

(2)便于教师应用

通过一系列研究,笔者得出了下达活动指令语的最高效模板。英语教师借助“活动指令语诊断卡”中的模板,能够就大部分英语课堂活动给出简洁高效的活动指令。“诊断卡”易操作、易推广,简化了教师编写课堂指令语的工作,也提高了课堂上指令语推动课堂活动的效率。

(3)便于教师自查反思

笔者在研究中还发现英语教师在课堂指令语中存在一系列问题。笔者总结了这几个典型问题,并提出了相关建议,将其罗列于“诊断卡”下方,供教师完成指令语后进行自查检验和反思改进。

二、“活动指令语诊断卡”的有效设计

“活动指令语诊断卡”的使用是为了提高教师课堂活动指令语的有效性,因此,“活动指令语诊断卡”的设计应基于教师活动指令语目前存在的问题。教师通过使用“活动指令语诊断卡”,能够设计出高效的活动指令语,从而提高课堂效率。

1. 教学活动中指令语存在的问题

笔者观摩本校29名教师以及各地初中英语优质课评比录像后,针对教师的课堂活动指令语下达的正误率进行了统计。各种误用占指令语使用量的8%左右。笔者又对这些误用的指令语根据教师指令语语用类型进行了分类统计,结果如表2所示。

由表格统计数据看出,初中英语课堂中教师指令语误用所占比例最高,达到61%。鉴于此,笔者旨在通过跟踪观课和问卷调查,收集教师课堂活动指令语存在的典型问题。

笔者经过筛选和分析,总结了活动指令语存在的三种典型问题,即指令冗余、指令不足和指令词汇量大、句式复杂。针对这三种典型问题,笔者提供了实例和建议供广大教师参考。

(1)指令冗余

实例:NSE七年级下册Module 4Unit 1

T:Now use the words and phrases to talk about the future like this:Will our life be different?Yes,it will./No,it won’t.Understand?Of course you can use other words which are not in the PPT,but please remember to use‘will’.You need to talk about these things with your partner.

在该片段中,该教师先将课件中已经呈现的内容进行复述,然后指出学生在做两人活动时的注意事项,最后提出活动形式。教师指令语长达一分多钟。通过课堂观察,当教师讲完指令语后,学生没有立刻做出活动的反应。在询问部分学生后笔者发现,教师呈现课件后大部分学生开始看课件内容,而来不及听教师指令。同时教师的指令过长,导致学生没有抓住重点,最后只能根据课件内容和听到的只字片语猜测活动意图可以,开始活动。

笔者认为,课件中呈现的内容可以让学生自行阅读,教师只须简要指出注意事项就可以了。赵晓红[2]和王银全[3]的研究显示,以教师为中心的英语课堂教学中,教师话语往往占用了70%,导致学生参与课堂的机会太少。因此,在课堂活动的指令语上,教师应该动用各种手段使指令语简洁。

(2)指令不足

实例:NSE七年级下册Module 4 Unit 1

T:Do we use these things in the same year?When do we use these things?Now you’ll do pair work and put all the things into different years.

在该片段中,教师在多媒体课件中呈现了各个年代教室里的物品和一条时间轴。教师要求学生讨论不同年代使用何种教学用具,目的在于让学生使用一般过去时、一般现在时和一般将来时。通过课堂观察,笔者发现学生讨论后,将近一半的学生在汇报结果时使用的是词块而不是句子,如:computer in 2014,pads in 2034。教师为了引导学生使用三种时态而使该活动时间拉长、效率降低。其实教师只要在活动开始前做一个示范或是在课件中呈现例句,学生就能用教师提供的物品呈现三个时态了。

笔者认为教师没有把活动的内容及要求讲解清楚,导致学生输出没有达到教师的要求。因此,笔者认为指令语的不足不仅导致课堂活动的混乱,更重要的是大大影响了课堂活动和教学的有效性。

(3)词汇量大,句式复杂

实例:NSE七年级下册Module 6 Unit 2

T:London is a famous city which attracts the eyes of people from all over the world.When we talk about London,what impresses you most?Do you know some places of interest in London?Suppose you are in London now,which famous places would you like to visit?You can work in a group of four.

