Лекция 2. Каналы информационного обмена с централизованным управлением_ ... (Лекции 2014-2015)

Каналы информационного обменас централизованным управлением.Магистральные и локальные каналыКафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.План лекции. Часть 1:каналы с централизованным управлениемна основе общей шины.Иерархия сети ИУС РВ.•Примеры иерархической организации сети ИУС РВ•Принципы работы каналов с централизованнымуправлением.•Протокол информационного обмена на примереканала MIL STD-1553B.•Задача построения расписания обменов.•САПР циклограмм.•Шина CAN и организация на ней обмена сцентрализованным управлением.План лекции. Часть 2:каналы с централизованным управлением наоснове кольца с арбитражем Fibre Channel•Топологии и классы обслуживания стандартаFibre Channel.•Описание работы кольца с арбитражем.•Процедура арбитража.•Протокол FC-AE-1553.•Задача построения магистральных каналовинформационного обмена с использованиемкольца с арбитражем FC.Международная космическая станцияРоссийский сегмент МКСИерархическая организация ИУС РВ МКС1уровень2 уровень3 уровеньПроцессор…ПроцессорИнтерфейсэкипажаИнтерфейсЦУПМагистральный каналMIL-STD 1553BПодсистемаэлектропитанияПодсистематермоконтроляЛокальныйканалЛокальныйканалконтроллерыконтроллеры…ПодсистемарадиолокацииЛокальныйканалЦАП/АЦПТипичные режимы• стандартный режим;• режим микрогравитации для выполнениянаучных экспериментов;• режим сближения и стыковки с транспортнымикораблями;• режим для выхода экипажа в открытыйкосмос;• режим выживания с отключением наименееважных экспериментов и систем;• режим аварийного покидания экипажем МКС.Режим  набор сообщений, расписание передачи• [В.Куминов, Б.

Наумов. Космическиекомпьютеры: открытые стандарты итехнологии выходят в открытый космос // Миркомпьютерной автоматизации, 2002, №3 ]«Фокусы» с каналомMIL STD-1553B• Ракета-носитель ARIANE 5:обнаружение разделенияступеней(разрыв магистрали)• Транспортный корабль ATV:индикация успешной стыковки(соединение периферийногоканала)Канал с централизованным управлениемОУ1ОУ2ККОУkКанал• Контроллер – управляет обменами в соответствии спредварительно построенным расписанием обменов.• Информация передается в виде сообщений, которыесостоят из командных слов, слов данных и ответныхслов.• Обмен информацией осуществляется асинхронно путемпоочередной передачи информации по принципу"команда-ответ".Преимущества каналов с централизованнымуправлением• Отсутствие конфликтов.• Гарантированная передача сообщений врежиме реального времени.• Минимальное количество «проводов» в сетиобмена.Промышленные каналы сцентрализованным управлением• MIL STD-1553B• Модификации MIL STD-1553B:– MIL STD-1773 (оптика)– Space Shuttle MIA bus (более длинное слово)– EBR-1553 (топология «звезда»)••••MIL STD-1760 (иерархия)STANAG 3910FC-AE-1553CAN bus с «искусственной» централизациейMIL STD-1553B:передача сообщенияnextККCC1 C2S2DD…DОУ АS1ОУ Вt1t1t2MIL STD-1553B: форматы сообщенийпередача данныхpoint-to-pointКК-ОУC D D…DОУ-ККCОУ-ОУbroadcastКК-ОУОУ-ОУSS D D…DS D D…DC CC D D…DC CS D D…DSТо же, по-русскиEBR-1553 (Enhanced Bit Rate)RTRTRTBC/hubRTRTRT• Evolution ofMIL STD-1553B• Features:– 10 Mbit/s– Star topology withcontroller combinedwith network hub– No RT-RTexchangesMIL STD-1760: hierarchyMIL STD-1553 mission busBCRTStoresRT/BC managementsystemMIL STD-1553 stores busRTStore stationinterface unitRT/BCMIL STD-1760carriage storeRTMIL STD-1760mission store• Extends MIL STD-1553 foraircraft/store interfaces• Defines standard messageformats for store control andmonitoring functions• Gives attention to safetyissues:– architecture redundancy(dual buses)– protocol redundancy (CRCin data words, headers andCRC in messages)– special message formats forsafety check– address confirmation field incritical control messagesSTANAG 3910: topologyControl and lowspeed data(1 Mbit/s)MIL STD-1553 busBCRTRTHigh speed (HS)channel:fiber opticsstar coupler…RTHigh speed data(20 Mbit/s)STANAG 3910: exchange exampleMIL STD command wordBCCDHS action word(as MIL STD data word)CDCRSenderRReceiverresponse timeHS channelintermessage gapHS messageШина CAN• служебная шина• короткие сообщенияШина CAN: арбитраж• Каждый абонент «слышит» передачуданных• Нет передачи данных => можноначинать отправку своих данных• Конфликт => абонент с «меньшим»адресом отступает• Проблема: как ограничить задержкудоставки данных?CAN с централизованнымуправлениемМатематика…Задача построения расписания выполненияработ в одноприборном устройстве• Шина может рассматриваться какодноприборное устройство, обслуживающееисходно заданный набор работ безпрерываний.• Расписание выполнения работ, представляетсобой упорядоченное множество H s* NHj k 1, jJ• J  {(t j , s j , f j )} - исходно заданный набор работ(длительности, директивныесроки)Задача построения расписания выполненияработ в одноприборном устройстве• Множество корректных расписаний Hопределим набором ограничений:: (j  H )   fg1 : (j  H )  (s j  s j )  ( f j  f j )g2j s j  t j'*g 3 : (( j, l )  H , j  l )  (( s j  sl )  (s j  f l ))  (( f j  sl )  ( f j  f l ))Задача построения расписания выполненияработ в одноприборном устройстве• Задача:maxHH H *'• известна в теории расписаний как задача овыборе максимального числа совместимыхзаявок и является NP–трудной.Задача построения расписания выполненияработ в одноприборном устройстве• Для частной задачи:max HH H *' j: t j  f j  s j• известен оптимальный жадный алгоритмсложности O(n∙log n).Задача построения расписания передачисообщений по шине• Исходный напор периодическихсообщений преобразуется во множестворабот J.• Сообщение m: (F, φ1, φ2, t).s0f0s1f1s2f2φ101/Fφ22/F3/F…Задача построения расписания передачисообщений по шинеДано:• Множество работ, которые должнывыполняться на системе J   jNjj1• Технологические ограничения на корректностьрасписанияgi ( H , x )  0, i  4 N g• Вектор параметров технологическихограничений x  ( x ...

