Лекции. Системы реального времени (2015) (all in one) (1185224), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Устанавливается в слот №113Процедура передачи данных1. Ведущий устанавливает запрос на передачуданных на шине арбитража– при этом ведущий устанавливает на Ш.А.«свою» линию запроса в активное состояние(логический 0)2. Шина освобождается от текущей передачиданных =>– арбитр определяет, какие линии запросаактивны на Ш.А.– арбитр выбирает ведущего, которому отдатьшину, и устанавливает в активное состояниелинию Ш.А. «доступ дан» для этого ведущего14Процедура передачи данных3. Получив доступ к шине, ведущий устанавливает:– на шине данных: значения передаваемых данных (в случаеотправки); разрядность данных – не больше разрядностишины данных– на шине адреса:• номер подчинённого устройства• адрес в памяти подчинённого устройства• разрядность передаваемых данных(8, 16, 32 бита; также 64 бита для VME64)• признак «чтение» или «запись»4.

Подчинённое устройство:– на Ш.А. признак «чтение» => устанавливает на шинеданных значения данных заданной разрядности сзаданного адреса своей памяти– на Ш.А. признак «запись» => записывает по заданномуадресу своей памяти данные заданной разрядности с шиныданных15Прерывания• Прерывание – способ дляподчинённого устройства оповеститькакое-либо из ведущих устройств онеобходимости обмена данными• Запрос прерывания выставляется наодной из 7 линий шины прерывания• Ведущие устройства самиразбираются, кому адресован запрос16Блочная передача данных• Поддерживается в VME64• В начале обмена задаётся адрес ичисло передаваемых блоков данных• Выполняется передача заданногочисла блоков данных (каждый блок –не шире шины данных)• => значительная экономия временина задании адреса17Недостатки VME• Медленная шина (по современныммеркам)• Параллельная шина (много линий наматеринской плате, сложностьповышения частоты работы)• Невозможно одновременноевыполнение нескольких обменовданными18Борьба с недостатками VME: VPX• Программа «VME Renaissance»: дать VMEбудущее в мире скоростных процессоров• Обратная совместимость с VME: возможностьустановки в VPX-систему существующих VMEмодулей– механическая совместимость– поддержка протокола и «идеологии» VME• Уход от общей шины с арбитражем: поддержкакоммутируемых сетей– Gigabit Ethernet, 10-Gigabit Ethernet– PCI Express– InfiniBand (высокоскоростной прямой доступ впамять)Высокоскоростные каналы из мира x8619VPX: плавный уход от VME• Современная VPX-система:– нет VME (т.к.

нет унаследованных модулей)– x86 процессор– технологии из настольных систем (PCI Express,Gigabit Ethernet, USB, HDMI/DisplayPort)– межмодульное взаимодействие – по каналамEthernet (дорожки на материнской плате крейта)• Фактически – вычислительный кластер натехнологиях «мира x86»– для создания системы нужно меньше экзотическихзнаний• Модули в закрытых кожухах – можно вставлятьи вынимать из работающей «в поле» системы20Интегрированная модульнаяавионика• Недостаток традиционных многомодульных блоков:чрезмерная внутренняя интеграция• VME: шина ограничена пределами блока– Единственный арбитр– Параллельная шина (сложно провести между блоками, вт.ч. защитить от помех)– Выход арбитра из строя – фатален (слот №1 –единственный)– Идеология прямого доступа к памяти: у модуля«слишком много» знания о внутреннем устройстведругих модулей того же блока• В итоге:––––система неоднородна (блоки сильно различаются)модули одного блока тесно интегрированы друг с другоммодули разных блоков слишком изолированынизкая отказоустойчивость и реконфигурируемость (блок21выходит из строя целиком)Интегрированная модульнаяавионика• Среда обмена данными на основе коммутатора– использование виртуальных каналов для разделенияпропускной способности– ограниченные задержки при передаче сообщений• Модули всех блоков равноправно подключены к средеобмена данными=> система – «облако» модулей• Сервисная шина – последовательная, относительномедленная (помехоустойчивость), может объединять всемодули системы ИМА– CAN bus• Трафик по сервисной шине минимален (низкоуровневыеданные о состоянии, простейшие команды вроде вкл/выклмодуля)• Высокая отказоустойчивость и реконфигурируемость– модуль вышел из строя => заменить его может модуль издругого блока– поддержка виртуальных каналов => возможность миграциивычислительных задач22Интегрированная модульнаяавионика (5 поколение)ВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияКоммутаторКоммутаторКоммуникацииГрафика•Унификация––••вычислительные модулисетевое оборудование ипротоколыИнтеграция––программное обеспечениепотоки данных–––процессорыпамятьсетьВиртуализацияВычисленияКоммуникацииКоммутаторГрафикаСервисная шина CAN• Абонент CAN на модуле ИМА – отдельная подсистема– включается до активизации основной логики модуля– продолжает функционировать при сбое основной логики модуля• Короткие сообщения (до 8 байт данных)– периодическая выдача модулями статусных сообщений– запрос статуса модуля + ответ на запрос– команды вкл/выкл основной логики модуля• Арбитраж– каждый абонент «слышит» передачу данных по каналу– нет передачи данных => можно начинать отправку своих данных;иначе ждать освобождения канала– при одновременном начале выдачи:• доминантные и рецессивные биты• сообщение начинается с адреса абонента-отправителя• абонент с «меньшим» адресом слышит в сети не то, что выдал, ипрекращает выдачу• Как ограничить задержку доставки данных?– ИМА: низкая загрузка канала, нет проблемы– в следующей лекции: CAN с централизованным управлениемПримеры модулей ИМАМодульпроцессора данныхМодульввода-выводаМодуль графическогоконтроллераФункциональный модульобщего назначенияФункциональный модульспециального назначенияФункциональный модульспециального назначенияЗадачи:• обработка данных,• выполнениевычислительных задач,• принятие управленческихрешений.Задачи:•прием/выдача сигналов по«унаследованным»бортовым интерфейсам,•преобразованиеунаследованных форматовсообщений в стандартныйформат ARINC 653.Задачи:•построение изображений наоснове данных, полученных отвычислительных задач,• обработка входныхвидеоизображений,•прием/выдача изображенийпо оптическим видеоканалам.Модуль коммутатора FCПредназначен для обеспечениявзаимодействия в сети Fibre ChannelМодуль источника питанияВспомогательный модуль, обеспечивающийвторичное питание модулей с требуемымихарактеристиками25Пример применения шиныPCI ExpressВычисленияАдаптер FCВычисленияАдаптер FCВычисленияАдаптер FCКоммуникацииАдаптер FCГрафикаАдаптер FCМодулькоммутатораКоммутаторPCI-EFC26Спасибо за внимание27ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫРЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИЛекция 8:Каналы с централизованным управлениемКафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.Состав ИУСИнтерфейс оператора-индикаторы-органы управленияРегистраторыБортоваясетьДатчикиВычислителиЭффекторыУправляемая системаВнешняя средаТочка-точка,шина,коммутатор…2Канал с централизованным управлениемОУ1ОУ2ККОУkКанал• Контроллер – управляет обменами в соответствии спредварительно построенным расписанием обменов.• Информация передается в виде сообщений.• Обмен информацией осуществляется путем поочереднойпередачи данных 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 данныхточка-точкаКК-ОУC D D…DОУ-ККCОУ-ОУшироковещательныйКК-ОУОУ-ОУSS D D…DS D D…DC CC D D…DC CS D D…DSТо же, из ГОСТаМеждународная космическая станцияРоссийский сегмент МКСИерархическая организация ИУС РВ МКС1уровень2 уровень3 уровеньПроцессор…ПроцессорИнтерфейсэкипажаИнтерфейсЦУПМагистральный каналMIL-STD 1553BПодсистемаэлектропитанияПодсистематермоконтроляЛокальныйканалЛокальныйканалконтроллерыконтроллеры…ПодсистемарадиолокацииЛокальныйканалЦАП/АЦПТипичные режимы работы ИУС на МКС• 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«Фокусы» с каналомMIL STD-1553B• Ракета-носитель ARIANE 