在该片段中,教师希望学生说出伦敦的著名景点,但是指令语句型复杂,涉及定语从句,关键词impress,places of interest超过学生词汇储备。教师又使用了虚拟语句Suppose you are in London now,使学生觉得问题的难度又提高了,就更加沉默了。

笔者认为,教师指令可以改成,“I like Big Ben in London.What about you?”学生就可以很自然地说出伦敦的其他著名景点。因此,教师指令语一定要基于学生的现有水平,切忌用生词和难度大的句型来提问学生,导致学生畏难情绪滋生,不敢开口。

2.“活动指令语诊断卡”设计理念

(1)下达活动指令语的高效模式

根据跟踪观课的情况及反复探讨的结论,笔者总结了教师在下达指令时高效的模式:

(1)先提出活动形式,如“Let’s do a pair work.”

(2)指出活动内容,如“Talk about our future life in school.”

(3)用课件文字呈现提示或细节,如“课件:A:Will students go to school in the future?B.Yes,they will./No,they won’t.”

(4)如有必要,利用示范进一步阐述指令意图,如教师扮演学生A,请另一学生扮演学生B。在交流途中引导学生说出目标语,并在示范后提出细节上的注意事项。

(2)提高活动指令语效率的建议

为了解决教师活动指令语冗余、不足及词汇量大、句式复杂等问题,活动指令语的下达应注意以下几点。

首先,指令语应不超过30词,尽量避免重复拖沓指令语,否则容易造成指令语冗长。

其次,指令语与课件上指令不应重复,否则学生的关注点容易被干扰;

再次,指令语关键词不能是生词,同时应尽量避免长句、从句,如有需要应做示范。

最后,应该检查指令语正误,避免语法错误。

3.“活动指令语诊断卡”的设计模板

根据研究得出的最高效活动指令语模式及相关建议,笔者确定“活动指令语诊断卡”应包含活动名称、活动形式、活动内容、活动时间、活动细节及举例。而教师在使用过程中可以根据实际情况对各个项目进行选择,择需为其所用。“活动指令语诊断卡”包括了一个实例,为教师直观地提供使用指南。另外,“活动指令语诊断卡”还包括指令语的注意事项及相关参考,为教师更有效地使用诊断卡提供便利。

三、小结与思考

每位教师在课前都可以借助“活动指令语诊断卡”对自己的活动指令语进行诊断与改进。“活动指令语诊断卡”简单易操作,是每位教师备课过程中应该高度重视的环节之一。改善英语课堂指令,有利于提高英语教学效率,打造高效课堂。英语课堂指令有效性的提高,离不开教师个人素质的提升和教学技能的发展。课堂指令语是一门艺术性、技术性很强的学问,而完美的课堂教学应该是每位教师孜孜以求的目标。

参考文献

[1]Nunan D.Language Teaching Methodology:A Textbook for Teachers[M].Englewood Cliffs.NJ:Prentice Hall.Inc.1991.

[2]王全银.教学方法和非语言因素对教学的影响[J].外语教学与研究,1999(4).

IA指令集仿真器的优化设计与实现 篇8

嵌入式系统诞生于微型机时代, 嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。由于嵌入式计算机系统的功能是实现对象的智能化控制, 所以, 它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算, 技术发展方向是总线速度的无限提升、存储容量的无限扩大;而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力, 技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

当代嵌入式应用的一个重点是SoC设计。SoC常常建立在一个或多个核处理器之上, 由于这些核处理器通常被当作软件计算资源使用, 所以人们就用自定义的处理器加速器或核本身的增强指令集来提高计算性能。ISS不仅有助于验证处理器和编译器的设计功能和性能, 还能用来评估体系结构设计是否合理。现在ISS的广泛使用已经成为与此相关的软件设计的基础。

1优化ISS的理论基础

目前所有的指令集仿真技术都源自灵活但低速的解释型仿真技术。由于编译型仿真技术对静态代码的依赖, 仅被应用于少数的数字信号处理中。相比较而言, 编译型仿真的仿真速度优于解释型仿真, 然而这种速度上的提高是以损失掉灵活性为代价的。本节针对灵活与快速这2个重要特性阐述了解释型仿真和编译型仿真的工作原理。

解释型仿真器实际上是用软件实现的虚拟机, 它通过解释装载的目标代码, 在主机上执行相应的操作。如图1所示, 解释型仿真的工作流程与硬件操作类似, 实际上就是处理器的取指-译码-执行这个循环的反复, 整个过程保证了很高的仿真准确性和灵活性。然而, 在软件仿真器中指令译码是个非常耗时的过程, 并不像在硬件上运行得那么快, 所以直接从硬件操作映射过来的解释型仿真器是灵活且低速的。

