1.3.2.7 Устройства сопряжения с объектом (усо) управляющих эвм
Устройства сопряжения с объектом (УСО), которые также называют модулями ввода-вывода, выполняют функции адаптера датчиков и исполнительных устройств. Они имеют специальные аппаратные каскады сопряжения с оконечными устройствами и поддерживают алгоритмы управления ими. УСО могут выполнять функции первичной обработки данных с датчиков: фильтрацию, усреднение и накопление. УСО являются подчиненными по отношению к логическим контроллерам и самостоятельно не реализуют каких-либо алгоритмов контроля объекта управления. По способу взаимодействия с логическим контроллером УСО делятся на:
Локальные, конструктивно совмещенные с логическим контроллером.
Удаленные, или сетевые, взаимодействующие с логическим контроллером по сетевому каналу, конструктивно независимые от логических контроллеров.
В отличие от УВВ УСО работает с реальным объектом в условиях помех, высоких напряжений и больших токов (например, управление двигателем переменного тока). Как правило, это устройство гальванически развязано с объектом управления. В качестве УСО могут выступать дискретные (битовые) входы и выходы, аналоговые входы и выходы и т.п. Без гальванической развязки управляющий вычислительный комплекс будет постоянно сбоить из-за помех или сгорит при появлении повышенного напряжения на входе УСО.
Устройство сопряжения с объектом является водоразделом, отделяющим «тепличный» мир вычислительного устройства от достаточно агрессивной окружающей среды. УСО должно не только сопрягать различные уровни сигналов, например 24В, необходимые для включения реле, и 5В (TTL-уровень) на выходе битового порта ввода-вывода микроконтроллера, но и не пропускать высокие напряжения во внутренние цепи контроллера.
В некоторых системах (например, в медицинских) главным является сохранение объекта управления, так как от этого напрямую зависит жизнь человека. Такие системы тестируются на степень защиты человека от электрической травмы из-за некорректной работы УСО.
Способы обмена информацией между устройствами вычислительной системы
В данной главе рассматривается обмен между ядром вычислительной системы и элементами системы ввода-вывода. Обмен производится с точки зрения программы, выполняющейся на центральных процессорах, которая взаимодействует с блоками СВВ через порты ввода вывода.
Все многообразие способов такого обмена можно разделить на несколько видов:
Программно управляемые:
Синхронный.
Асинхронный с программной проверкой готовности (программный полинг, «по опросу»).
Асинхронный с аппаратной проверкой готовности (обмен по прерыванию).
В режиме прямого доступа (без участия центральных процессоров).
Синхронный обмен данными
Синхронный обмен данными предполагает отсутствие ситуации неготовности обменивающихся сторон. Например, при чтении данных из порта предполагается, что устройство всегда готово передать их читающей стороне. При записи в порт, наоборот, устройство всегда готово принять данные.
При синхронном обмене им полностью управляет программа, а элемент СВВ, с которым происходит взаимодействие, никак не может повлиять на ход обмена. Т.е., даже если устройство работает с задержками, то эти задержки учитывает программа, которая с ним взаимодействует, но само устройство не имеет никакой возможности сообщить программе о своей готовности или неготовности.
Основные достоинства:
Потенциально, синхронный обмен – самый быстрый из всех рассматриваемых в данном разделе.
Синхронный обмен требует минимум аппаратного обеспечения.
Основной минус: синхронный обмен сложно (или вообще невозможно) организовать с асинхронными устройствами (т.е. с устройствами, имеющими разное время выполнения операций и/или множество производимых операций с сильно различающимися временами выполнения).