5:обнаружение разделенияступеней(разрыв магистрали)• Транспортный корабль ATV:индикация успешной стыковки(соединение периферийногоканала)EBR-1553 (Enhanced Bit Rate)ОУОУОУКК /hubОУОУОУ• РазвитиеMIL STD-1553B• Новые возможности:– скорость 10 Мбит/с– топология «звезда»,контроллеробъединен с сетевымконцентратором (hub)• Нет обменов ОУ-ОУMIL STD-1760: иерархияMIL STD-1553: главная шинаККОУСистемаОУ/КК управленияхранилищемMIL STD-1553B: шина хранилищаRTУстройствоинтерфейсхранилищаRT/BCХранилище1-го уровняRTХранилище2-го уровня• Расширяет MIL STD-1553Bдля поддержки бортовыххранилищ данных• Определяет стандартныеформаты сообщений дляфункций управленияхранилищами• Акцент на надежности:– резервированная шина– контрольные суммы (CRC)в заголовках сообщений– специальные форматысообщений для контроляцелостности данных– подтверждение получениякритичных управляющихсообщенийSTANAG 3910: топологияУправляющиекоманды инизкоскоростнаяпередача данных(1 Мбит/с)Шина MIL STD-1553ККОУОУВысокоскоростнойканал:оптоволокно,топология «звезда»…ОУПередача данных(20 Мбит/с)STANAG 3910: обмен даннымиКомандное словоMIL STD-1553BККCDКоманда управления HS-каналом(слово данных MIL STD-1553B)CDОтправительПолучательВысокоскоростнойканал (HS)CRRвремя реакцииинтервал междусообщениямиHS-сообщениеШина 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 централизованнымуправлениемCAN с централизованнымуправлениемМатематика…Задача построения расписания выполненияработ в одноприборном устройстве• Шина (канал) с централизованнымуправлением может рассматриваться какодноприборное устройство, обслуживающееисходно заданный набор работ безпрерываний.• Расписание выполнения работ, представляетсобой упорядоченный набор 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 H *определим 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 набор 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 корректностьрасписанияg ( H , x )  0, i  4  Nig• Вектор параметров технологическихограничений x  ( x ...x )1NxПример: технологические ограниченияна расписание передачи сообщений по шинепериодрезервподциклОдна цепочка работ в подциклеРезерв времени в конце подциклаМаксимальная длительность цепочки работМаксимальное отклонение расстояниямежду последовательными работами одногосообщения от периода сообщенияОграничения для схемы с подцикламиg4 - в каждом подцикле может находиться не болееодной цепочки 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 не меньше заданнойдлительности.g8 - число работ в цепочке не должно превышатьзаданного значения.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.Жадный алгоритм построениярасписанияt : самое раннее время, на которое допустимо планировать работы;t монотонно возрастает.Например, EDFАлгоритм:1) t := 02) выбрать, в соответствии с детерминированным критерием CR,работу, которая может быть начата в момент t без нарушенияограничений;нет такой работы  t :=<минимальное значение, для которого такаяработа существует>; перейти к шагу 53) поместить выбранную работу в расписание, с временем начала t4) t := <время завершения выбранной работы>5) учесть технологические ограничения• обновить значение t• обновить директивные интервалы оставшихся работ (начало >= t )6) директивные интервалы некоторых работ короче самих работ внести эти работы в список исключенных7) есть работы, не исключенные и не вошедшие в расписание перейти к шагу 232Недостатки жадного алгоритма• Критерий выбора работ должен быть определензаранее• Для каждого критерия (RM, EDF, …) существуют наборыработ, на которых он дает плохой результат ручной выбор критерия или перебор критериев• Нет «обучения» по результатам неуспешных запусков если алгоритм неуспешен на конкретных данных, онвсегда будет неуспешен на них при том же критерии CRВозможное решение: адаптивный алгоритм сэлементами недетерминизма (например, муравьиный)33САПР циклограмм1.

Характеристики

Список файлов лекций