编译型仿真技术对仿真器性能做出了重大的改进, 其原理是将仿真器的一部分时间消耗从运行环节转移到编译环节。在指令的译码环节, 二进制指令字被分解成指令、操作码和执行模式。由于处理器的指令集非常复杂, 所以这一操作需要进行大量的运算。而编译型仿真器在仿真前就对整个应用程序译码, 每条指令的仿真时间也因此而被大大缩短。但是, 此种技术的灵活性差, 仅适用于静态代码的情况。嵌入式系统使用的是外部程序存储器, 因此其程序代码在运行前是无法预知的, 所以它们不能使用编译型仿真器。同样, 编译型仿真器也不能应用于内含多指令集处理器的嵌入式系统, 因为这些处理器在运行环节会自动切换指令集模式。

2IA-ISS的优化

ISS按照精确方法的不同, 又分为指令精确和周期精确2种。指令精确模型是指给出系统状态的确切行为, 不考虑处理器的精确时序特性。而周期精确模型则是以周期为执行单位, 也就是说它模拟了CPU在每一时钟周期的动作。指令精确模型适于在设计的初期确定系统的结构和功能阶段, 本文选取的是指令精确模型。

为了获得灵活高速的ISS, 以ARM7为目标处理器, 本文对传统的解释型ISS进行了改进。

2.1采用查表法调用解释函数

构造一个多级查找表, 如图2所示, 从下往上逐级搜寻解释函数的入口地址。利用对表的逐级查找代替原始的多级跳转。首先屏蔽出的是指令字的27～20位, 在这个基表中, 有一部分二进制指令字已能直接找到其解释函数;紧接着屏蔽的是指令字的31～28位或者7～4位, 大部分指令字都能在这两级表中找到函数指针;最后根据个别指令的要求, 屏蔽出二进制码的第4位或者第15位, 至此全部的函数查找完成。

查表法的实质用屏蔽码屏蔽出二进制指令字的信息位, 进而判断该二进制码是哪条指令, 然后通过查找译码表找到对应的解释函数入口指针。

2.2优化二进制指令字的萃取过程

快速准确地屏蔽出指令字的信息位, 不仅能够缩短寻找解释函数的时间, 还有助于进一步优化解释函数。考虑到同类指令具有相似的指令格式, 首先按照主译码的值将ARM的所有指令分为8类, 即000:数据处理指令、杂项指令、乘法指令、其他装载指令及存储指令;001:数据处理立即数寻址指令、立即数传送到状态寄存器指令和未定义指令;010:装载/存储指令、立即数偏移量寻址指令;011:装载/存储指令和未定义指令;100:多寄存器装载/存储指令和未定义指令;101:两类分支指令;110:协处理器的装载/存储/双寄存器传输指令;111:协处理器数据处理指令、协处理器寄存器传输指令、软件中断指令和未定义指令。接下来, 为每个指令类定义一套屏蔽码。这种屏蔽码由符号‘0’, ‘1’和‘x’组成, 屏蔽码中的每一个符号都对应二进制指令字中的一位。用这种定制的屏蔽码即可轻松萃取出同一类指令。这种方法不仅能大幅度减少译码层次, 而且还使译码结构更加清晰简约。

2.3构造simulation cache

如图3所示, 在取指时, 一旦发现某条指令地址不是首次出现, 则进入simulation cache中, 直接调用该指令在首次出现时得到的译码信息 (如Rn、Rd、立即数以及特殊位的值) , 这样就可以省略对同一条指令重复译码的时间。如果该指令地址是首次出现, 则对它进行译码, 并保存译码信息。

2.4其他方法

其他方法如下:

① 优化编译选项O2:在使用GCC编译C程序文件时, 增加编译选项O2, O2选项告诉GCC产生尽可能小和尽可能快的代码;

② 减少if/else, switch/case分支语句:这样做的结果是省去了判断的时间, 但会使代码的体积变大;

③ 压缩译码层次:压缩译码层次会使执行路径变短, 但会使代码的体积变大;

④宏替换:适当的使用宏替换可以增加程序的灵活性、简化程序、降低程序设计的难度、提高程序运行速度;

⑤ 变量的存取方式:尽量使用简捷、直接的方式存取变量也可以优化程序结构、提高程序运行速度。比如某些使用频度很高的结构体数据项, 应尽量改为直接存取的方式。

3结果验证

在测试ISS的性能时, 常用的目标处理器有ARM7、ST200、C54x、C62x和SPARC, 应用程序包括jpeg、Adpcm、Matrix Multiply、IDCT、FIR和mp3等。在这些应用程序中, jpeg 2000是代码最长的, 它是一个用C语言编写的图形压缩程序, 其源代码有5 000行左右, 而且内部有许多复杂的表达式。由于jpeg 2000的源代码对指令具有较大覆盖面, 所以它是一种常被采用的ISS性能测试工具。