x )1NxПример: технологические ограниченияна расписание передачи сообщений по шинепериодрезервподциклОдна цепочка работ в подциклеРезерв времени в конце подциклаМаксимальная длина цепочки работМаксимальное отклонение расстояниямежду последовательными работами одногосообщения от периода сообщенияОграничения для схемы с подцикламиg4 - в каждом подцикле может находиться не более 1цепочки работ.g5 - интервалы выполнения работ не должныпересекать границы подцикла.g6 - время начала цепочки работ относительно началаподцикла не должно быть меньше заданногозначения.g7 - в конце подцикла должен быть зарезервированинтервал времени.g8 - число работ в цепочке не должно превышатьзаданного значения.g9 - сдвиг работы «вправо» по временной оси на время,не превышающее значение равное заданномупроценту от интервала «время начала выполненияработы минус время начала цепочки» не долженприводить к нарушению директивного временизавершения работы или требования кминимальному резерву времени в конце подцикла.Ограничения для схемы без подцикловg4 - число работ в цепочке не должно превышатьзаданного значения.g5 - суммарная длительность выполнения работцепочки не должна превышать заданного значения.g6- интервал времени между последовательнымицепочками должен быть не меньше заданногозначения.g7 - сдвиг работы «вправо» по временной оси на время,не превышающее значение равное заданномупроценту от интервала «время начала выполненияработы минус время начала цепочки» не долженприводить к нарушению директивного временизавершения работы или требования кминимальному интервалу времени междупоследовательными цепочками.САПР циклограмм1.

Создание проекта: наполнение базы данныхинформацией о структуре бортовой сети иисходных данных (J, , gi(H,X) , X).2. Автоматическое построение расписания;3. Возможность ручной корректировки расписания.4. В случае, если нельзя построить полное икорректное расписание: автоматическаякорректировка значений X.5. Генерация программного кода, задающегорасписание.6. Генерация отчётов о входных данных ипостроенных расписаниях.САПР циклограмм (диаграмматехнологического процесса)наборсообщенийпостроениерасписаниятехнологическиеограничениякорректировкаограниченийрасписаниегенерация отчётовгенерация кодаотчётыкод, задающийрасписаниеСАПР циклограмм• Расписания, построенные "САПРциклограмм", совместимы с адаптерами MILSTD-1553B, поддерживающими выполнениецепочек работ.• Такие адаптеры поставляются фирмами DDC,Condor Engineering, Элкус и предназначеныдля функционирования под управлением ОСРВ QNX, VxWorks, а также ОС Linux срасширениями реального времени.• [Р.

Смелянский, В. Костенко, В. Балашов, В.Балаханов. Инструментальная системапостроения расписания обмена данными поканалу с централизованным управлением// Современные технологии автоматизации.- 2011. - № 3]Кольцо с арбитражем(3)(1)(2)(4)(6)(5)Топологии и классы обслуживаниястандарта Fibre Channel• точка-точка (Point-to-Point),• коммутируемая сеть (Switched Fabric),• кольцо с арбитражем (Arbitrated Loop,).Кольцо с арбитражем Fibre Channel (классыобслуживания)• класс 1 – выделенное соединение сподтверждениями;• класс 2 – передача без установки соединенияс подтверждениями;• класс 3 – передача без установки соединениябез подтверждений.Описание работы кольца с арбитражем• MONITORING - все принятые портом словаретранслируются далее, т.е. порт передает ввыходной канал принятый набор из 40 бит.• ARBITRATING - порт переходит в этосостояние, когда ему необходимо получитьдоступ к кольцу для передачи информации.• ARBITRATION WON - состояние, в которомпорт считается выигравшим арбитраж.• OPENED - порт-приемник переходит в этосостояние, когда он получает слово OPN суказанием своего адреса.Описание работы кольца с арбитражем• OPEN - порт начинает передавать кадр сданными.• XMITTED CLOSE - порт переходит в этосостояние, когда у него больше нет данныхдля передачи, и для закрытия портовприемников он передал служебное словоCLS.• RECEIVED CLOSE - порт-приемник переходитв это состояние, когда он получает служебноеслово CLS.

В этом состоянии портретранслирует слово CLS и переходит всостояние MONITORING.Передача сообщенияMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияARBITRATINGMONITORINGПередача сообщенияOPENMONITORINGПередача сообщенияOPENMONITORINGПередача сообщенияOPENMONITORINGПередача сообщенияOPENMONITORINGПередача сообщенияOPENMONITORINGOPENEDПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGOPENEDПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGOPENEDПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGOPENEDПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGПередача сообщенияXMITTEDCLOSEMONITORINGПередача сообщенияMONITORINGПротокол FC-AE-1553• Протокол FC-AE-1553 является протоколомверхнего уровня и эмулирует работу каналаMIL STD-1553B в кольце с арбитражем.• Оконечные устройства кольца с арбитражемсами не инициируют информационныеобмены.