Гл1_06 (1031650), страница 11
Текст из файла (страница 11)
1.29Количество сигналов уменьшилось, и сигнал х3 анализируется только в нулевом ивтором состояниях. Алгоритм, реализующий этот граф, попробуйте разработать самостоятельно. В конце параграфа приведен рисунок этого алгоритма. Проанализируйте полноту условий переходов в состояниях 1 и 3 с помощью таблицы аналогично тому, как мы делали эторанее для состояния 2Реализовать схему, приведенную на рис. 1.29, можно и программным путем, простоанализируя сигналы х3 и х4 в отдельном алгоритме, исполняемом как параллельный поток.Назовем его «Пуск-стоп».
Тогда у нас будет два потока «Пуск-стоп» и «Вправо-влево». Поток «Пуск-стоп» будет модифицировать глобальную логическую переменную Работа, которая заменит сигнал х3 в автоматном графе по рис. 1.29.Будем постепенно знакомиться с возможностями многопоточного программирования.Для начала рассмотрим случай, когда потоки одного уровня иерархии и оба безусловно запускаются из диспетчера задач при исполнении управляющей программы (рис. 1.30). Это отражают системные операторы «Старт», в которых не указано условие запуска.Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru445RG2:=RG2 or #00000101движение влево8RG2:=RG2 or #00000011движение вправо6RG1RG1 x1x2х17Ждать 0.02сх210Ждать 0.02с11RG2:=RG2 & #11110000остановить привод12Ждать 0.05с7Авариянет15Работа?х3+x4х3*x43RG1ьх3*x44RG1dх35Работа:=falseх3*x47Авариях38Работа:=true6Ждать 0.1с2Cостояние 213х1=х22RG1ьx2 (цикл состояния 1)x1 (цикл состояния 3)х2Поток "Пуск-стоп"1СтартПоток "Вправо-влево"1Цикл состояния 0Старт3Ждать 0.5с2Работа?нетда4х2RG1 б)Поток «Пуск-стоп» содержит одинсинхроквант, перезапускаемый черезда30.1 секунды и может обнаруживать ава16х1рийное состояние, когда активны обеRG1кнопки «Пуск» и «Стоп».
При этом бу8х1дет запущен поток «Авария». Управле5ние будет передано диспетчеру и потока)«Пуск-стоп» будет остановлен.Рис. 1. 30Это тупиковое состояние и в потоке «Авария» кроме отключения двигателя, экстренного снятия потока «Вправо-влево»и аварийной сигнализации, следует предусмотреть выход из него и перезапуск снятых потоков.Коэффициент загрузки процессора синхроквантом потока «Пуск-стоп» составит около 10-4.Поток «Вправо-влево» содержит четыре синхрокванта с коэффициентами загрузки от-510 для кванта состояния 0 до 2*10-4 для кванта состояний 1 и 3. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