在测试模型的时候, 硬件平台往往会在一定程度上影响到结果, 所以测试值会在一个小范围内波动, 对于这个问题, 本验证采取的是针对同一测试目标进行多次测试取平均值的办法。

本仿真器模型采用C++编写, 一共19个文件。由于选择的目标机是ARM7处理器, 所以使用的是arm-elf交叉编译环境。选用的应用程序为jpeg 2000。为了使结果更有说服力, 分别在AMD Athlon 2500+和Pentium (R) 4 CPU 2.60GHz两个硬件平台上进行了测试。如表1和表2所示, 测试结果显示这种优化后的仿真器的仿真性能已经比传统的解释型仿真器有了显著提高。

4结束语

如今, ISS已经成为可编程体系结构设计中最基本的开发工具, 而ISS的性能也就成了制约整个设计的关键因素。然而, 衡量ISS性能的最重要指标就是它的仿真速度, 由于解释型仿真的仿真速度很慢, 而编译型仿真的仿真速度虽然快但是灵活性差, 所以二者都无法满足现代体系结构设计的需要。本文采用分类萃取指令、查表调用函数和构造仿真缓存等方法对传统的解释型ISS模型进行了优化。通过验证, 优化后的ISS已兼具快速性、灵活性以及可重用性。

参考文献

[1]GLAMMB, LILJADJ.Automatic Verification of Instruction Set Simulation Using Synchronized State Comparison[J].Simulation Symposium, 2001 (4) :72-77.

[2]RESHADI M, BANSAL N, MISHRA P, et al.An Efficient Retargetable Framework for Instruction-set Simulation[J].Hardware/Software Codesign and SystemSynthesis, 2003 (10) :13-18.

[3]ZHU Xin-ping, D’ERRICO J, WEI Qin.A Multiprocessing Approach to Accelerate Retargetable And Portable Dynamic-compiled Instruction-set Simulation[J].Hardware/software Codesign and SystemSynthesis, 2006 (10) :193-198.

[4]BRAUN G, NOHL A, HOFFMANN A, et al.A Universal Technique for Fast and Flexible Instruction-set Architecture Simulation[J].Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2004, 23 (12) :1625-1639.

[5]KEMPF T, KARURI K, WALLENTOWITZ S, et al.A SW Performance Estimation Framework for Early System-Level-Design Using Fine-grained Instrumentation[J].Design, Automation and Test in Europe, 2006 (3) :1-6.

指令设计 篇9

1 打好基础

教师在G00、G01、G02、G03、G90、G94等指令的教学中, 要安排适当足够的课时, 教会学生基本的工艺分析方法, 应用这些指令编写完整的简单形状零件 (如简单阶梯轴、阶梯孔) 加工程序, 初步掌握外圆车刀、外切断刀的对刀方法, 并能在仿真系统中进行仿真加工, 这对后面编程课的学习和教学都很重要。

2 设计好G71教学方案

教学方法选择:

1) 利用数控仿真系统向学生展示G71指令的刀具路径特点;2) 通过案例, 将G71指令格式、参数设置方法溶入具体的零件编程加工中来讲解。指令的参数设置不能脱离实际、纸上谈兵, 要符合实际零件加工工艺, 有利于学生适应往后的实际加工;3) 学生亲自动手利用G71指令进行仿真加工, 体验G71编程和加工特点, 实现“教、做、学”一体化教学。

3 教学过程安排

3.1 引入新课

先领学生简要复习和回顾前面学过的G90指令, 以提问方式引导学生思考加工如图1的零件, 毛坯为φ32mm棒料, 用G90指令和G01、G02等指令编程加工是否可行。结论:用G90指令和G01、G02、G03等指令编程困难。从而引入新课内容G71、G70指令。

3.2 新课教学

1) 简单介绍G71、G70指令的格式, 使学生对指令有初步印象:

(1) G71格式:

G71 U (ΔD) R (E) ;

G71 (NS) Q (NF) U (ΔU) W (ΔW) S (S) T (T) ;

N (NS) …;

…

N (NF) …;

(2) G70格式:G70 P (NS) Q (NF) ;

2) 教师通过仿真加工图一零件, 向学生展示G71、G70的刀具路径。

3.3 指令应用实例

以图一零件的数控加工为例, 介绍G70、G71的应用。

1) 零件图分析

2) 制定工艺路线。 (1) 粗加工 (G71) ; (2) 精加工 (G70) ; (3) 切断 (G01)

