Зав.кафедрой ТАГАНРОГСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ Организация синхронно- асинхронного решения задач сбора и обработки информации датчиков в интеллектуальных микропроцессорных модулях Пьявченко Олег Николаевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой микропроцессорных систем

Основные понятия В информационных микрокомпьютерных системах мониторинга, диагностики и управления технических динамических объектов и технологических процессов широко распространены решения задач сбора и обработки информации датчиков (СОИД) аналоговых сигналов переменных физических величин в темпе «жесткого» реального времени. Разновидности моделей интеллектуальных микропроцессорных модулей определяются в результате формирования версий сочетаний решаемых в них задач СОИД, которые относятся к четырем ярусам иерархии.

Основные понятия На нижнем, первом ярусе решаются задачи Z 1 ={Z 1d (d=1,2,..,D)} аналоговой обработки сигналов датчиков физических величин и аналого- цифровых преобразований. К более высокому второму ярусу отнесены задачи Z 2 ={Z 2d } первичной цифровой обработки сформированных на первом ярусе числовых значений сигналов D датчиков. На третьем ярусе расположены задачи первого уровня вторичной цифровой обработки Z 3 ={Z 3d (d=1,2,..,D)}, которые объединяют задачи измерений значений сигналов в физических единицах, определений состояний физических величин и их оценок и т.д. На верхнем, четвертом ярусе решаются задачи второго уровня вторичной цифровой обработки – Z 4. К этим задачам относятся, например, вычисления траекторий изменения состояния, оценок текущего и прогнозируемого состояний локального объекта, сигналы переменных которого обрабатываются в ИММ. Для реализации модифицирования задачи Z 4 предлагается использовать метод реконфигурирования структуры программы ИММ в зависимости от изменения текущего состояния объекта. При этом считается, что в программе ИММ предусмотрены все необходимые конфигурации.

Целью настоящего доклада является обсуждение метода и алгоритма реконфигурирования программы решения задач сбора и обработки информации аналоговых датчиков физических величин с учетом состояния объекта. ЦЕЛЬ ДОКЛАДА

Метод реконфигурирования базируется на том, что программы задач СОИД, в том числе Z 4, хорошо структурированы, то есть разбиты на компоненты, сопряжение между которыми явны и просты. Подключения/отключения программных компонентов, их соединения в требуемые конфигурации производятся управляющими флагами, состояния которых опрашиваются, когда подходит очередь по мере выполнения программы или по какому- либо другому закону. Когда имеется условие разрешения, решается соответствующая подзадача. Если разрешение отсутствует, то осуществляется переход к другой подзадаче. Метод реконфигурирования

Соблюдается принцип приоритета процесса сбора значений сигналов аналоговых датчиков по отношению к процессам, инициированным дискретными сигналами об изменениях состояний объекта. Метод реконфигурирования

Основные процедуры (действия) метода реконфигурирования: 1.Начало процесса решения задач СОИД по сигналу t i, идентифицирующему наступление нового i-го шага решения T i. 2.Обнаружение дискретного сигнала АС е, обозначающего изменение состояния объекта наблюдения и необходимость корректировки программы Z 4, привязка сигнала АС e к интервалу T i. 3.Формирование команды реконфигурирования КР e структуры программы Z 4. 4.Исполнение команды реконфигурирования КР e. 5.Решение реконфигурированной задачи. Метод реконфигурирования

Концептуальные основы построения схемы процесса, реализующего синхронно-асинхронный метод решения задач СОИД в ИММ: 1)синхронное независимое от прерываний решение задач сбора и обработки информации аналоговых датчиков на ярусах 1-3; 2)сбор и обработка дискретных сигналов прерываний в рамках отдельного сопроцесса; 3)согласование решения задач Z 4 с поступлением данных; 4)изменение набора подзадач и математического содержания задачи Z 4 по инициированным прерываниями командам реконфигурирования. Метод реконфигурирования

Схема S2 синхронного и асинхронного процессов сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов В параллельно-последовательной схеме организации решения задач СОИД реализуются модификации задачи Z 4, определяемые состояниями объекта. В ветвях на нижних ярусах независимо от состояния объекта собираются и обрабатываются значения сигналов аналоговых D датчиков, причем к каждой ветви подключены n датчиков, опрос которых производится циклами. В отдельной ветви собираются и обрабатываются дискретные сигналы АС е, идентифицирующие состояния объекта.

Температура Характерными особенностями схемы являются: 1)иерархическая структура: в соответствии с иерархией на нижнем (первом) ярусе решаются задачи аналоговой обработки, оцифровки и сохранения значений сигналов датчиков физических величин; на более старших (втором и третьем) ярусах углубляется обработка сохраняемой информации; на верхнем (четвертом) ярусе решаются подзадачи, в совокупности обеспечивающие реализацию целевой функции системы СОИД; 2) наличие последовательных ветвей процессов сбора и обработки групп аналоговых сигналов и ветви процессов обработки дискретных сигналов прерываний; 3) независимые от сигналов прерываний сбор и предварительная обработка аналоговых сигналов; 4) влияние сигналов прерываний в соответствии с их приоритетом на состав и сложность решения задачи Z 4 четвертого яруса. Схема S2 синхронного и асинхронного процессов сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов

Температура Алгоритм организации синхронно-асинхронного решения задач СОИД в реальном времени После поступления сигнала t i, идентифицирующего начало шага T i, начинается процесс сбора и обработки аналоговых сигналов (левая ветвь). Одновременно инициируется процесс приема дискретных сигналов, идентификации сигнала АС i и процедур подготовки к решению модифицированных задач.

Температура Временная диаграмма организации синхронного и асинхронного сбора и обработки сигналов

Температура Формирование команды реконфигурирования КР е структуры программы Z 4 В модели асинхронные сигналы и, соответственно, команды реконфигурирования KP i формируются по нормальному закону на интервале 1000 шагов решения задач СОИД

Величина времени T S2 синхронно-асинхронного процесса решения задач СОИД при 1000 циклах вычислений Версия диаграммы времени решения задач СОИД T S2, изменяющегося по командам КР i приведена на рисунке. В модели реализуется правило, в соответствии с которым изменение (уменьшение или увеличение) времени решения модифицированной задачи и, соответственно, T S2 зависит от числа поступивших дискретных сигналов.

Величина времени T S2 синхронно-асинхронного процесса решения задач СОИД при 1000 циклах вычислений Для того, чтобы реализация синхронно-асинхронного процесса укладывалась в шаг вычислений, должно соблюдаться условие, где T max – максимальное время, отведенное на шаге для решения задач СОИД.

Температура В завершение отметим, что предложенный метод сравнительно просто реализуется в ИММ. По сравнению с ИММ синхронного типа ИММ синхронно-асинхронного типа имеют более широкие функциональные возможности, не уступают по производительности, но требуют более высоких затрат на разработки. Заключение