Гл1_06 (1031608), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Максимальная загрузка процессора будет наблюдаться, когда поток «Пуск-стоп» отслеживает состояние 1 или 3 и составит k=3*10-4. Так что процессор с огромным запасом справится с программой управления.Как видите, здесь мы явно обнаруживаем аварийные состояния и можем предусмотреть адекватную реакцию на них в потоке «Авария». При многопоточном программированииможно предусмотреть специальный поток, назовем его «Не_доехал», который будет запускаться из состояния останова, ждать время, достаточное, чтобы каретка доехала до крайнегоположения и проверять, доехала ли она. Это он сможет делать, запрашивая состояние у потока «Вправо-влево», или по состоянию конечных выключателей.
Если каретка не доехала вовремя, ситуация также будет обнаружена.Более того, при многопоточном программировании можно обнаружить зависания программного обеспечения. Делается это так. Внешнее устройство, которое называют стороженетРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.
Баумана, V_Ryabov@mail.ru45вой таймер (watchdog), через определенные интервалы времени пытается сбросить микроконтроллер и заставить его перезапустить программное обеспечение. В свою очередь, один изпотоков управляющей программы через меньший интервал времени сбрасывает это устройство и не дает ему сработать.
Таким образом, если управляющая программа зависла и не запускает этот поток, она будет перезапущена.Сейчас все наши потоки запускаются диспетчером безусловно, поток «Пуск-стоп»выступает ведущим для «Вправо-влево», а последний для «Пуск-стоп» - ведомым. Можноеще более разгрузить микроконтроллер, если поток «Вправо-влево» запускать и останавливать из потока «Пуск-стоп». В этом случае они будут соотносится как основной или родительский и дочерний процессы.
Здесь следует предусмотреть средства, позволяющие избежать одновременного запуска нескольких дочерних процессов, если это недопустимо по логике работы. Делают это с помощью вспомогательных переменных, называемых семафорами, если допустимо запускать только один дочерний процесс или мутексами, если несколько. При каждом выполнении условий запуска, прежде чем запустить поток, проверяют связанный с ним семафор или мутекс и, если он допускает запуск, производят его, устанавливаясемафор или увеличивая на единицу мутекс. При снятии потока, выключают семафор илидекрементируют мутекс.Рассмотрим теперь управление потоками с использованием внешних событий.
Основная идея здесь очень проста: не будем периодически опрашивать сигналы ДК, пусть они сами нам скажут о том, что они изменились и только тогда контроллер будет менять управляющие воздействия. Пока не будем обсуждать детально обсуждать вопрос о способе обнаружения внешних событий.
Если вы программируете под управлением диспетчера задач илиядра реального времени, то у вас будет возможность объявить системные события и привязать к ним вызываемые ими задачи. В главе 4 и в лабораторных работах мы будем изучатьпростой диспетчер задач и конкретные способы запуска синхро, интер и экстраквантов.На рисунке 1.31 показан один из вариантов построения программного обеспечения.Поток "Пуск-стоп"1x3+x4, 12RG1dх33Работа:=true4StopПоток "Вправо"1x1*х2*Работа, 2х32RG2:=RG2 & #11110000остановить приводПоток "Влево"1x2*х1, 22RG2:=RG2 & #11110000остановить привод3Ждать 0.2с, 25Работа:=false4RG2:=RG2 or #00000011движение вправо3Ждать 0.2с, 24RG2:=RG2 or #00000101движение вправо55StopStopРис. 1.31Здесь в начале каждого из потоков стоит системный оператор его запуска, включающийинициирующее событие и приоритет, в операторах Ждать после времени ожидания также указан приоритет 2.
Реверс с остановом реализуется в каждом из потоков Вправо и Влево.Временные затраты процессора на выполнение каждого из потоков «Вправо» и «Влево»будут около 10 мкс. Но перезапускаться они будут только тогда, когда нажат какой либо изконечных выключателей, а это будет происходить в среднем два раза в минуту, исходя изоговоренной ранее скорости сканирования. Таким образом, коэффициент загрузки процессора в случае аппаратной инициализации кванта управления составит уже:Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru46k = 2 ⋅ 10−5потокиОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ≈ 0, 6 *10−6 ,30т.е. гораздо меньше, чем при программной инициализации процесса управления.Видно, что использование аппаратной инициализации существенно облегчает нагрузку на микропроцессор. В серийно выпускаемых микроконтроллерах специально предусматривают для этих целей группу входов ДК с аппаратной инициализацией, вызывающих прерывание основной программы при изменении состояния входа и запуск подпрограммы егообслуживания. Мы еще неоднократно будем сталкиваться с программной и аппаратной инициализацией процессов и операций контроля, как дискретного, так и аналогового.Как уже указывалось выше, широкое использование механизмов прерываний снижаетпредсказуемость поведения и усложняет отладку программного обеспечения.