3) 刀具选择

(1) 粗加工:90°外圆车刀T01; (2) 精加工:90°外圆车刀T02; (3) 切断:切断刀T03。

4) 切削参数选择 (经验法)

5) 编程: (1) 确定工件坐标系原点; (2) 基点坐标计算; (3) 程序编制。

加工程序可按如下编制, 学生刚接触G71指令时“N (NS) ~N (NF) ”之间的程序段的引入是个难点, 教师在引导学生编程时, 要紧扣工艺路线, 板书至第N60段时, 先写成

“G71 P___Q___U0.5 W0 F100;”第N60段和第N130段的N70~N120先省略留空, 板书至第180段, 向学生提示和强调点A (35, 5) 为精加工G70循环起点 (如图二) , 进入精加工切削, 板书第N190段“N190 G70 P__Q__;”, 向学生提问:前面已用G71指令进行粗加工出零件的基本轮廓, 精加工 (最后一刀) 刀具怎样走, 即怎样用指令定义刀具走刀路径, 才能加工出零件的最终形状和尺寸呢?引导学生回答沿A→B→C→D→E→F→G路径走刀, 引出精加工程序段N70~N120, 接着完整第N60段和第N190的P和Q后面的数字, 即完整填写为“P70 Q120”。

程序编制完毕, 再次运行程序, 进行仿真加工, 给学生再次观察G71刀具路径, 向学生提问:执行至G71指令时, 我们发现刀具走的每一刀, Z方向走的距离并不相同, 而是按照零件各段的轮廓来走刀, 机床怎么知道我们零件的最终轮廓的呢?向学生解释是因为程序段N70~N120已定义了工件的最终形状, 学生会对G71指令的结构和格式有进一步的理解。

3.4 学生动手运行教师编写的程序

学生动手运行教师编写的程序, 仿真加工图1零件, 亲自体验G71编程加工, 教师进行相关辅导和答疑。

3.5 教师对本次课程进行总结

简要简要总结本次课, 简要复习G71、G70指令的的格式、参数设置、应用注意事项。

3.6 布置课后作业

(或练习)

4 结论

指令设计 篇10

关键词：指令集仿真,虚指令,指令翻译,性能优化

0引言

指令集仿真器[1]ISS(Instruction Set Simulator)是在宿主机上仿真目标机上程序运行过程的软件。用户通过观察指令在仿真器上的运行情况,可以查看目标机的内部状态,如寄存器信息、存储器信息等等。

目前大多数指令集仿真器都是针对某一具体的处理器,通用性比较差,如CodeWarrior for S12[2]、ADS[3]、清华大学开源的SkyEye[4]。随着技术的进步和嵌入式系统应用的迅速发展,这些专用的指令集仿真器已经不能满足当前的开发需求,由于不同处理器的指令集和体系结构相差太大,若为每种处理器都单独设计指令集仿真器工作量将很大,因此新的通用型指令集仿真器的设计已成为下一代指令集仿真器研究的重点。

利用虚指令集可以设计一种可重用指令仿真器,即先将目标指令转换为通用的虚指令,再通过虚指令仿真器进行仿真。文献[5]介绍了一种虚指令的设计及通过设计配置文件进行指令的翻译方法,虽然对具体的翻译过程没有涉及,但是给出了一种虚指令集的设计方法。将虚指令集看作是覆盖多种处理器指令集的超集,其设计工作就是找出这样一个最优的指令子集,同时对最小指令集加以实现,并指出:虚指令集的复杂程度越高(直接实现的指令越多),它的执行效率也越高,但是相应的设计难度加大;如果降低复杂度,则可以减小设计难度,但是相应的执行效率会有所下降。文献[6]介绍了一种利用虚指令集来实现可重用指令集仿真器的策略,但并未对虚指令集的构建及翻译技术作详细介绍。文献[7]介绍了一种在二进制指令翻译过程中通过把寄存器映射到宿主机上的寄存器来加快仿真速度的方法,当然这样做的额外开销也是很大的。文献[8]介绍了一种适用于二进制翻译的优化方法,通过判断指令是否修改来判断指令是否需要重新译码,从而减少译码次数,加快指令的仿真速度。

本文在对Java虚拟机相关技术的研究基础上,给出虚指令集的设计分析,设计了配置文件的格式和将某种处理器的指令翻译为虚指令的规则,最终实现了一种基于虚指令集的通用型指令仿真系统。

