18.06.2013 kouriakine@mail.ru 1 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Программное обеспечение для автоматизации. - презентация

1 http://crw-daq.narod.ru 1 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Программное обеспечение для автоматизации исследовательских установок А. В. Курякин с.н.с.,ведущий програмист Ю. И. Виноградов д.ф.м.н., нач.лаб. Хотите узнать, какие программы использовались Саровской командой для автоматизации установок ПРОМЕТЕЙВНИИЭФ ТРИТОНфазотрон ЛЯП ОИЯИ ACCULINAциклотрон ЛЯР ОИЯИ о которых много рассказывалось на IHISM04 а также многих других физ. установок ?

2 http://crw-daq.narod.ru 2 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Создание измерительных систем Автоматизация физ. установок Анализ экспериментальных данных Встроенные языки программирования Полная среда разработки и исполнения Развитый графический интерфейс Обширная справочная система Высокая надежность и производительность Поддержка интерфейсов RS-232/485,ISA,PCI… DOS/W-95/W-98/W-NT/W-2K/W-XP

3 http://crw-daq.narod.ru 3 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Назначение Создание измерительных систем Автоматизация исследовательских физ.установок Анализ экспериментальных данных Версии CRW16 – DOS, Windows-95/98 Написана на Borland Pascal 7.0 с использованием библиотеки SuperVision 3.0, дистрибутив около 4 МБ CRW32 – Windows-95/98/NT/2000/XP Написана на Object Pascal (Delphi 5.0), дистрибутив около 20 МБ Измерительные системы, созданные для CRW16/CRW32, за исключением отдельных драйверов, совместимы, с учетом перекодировки файлов DOS(866) WIN(1251).

4 http://crw-daq.narod.ru 4 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Применение ПРОМЕТЕЙ ВНИИЭФ, Саров установка для изучения проницаемости и диффузии изотопов водорода ТРИТОН ЛЯП ОИЯИ, Дубна тритиевая мишень для исследования мюонного катализа ACCULINA ЛЯР ОИЯИ, Дубна тритиевая мишень для исследования нейтронно-избыточных систем PHOS CERN, Швейцария система контроля и управления для детектора γ квантов PHOS, проект ALICE ИП - 4 ЛПЦ-2, Северсталь, Череповец измеритель плоскостности листового проката Эти системы имеют объем от нескольких десятков до сотен аналоговых и цифровых каналов, типичный период опроса на канал – 100 миллисекунд, есть системы с опросом до 40 кГц на канал. Системы показали высокую надежность, многие из них работают в непрерывном режиме в течение многих месяцев, без права на сбой. Создано также большое число более мелких установок, работающих в Сарове, Дубне, Санкт-Петербурге, CERN.

5 http://crw-daq.narod.ru 5 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Основные черты ПО Единая программная среда для всех физ. установок Совмещенная среда разработки и исполнения для измерительных систем Задание свойств конкретных установок через конфигурационные файлы Многопоточная приоритетная система мягкого реального времени с периодом опроса 10 миллисекунд Многооконный графический интерфейс реального времени Наличие встроенных языков программирования: Daq Script – простой Basic-подобный интерпретатор для простых сценариев измерений, заданных на этапе исполнения Daq Pascal – компилятор Pascal виртуальной машины для создания хорошо защищенных сценариев измерений Object Pascal – встроенный компилятор Delphi 5.0 для создания высокоэффективных DLL – программ и драйверов Средства архивирования измеренных данных Наличие встроенных средств обработки и анализа измеренных данных Встроенная поддержка RS-232/485, GPIB, ISA, PCI, большой набор драйверов измерительных карт и модулей серий ADAM-4000, I-7000, I Возможность написания новых драйверов встроенными средствами

6 http://crw-daq.narod.ru 6 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Основные принципы ПО Разделение ПО на системное и прикладное Приоритетная многопоточность Высокая степень параллелизма Многооконный графический интерфейс реального времени Асинхронная система ввода-вывода Отказ от блокирующих вызовов Встроенные языки программирования Совмещенная среда разработки и исполнения Развитые средства отладки задач реального времени Распределенный характер систем Поддержка основных промышленных интерфейсов Встроенная библиотека драйверов Встроенные средства обработки данных

7 http://crw-daq.narod.ru 7 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Разделение ПО на системное и прикладное Системное ПО, т.е. собственно пакет CRW-DAQ, предоставляет общие сервисы: графическую среду, языки прикладного программирования, средства архивирования данных и т.д. Прикладное ПО, написанное на языках, предоставляемых системным ПО, описывает специфику конкретной измерительной задачи. Достоинства: Выделение системного ПО дает возможность поддерживать единую программную среду на всех физ.установках Единая программная среда сокращает издержки на обучение Облегчается техническая поддержка измерительных систем Повышается надежность работы прикладных программ за счет высокой степени защиты встроенных языков

8 http://crw-daq.narod.ru 8 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Приоритетная многопоточность Работа измерительной системы разделена на ряд параллельно работающих программ, каждая из которых выполняется в отдельном потоке и имеет свой приоритет, заданный в конфигурационном файле. Достоинства: приоритетная многопоточность позволяет гарантированно выделять квант времени измерительным задачам, имеющим высокий приоритет, несмотря на загрузку процессора. Высокая степень параллелизма Типичная измерительная система в CRW-DAQ имеет параллельных потоков. Достоинства: каждая из параллельных задач становится более простой зачастую параллельные задачи могут отлаживаться независимо повышается надежность, т.к. сбой одной из задач не затрагивает другие