Для сохраненияполезных свойств аппаратной инициализации и обеспечения большего порядка в перезапускепроцессов и введено было ранее понятие интеркванта, кванта, инициализируемого внешнимпо отношению к программному обеспечению событием. Но при этом он не запускается сразу,как при использовании механизма прерываний, а только ставится на очередь к диспетчерупроцессов в соответствии с предписанным приоритетом и временем инициализации.***Графическая иллюстрация введенных нами понятий об организации пользовательскогопрограммного обеспечения САУ приведено на рис.
1.32.Коротко связь введенных нами понятий об организации программного обеспеченияможно сформулировать так.Функция описывает не конкретныеФУНКЦИЯ "1"действия, а их цель, вне зависимости от способа реализации. Существует три классаПРОЦЕСС "B"функций управления технологическим обоПРОЦЕСС "A"рудованием.критерий началаОсновная целевая функция или функКВАНТции определяет цели технологического проот другихпотоков, процессовцесса, например, откачка, обезгаживаниесинхроквантоболочки и арматуры и активировка катодаинтерквантСобытиеэкстракванткинескопа. Или диффузионная сварка заготоДействиелокальноевок.
Для более точного определения функциятребуетчисловых параметров, например, доСобытиеДКпустимое натекание через сварной шов илиАКДействиеДУостаточное давление в кинескопе, ток элекАУтронного луча и т.п.СобытиеФункция «1» включает в себя и требуетДействиесистемноек другимдля своей реализации проведения ряда пропотокам,Событиецессов «А», «В» и т.д. Каждый процесс состопроцессамит из ряда потоков, объединенной общей фиДействиезической природой. Например, процессы откачки и обезгаживания тесно связаны междуфизически защищенная памятьсобой, поскольку вместе формируют давлениев оболочке кинескопа и имеют общие управляющие управляемые и контролируемые пеИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММНОГОременные. С точки зрения программиста поИ АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯтоки объединяются в процесс общей памятью.Рис.
1.32.Объединение ряда потоков в один процесс содной стороны упрощает обмен информацииРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru47между ними, поскольку они могут иметь доступ к общим глобальным переменным. С другой,усложняется процесс компиляции и отладки программного обеспечения, поскольку транслироваться потоки должны с одинаковыми объявлениями глобальных переменных. Усложняется ипереносимость программного обеспечения при переходе на другие контроллеры.Потоки и входящие в них кванты состоят из последовательности событий и действий.Событие может быть системным или локальным.Потоки состоят из отдельных квантов, которые по способу перезапуска делят на синхрокванты, перезапускаемые через заданные интервалы времени и интеркванты, запускаемыевнешними системными событиями. Кванты перезапускаются диспетчером задач, входящим всостав программного обеспечения, в порядке очереди в соответствии с предписанными имусловиями запуска.
Особую группу могут составлять экстракванты, запускаемые диспетчером задач вне очереди.Загрузка процессора существенно зависит от способа запуска квантовВопросы к экзамену.1. Последовательный процесс – основная структурная единица программного обеспечения САУ. Основные понятия и определения.2. Преимущества описания работы технологической машины совокупностью взаимодействующих потоков.3.
Способы запуска квантов и загрузка процессора. Примеры.4. Способы взаимодействия процессов и потоков. Примеры.5. Вариантность описания работы технологических объектов взаимодействующимипотоками. Примеры.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.
Баумана, V_Ryabov@mail.ru481.5. Структура программного обеспечения и основы программированиямикроконтроллеровПрежде чем приступить к обсуждению структуры программного обеспечения микроконтроллера отметим, что оно всегда разбивается на управляющие коды и константы, которые должны быть неизменны при работе программы и переменные данные.Структура программного обеспечения может быть рассмотрена на физическом и логическом уровне (рис. 1.24). В первом случае принимается во внимание, в какой зоне памятирасположены управляющие коды и переменные программного обеспечения, во втором рассматривается их взаимосвязь, взаимодействие и иерархическая подчиненность.Кроме того, структура на обеих уровнях может быть жесткой (резидентной), когдауправляющие коды и константы размещены в репрограммируемой постоянной памяти, сохраняемые константы – энергонезависимом оперативном запоминающем устройстве ОЗУ,локальные переменные, утеря значений которых при сбоях не может вызывать принципиальных (не подлежащих восстановлению) ошибок – в «штатном» ОЗУ.
Энергонезависимое ОЗУне теряет содержания при пропадании питания, штатное ОЗУ – это область памяти, не защищенная от обесточивания.При гибкой (перезагружаемой) структуре программное обеспечение при инициализации системы загружается в оперативную память и структурируется в ней должным образом.Программное обеспечение САУ Здесь еще можно отследить, чтобы коды, константы и сохраняемые переменные были при загрузкеС жесткой структурой (резидентное) размещены в энергонезависимом ОЗУ, но операС гибкой структурой (загружаемое) тивно размещать управляющие коды в РПЗУ ужене удается.Структура на физическом уровнеСистемы с резидентной структурой памятиРПЗУбыстро(за миллисекунды) восстанавливаются поУправляющие кодыслесбоев,поскольку не требуется перезагружатьКонстантыпамять или объем перегрузки минимален. Процессы пользователя, благодаря этому прекрасно подЭнергонезависимое ОЗУдерживаются в жестком реальном времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