1虚指令技术

传统的指令集仿真方法有基于解释型仿真和基于编译型仿真两种[9]。基于解释型仿真方法是在内存中建立一个仿真的目标处理器,宿主机重复执行以下动作:取指,从内存中读出一条指令;译码,分析指令并生成指令的操作码;调度,用switch语句跳转到指令对应的处理过程;执行,根据指令语义来更新处理器状态。基于编译型仿真方法类似交叉编译器,先将目标机的指令翻译为一组宿主机指令,再通过执行宿主机指令来实现仿真,被仿真的目标机状态被保存在宿主机的全局存储空间中。

虚指令仿真技术是一门新兴的仿真技术[6]。在该技术中,仿真器被分为前端和后端。仿真器前端是虚指令翻译器,负责将各种处理器的指令翻译为虚指令,供仿真器后端识别并仿真;仿真器后端与普通的仿真器类似,只是其仿真的对象是前端生成的虚指令。

利用虚指令实现可重用指令集仿真的优点在于:仿真器便于扩展,增加对一款处理器的支持,只需增加对该款处理器的指令翻译规则和配置文件,将其指令翻译为虚指令,仿真器便可对其进行仿真;仿真器后端只需仿真虚指令,实现较为简单;仿真器便于移植,开发者只需在不同平台下实现前端和后端,指令翻译规则不受平台限制,在其它平台下可以复用,减少重新开发的工作量。

2虚指令的设计

虚指令集VIS(Visual Instruction Set)是一种抽象的指令集系统,它是对各种处理器指令系统的高度概括[6]。根据这一特性,可以构建一种覆盖多种处理器的虚指令集。

本文在构建虚指令集时采用了基本指令和自定义指令相结合的策略。基本指令功能单一,实现的是最基本的操作,为大多数处理器所通用,如基本运算指令;对于一些通用的复杂度较低的指令,可以由数条基本指令的组合来实现;一些复杂度较高的指令或者是处理器特有的指令,若用基本指令的组合来实现,则使用的基本指令过多,影响整个系统的效率。对于这些指令,采用自定义指令来实现,每条指令对应一条自定义指令。

因指令仿真过程的实现是运行在PC机上的,在确定虚指令集的基本指令类时可以参考RISC指令集的设计,可遵循以下步骤:

(1) 确定基本运算类 每种处理器都有运算指令,包括算术运算和逻辑运算。算术运算又可细分为无符号数运算、有符号数运算、浮点运算和整型运算等。在虚指令中只需包含其中最基本的运算指令,如加法指令、减法指令等,一些复杂的运算指令,实际上都可以由这些最基本的运算指令组合来实现。

(2) 确定基本控制类 控制类指令是指通过改变程序计数器PC中内容以控制程序执行流程的指令。虚指令中的基本控制类指令有无条件转移指令、条件转移指令、函数调用指令、函数返回指令、中断指令和中断返回指令,其它各种控制类指令也都可以归到这六类指令中。

(3) 确定基本寻址方式 各种处理器的寻址方式不同,参照汇编指令的寻址方式,虚指令系统确定了四种寻址方式:寄存器寻址、立即数寻址、存储器寻址和位寻址,其他寻址方式可通过这四种寻址方式的运算而获得。

遵循以上原则设计的虚指令集具有以下特点:

(1) 数据存取和数据运算分离 对于一个运算过程来说,可以分为四个阶段,读取指令→读取数据→数据运算→保存数据。对于不同的体系结构而言,这四个阶段所完成的工作都不尽相同。在这四个阶段中,第一阶段、第二阶段和第四阶段属于数据存取的操作,第三阶段属于数据运算的操作。虚指令集将数据存取和数据运算分离,一条虚指令中定义了数据存取的方法(即寻址方式)和数据操作的方法。由不同的执行部件负责执行。也就是说,寻址方式和指令操作是相互分离的。数据存取模块负责解释指令的寻址方式、加载源操作数和保存目的操作数。操作方法模块就是实现指令的操作功能。

(2) 简单固定格式的指令系统 虚指令集以配置文件的形式对不同体系结构的指令进行描述。寻址方式采用四种最基本的方式,简化了译码时间。采用灵活的执行方式,借鉴ARM系列的条件执行方式,使得指令系统更具有灵活性。

3指令翻译技术

指令翻译是指将目标机的指令翻译为宿主机的指令,并使两者执行的结果一致。虚指令翻译器的功能就是将目标指令翻译为仿真器可识别的虚指令。在虚指令的翻译过程中,其输入和输出都是汇编指令形式(虚指令实际上也是一种运行在仿真器上的汇编指令),其翻译原理和二进制指令的翻译是一样的。