9 http://crw-daq.narod.ru 9 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Многооконный графический интерфейс реального времени Графический интерфейс оптимизирован для задач реального времени, он выполняется в своем низкоприоритетном потоке, не препятствует измерениям. Обновление окон идет по таймеру в реальном времени и не требует специальных усилий программиста. Виды окон: Консоль ввода-вывода График кривых График поверхности Текстовый редактор Мнемосхема Таблица

10 http://crw-daq.narod.ru 10 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Асинхронная система ввода-вывода Все функции ввода-вывода в CRW-DAQ асинхронны, то есть никогда не приводят к приостановке потока программы. Как правило, ввод- вывод буферизуется через FIFO и основан на периодической проверке статуса операции ввода-вывода. Достоинства: повышение надежности, отсутствие длительных задержек, детерминированное поведение во времени. Отказ от блокирующих вызовов Код CRW-DAQ написан так, чтобы исключить какие-либо задержки при выполнении измерительных программ. Вместо блокирующих вызовов (SendMessage) предпочтение отдавалось не-блокирующим вызовам (PostMessage, WaitForSingleObject(..,0)) и периодической проверке статуса задержанных операций. Возможно, это не оптимально с точки зрения использования процессора, но это повышает надежность работы программ, снижает риск повисания, что для измерительных задач важнее.

11 http://crw-daq.narod.ru 11 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Встроенные языки программирования Пакет CRW-DAQ имеет полный набор средств разработки измерительных систем, не требуя установки каких-либо средств, кроме штатных программ операционной системы Windows. Это стало возможным за счет набора встроенных языковых средств: Daq Config – интерпретатор конфигурационных файлов, похожих на ini- файлы DOS или Windows, Daq Script – простой Basic-подобный интерпретатор для простых сценариев измерений, а также для сценариев, заданных на этапе исполнения, которые неизвестны в момент компиляции, Daq Pascal – простой компилятор Pascal виртуальной машины для создания хорошо защищенных сценариев измерений, Object Pascal – встроенный компилятор Delphi 5.0 для создания высокоэффективных DLL – программ и драйверов. Практика показала, что наличие многих языков – не роскошь, каждый служит своей цели. Конфигурационные файлы Daq Config описывают общую структуру измерительной системы, Daq Script удобен для интерпретации формул, вводимых пользователем, Daq Pascal – основной язык для написания сценариев измерений, т.к. он порождает хорошо защищенный от сбоев код виртуальной машины, Object Pascal применяется для создания драйверов, если возможностей Daq Pascal не хватает.

12 http://crw-daq.narod.ru 12 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Совмещенная среда разработки и исполнения Исследовательские установки часто модифицируются, что удорожает их создание и поддержку. Как с этим бороться? В пакете CRW-DAQ разработка и исполнение прикладных программ происходит в одной среде, где есть исполнительная система, редактор и компилятор. Редактировать и компилировать программу – сценарий измерения можно прямо в процессе измерения! Это резко ускоряет создание измерительных систем.

13 http://crw-daq.narod.ru 13 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Развитые средства отладки задач реального времени Нет, речь идет не об отладчике. Для задач реального времени он бесполезен, так как отладчик останавливает работу программы и не позволяет видеть ее динамические свойства. Зато есть консоль, окна-графики, средства точного измерения времени (с микросекундным разрешением). Все эти средства позволяют наблюдать за исполнением программы в реальном времени, не замедляя и не прерывая ее. На рисунке для примера показано окно программы измерения периода опроса, график периода опроса и консоль вывода. Видно, что период опроса стабильно лежит в диапазоне от 8000 до микросекунд. Измерения проводились под Windows-XP.

14 http://crw-daq.narod.ru 14 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Распределенный характер систем Большинство измерительных систем CRW-DAQ имеют распределенный характер: измерительные устройства удалены друг от друга и от управляющего компьютера, иногда на сотни метров. Чаще всего измерительные системы используют оптически изолированные сетевые модули со связью по RS-232, RS-485, Ethernet. Для примера показана сетевая топология одной из простых измерительных систем.

15 http://crw-daq.narod.ru 15 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Поддержка промышленных интерфейсов Язык DAQ Pascal, на котором пишется основная часть кода измерительных систем, содержит функции, позволяющие работать с устройствами, подключаемыми через различные интерфейсы: RS- 232, RS-485, LPT, ISA, PCI, GPIB, CAMAC. Это позволяет писать драйверы для значительной части устройств в виде прикладных программ, не затрагивая ядро пакета. Язык Object Pascal позволяет создавать драйверы в виде DLL, давая доступ ко всем ресурсам компьютера. Встроенная библиотека драйверов Драйверы наиболее часто используемых на практике устройств включены в ядро пакета. Это, например, серии ADAM-4000, I-7000, I , измерительные карты PCL-818, DIO-24/48/96/144, LA-1.5, ИП-4. Значительная часть устройств не включена в ядро пакета сознательно, так как предпочтение отдавалось реализации драйвера в виде прикладной программы на DAQ Pascal.

16 http://crw-daq.narod.ru 16 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Встроенные средства обработки данных Пакет CRW-DAQ позволяет делать не только собственно сбор данных, но и значительный объем обработки и анализа измеренных данных. Программы обработки данных можно писать на встроенном языке Object Pascal, прямо в пакете CRW-DAQ. На рисунке показан пример вызова программы сглаживания данных.

17 http://crw-daq.narod.ru 17 CRW-DAQ Программный пакет для автоматизации физических измерений Система CRW-DAQ имеет обширную справочную службу, чтобы облегчить обучение и работу с системой. Пакет также имеет монитор ресурсов, что необходимо для решения задач реального времени. Монитор позволяет увидеть, какие ресурсы процессора занимает каждая из параллельно выполняемых прикладных задач.