虚指令的翻译过程如图1所示。首先对目标机的指令进行分析,包括对目标指令的反汇编和对反汇编文件的分析,然后系统自动根据用户的配置信息,生成相应的配置文件,在匹配规则的帮助下生成指令语义描述,最后再翻译成虚指令。

3.1目标指令分析

虚指令翻译是针对单条目标指令的。在翻译之前,翻译器首先调用反汇编引擎对目标指令进行反汇编,反汇编后生成的指令格式如下:

100000: e1a0c00d mov ip, sp

每一行一般包括三项:存储地址+机器码+指令。通过对反汇编指令文件的分析,可以得到指令当前的地址、指令长度、指令的操作符和各个操作数,翻译时将根据这些信息与配置文件进行模式匹配,生成指令语义描述。

3.2配置文件的生成

为方便指令的翻译,需要设置一些配置文件。这些配置文件的主要工作是:指明目标处理器的流水线级数和阶段名称;指明目标处理器是否支持Cache和MMU;描述目标处理器的寻址方式与虚指令系统寻址方式的对应关系;描述目标指令与虚指令之间的映射宏;描述目标MCU的寄存器与虚指令集中的寄存器的对应关系。这些与体系结构有关的信息对于仿真器是十分重要的,因此这些配置文件也成了翻译器在不同处理器之间可重用的关键之处。配置文件的格式如下:

仿真器所支持的每一型号的处理器都有自己的配置文件。它们在定义上是类似的。这些配置文件为在虚指令的翻译工作提供了一种快捷的方法。选择使用不同的配置文件,方便了仿真器的翻译和仿真工作。

3.3规则匹配

在进行翻译时不能将配置文件中用到的部分,简单地组合起来,而必须按照一定的规则来匹配组合,这样生成的指令语义描述才具有可读性,并保证语法的正确性,可以被下一步的指令翻译模块识别、分析并最终生成虚指令。具体的匹配规则如下:

(l) 根据指令的操作符从配置文件的指令语义部分查找到对应项,得到其操作数类型编码、操作数长度及其操作符语义描述。

(2) 根据操作数格式以及对应的类型(从类型编码中得到)从配置文件的寻址方式部分中查找对应项。首先匹配配置文件中不包含通配符的寻址格式。如果操作数格式不能直接匹配,则匹配包含通配符的寻址格式。假设寻址格式为c1<R1>c2<R2>…,c表示寻址格式中非通配符部分,R表示通配符。首先从操作数格式中匹配出cn,不匹配则表示匹配失败,如果匹配出了cn,假设操作数格式为c1T1c2T2…,再逐一匹配Tn和<Rn>,判断Tn是否属于<Rn>表示的类型,直到所有Tn都匹配成功。

(3) 匹配成功后,得到每个操作数相应寻址方式的语义描述。

(4) 最后,根据相应操作符影响的标志位,将各个标志位影响函数的语义描述列出。然后按照以上的顺序组合起来,便得到该条指令完整的语义描述。

3.4指令语义描述的生成

指令翻译模块根据配置文件,同时参考匹配规则,生成某一指令的语义描述。

例如,有如下的指令“MOV R0,[R1+R2]”,其匹配过程为首先得到操作符“MOV”的语义描述为“opl:=op2;”。再分别得到“R0”和“[R1+R2]”的语义描述:其中“R0”在寻址类型表中可以直接匹配,从配置文件的寄存器描述部分得到其语义描述R[R0](op)为“<op>:=R0”,用相应的操作数“op1”替换其中的“<op>”,得到“opl:=R0”,“[R1+R2]”也可以直接匹配,得到R[R1+R2](op2)为“addr:=R1+R2;<op>:=[addr]”,同样的用相应的操作数和地址变量替换,得到“addr2:=R1+R2;op2:=[ddr2]。“MOV”指令不影响任何标志,所以没有相应的标志位影响函数Fm。

将以上得到的语义描述组合起来,就是这条指令的完整的语义描述:

op1:=R0

temp1:=R1

temp2:=temp1+R2

addr:=temp2

op2:=[addr]

op1:=op2

3.5虚指令的生成

从汇编指令到虚指令的翻译过程实际上是将汇编指令转化为语义等价的虚指令,因此需要提取汇编指令的语义信息,再根据语义信息将汇编指令翻译为语义等价的虚指令。

仍以“MOV R0,[R1+R2]”为例,说明虚指令的生成过程。

(1) 在语义描述的生成之后,对其进行化简,主要将除临时变量之外的所有变量去除,这里将op1、op2、temp1和addr去除,得到化简后的三元式:

temp2:=R1+R2

R0:=[temp2]

(2) 最后,每个三元式都可以用一条虚指令来表示,将这些三元式翻译为虚指令,得到如下虚指令:

add R3,R1,R2

mov R0,[R3]

4指令仿真中的优化技术

与一般计算机程序(如PC机程序)不同,嵌入式系统程序一般都是一个无限循环的过程,无限循环包含了程序功能的主要组成部分。因此嵌入式软件中通常包含了大量需要重复执行的代码。在指令集仿真器的实现中,由于指令寻址方式多变,使得译码函数的代码长度远远大于大部分指令仿真函数的长度。如果在仿真过程中不对译码进行特殊处理,必然会在译码操作过程中浪费大量的时间,限制仿真的速度。

传统的解释型仿真策略中指令调度的主体switch结构,并使用大量的case语句,在指令系统日益扩大的今天,其指令调度策略严重影响指令仿真的运行速度。为此本文讨论了如下的优化方法。

4.1译码过程的优化

一般来讲,20%的指令使用率在80%左右,而其他80%的指令只有20%的使用率,即20/80原则。尤其是在嵌入式系统应用的程序中,大多数都是一个循环结构,这就意味着有很多指令是重复使用的,重复的过程还包括指令的译码部分,显然这是不需要的。为了合理利用这一规律,即本文为常用的指令建立一个缓存,存放常用的指令及对应的执行函数指针。本文参考了文献[8]的方法,设计了Cache结构来存储执行次数较频繁的指令及其对应的虚指令。如果目标指令已经在Cache中,则无需经过翻译,直接将对应的虚指令输出。这是一种以空间来换取时间的优化策略,缓存结构如表1所示。

Cache优化的目的是为了提高翻译的速度,所以设计的Cache应该尽可能的简单,避免在Cache管理上耗费太多时间,即从Cache中读出相应虚指令的时间应该比直接翻译的时间短。所以设计的Cache以地址作为索引,每项还有该地址对应的目标指令及其虚指令序列。Cache的大小可以由用户根据具体机器配置自定义,一般为80条记录。这是假定一个基本块的指令条数不超过400条,400条指令中20%的指令最为常用,所以定为80条,太多的话会影响Cache查询及替换的效率。

4.2指令调度的优化

指令调度就是把指令字与完成相应操作的功能函数对应起来,使得仿真时取到该指令后就能知道应该调用哪个执行过程。传统的解释型仿真策略的主体是switch、case结构,严重影响仿真的运行速度。本文给出一种改进的结构,采用hash结构,如图2所示。

以每个指令助记符的首字母为依据,分别对应到哈希表的26个段上,如图2建立一个对应关系,指令调度时首先根据指令助记符的首字母查找在hash表中对应段,在段内可以采用折半查找,提高指令调度的速度。段内的数据分为两部分:指令助记符和对应的过程函数指针。指令调度时通过函数指针可以直接调用过程函数。

4.3优化后的结果

通过对比没有进行优化的方法,实验对比结果如表2所示。

从表2中可以看到,传统基于解释执行的仿真器运行效率是最低的;当采用了改进的仿真策略之后,其运行效率有了显著的提高,大约10倍左右。其次,通过和非VIS仿真器的比较,发现VIS仿真器在效率上有一定的损失,大约为25%。这主要是因为在译码阶段需要增加对处理器体系的识别,所以降低了仿真器的执行效率。但是,与传统的算法相比,VIS还是带来了速度的提升。而且,随着PC机性能的提高,VIS仿真器的仿真速度也会有较大的提升。因此总体而言VIS仿真器的设计是有效可行的。

5结束语

文章介绍了用于可重用指令集仿真的虚指令的构建和翻译方法。在虚指令集的构建过程中,采用了分层思想,将虚指令分成基本指令和自定义扩展指令,使得虚指令有效地覆盖了各种处理器的指令。在虚指令的翻译过程中,通过设计合理的配置文件及设计匹配规则,完成从某一具体微处理器指令到虚指令的翻译。这种配置文件格式固定,结构清晰,匹配规则简单适用,使得指令的翻译方法具有一定的通用性。实验结果表明该种设计方法是有效可行的。

下一步工作是:增加配置文件的设计并设计配置文件管理器、规则匹配器和虚指令翻译器等,使得整个翻译过程能自动完成。

参考文献

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