6 X2 (цикл состояния 1)

8

Работа:=true

RG2:=RG2 & #11110000

остановить привод

12

Ждать 0.05с

Ждать 0.1с

2

7

Авария

3

8

нет

Cостояние 2

х1

13

х1=х2

нет

15

Работа?

да

16

RG1&#00000001

х1

5

а)

б)

Поток «Пуск-стоп» содержит один синхроквант, перезапускаемый через

0.1 секунды и может обнаруживать ава- рийное состояние, когда активны обе кнопки «Пуск» и «Стоп». При этом бу- дет запущен поток «Авария». Управле- ние будет передано диспетчеру и поток

«Пуск-стоп» будет остановлен.

Рис. 1. 30

Это тупиковое состояние и в потоке «Ава- рия» кроме отключения двигателя, экс- тренного 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 10^-5 дляквантасостояния0 до 2*10^-4 дляквантасостояний1 и 3. Максимальная загрузкапро- цессора будет наблюдаться, когда поток «Пуск-стоп» отслеживает состояние 1 или 3 и соста- вит k=3*10^-4. Так что процессор с огромным запасом справится с программой управления.

Как видите, здесь мы явно обнаруживаем аварийные состояния и можем предусмот- реть адекватную реакцию на них в потоке «Авария». При многопоточном программировании можно предусмотреть специальный поток, назовем его «Не_доехал», который будет запус- каться из состояния останова, ждать время, достаточное, чтобы каретка доехала до крайнего положения и проверять, доехалали она. Это он сможет делать, запрашивая состояние у пото- ка «Вправо-влево», или по состоянию конечных выключателей. Если каретка не доехала во- время, ситуация также будет обнаружена.

Более того, при многопоточном программировании можно обнаружить зависания про- граммного обеспечения. Делается это так. Внешнее устройство, которое называют стороже-

вой таймер (watchdog), через определенные интервалы времени пытается сбросить микрокон- троллер и заставить его перезапустить программное обеспечение. В свою очередь, один из потоков управляющей программы через меньший интервал времени сбрасывает это устрой- ство и не дает ему сработать. Таким образом, если управляющая программа зависла и не за- пускает 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. Можно еще более разгрузить микроконтроллер, если поток «Вправо-влево» запускать и останавли- вать из потока «Пуск-стоп». В этом случае они будут соотносится как основной или роди- тельский и дочерний процессы. Здесь следует предусмотреть средства, позволяющие избе- жать одновременного запуска нескольких дочерних процессов, если это недопустимо по ло- гике работы. Делают это с помощью вспомогательных переменных, называемых семафора- ми, если допустимо запускать только один дочерний процесс или мутексами, если несколь- ко. При каждом выполнении условий запуска, прежде чем запустить поток, проверяют свя- занный с ним семафор или мутекс и, если он допускает запуск, производят его, устанавливая семафор или увеличивая на единицу мутекс. При снятии потока, выключают семафор или декрементируют мутекс.

Рассмотрим теперь управление потоками с использованием внешних событий. Основ- ная идея здесь очень проста: не будем периодически опрашивать сигналы ДК, пусть они са- ми нам скажут о том, что они изменились и только тогда контроллер будет менять управ- ляющие воздействия. Пока не будем обсуждать детально обсуждать вопрос о способе обна- ружения внешних событий. Если вы программируете под управлением диспетчера задач или ядра реального времени, то у вас будет возможность объявить системные события и привя- зать к ним вызываемые ими задачи. В главе 4 и в лабораторных работах мы будем изучать простой диспетчер задач и конкретные способы запуска синхро, интер и экстраквантов.

На рисунке 1.31 показан один из вариантов построения программного обеспечения.

Поток "Пуск-стоп" 1

x3+x4, 1

Поток "Вправо" 1

x1*х2*Работа, 2

Поток "Влево" 1

x2*х1, 2

² х3

RG1&#00000100

2

RG2:=RG2 & #11110000

остановить привод

3

2

RG2:=RG2 & #11110000

остановить привод

3

3 ^х3 5

Ждать 0.2с, 2

Ждать 0.2с, 2

Работа:=true

4

Stop

Работа:=false

Рис. 1.31

4

RG2:=RG2 or #00000011

движение вправо

5

Stop

4

RG2:=RG2 or #00000101

движение вправо

5

Stop

Здесь в начале каждого изпотоков стоит системныйоператор егозапуска, включающий инициирующее событие и приоритет, в операторах Ждать после времени ожидания также ука- зан 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 из конечных выключателей, а это будет происходить в среднем два раза в минуту, исходя из оговоренной ранее скорости сканирования. Таким образом, коэффициент загрузки процессо- ра в случае аппаратной инициализации кванта управления составит уже:

_{k }2 10^5

30

0, 6 *10^6 ,

т.е. гораздо меньше, чем при программной инициализации процесса управления.

Видно, что использование аппаратной инициализации существенно облегчает нагруз- ку на микропроцессор. В серийно выпускаемых микроконтроллерах специально предусмат- ривают для этих целей группу входов ДК с аппаратной инициализацией, вызывающих пре- рывание основной программы при изменении состояния входа и запуск подпрограммы его обслуживания. Мы еще неоднократно будем сталкиваться с программной и аппаратной ини- циализацией процессов и операций контроля, как дискретного, так и аналогового.

Как уже указывалось выше, широкое использование механизмов прерываний снижает предсказуемость поведения и усложняет отладку программного обеспечения. Для сохранения полезных свойств аппаратной инициализации и обеспечения большего порядка в перезапуске процессов и введено было ранее понятие интеркванта, кванта, инициализируемого внешним по отношению к программному обеспечению событием. Но при этом он не запускается сразу, как при использовании механизма прерываний, а только ставится на очередь к диспетчеру процессов в соответствии с предписанным приоритетом и временем инициализации.

***

Графическая иллюстрация введенных нами понятий об организации пользовательского программного обеспечения САУ приведено на рис. 1.32.

Коротко связь введенных нами понятий об организации программного обеспечения

можно сформулировать так.

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Функция описываетне конкретные

ФУНКЦИЯ "1"

ПРОЦЕСС "B"

ПРОЦЕСС "A"

критерий начала

КВАНТ

от других потоков, процессов

синхроквант

действия, а их цель, вне зависимости от спо- соба реализации. Существует три класса функций управления технологическим обо- рудованием.

Основная целевая функция или функ- ции определяет цели технологического про- цесса, например, откачка, обезгаживание

локальное

потоки

системное

Событие Действие Событие Действие

Событие Действие

Событие Действие

интерквант экстраквант

ДК АК ДУ АУ

к другим потокам,

процессам

оболочки и арматуры и активировка катода

кинескопа. Или диффузионная сварка загото- вок. Для более точного определения функция требует числовых параметров, например, до- пустимое натекание через сварной шов или остаточное давление в кинескопе, ток элек- тронного луча и т.п.

Функция «1» включает в себя и требует для своей реализации проведениярядапро- цессов «А», «В» и т.д. Каждый процесс состо- ит из ряда потоков, объединенной общей фи- зической природой. Например, процессы от- качки и обезгаживания тесно связаны между

физически защищенная память

ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММНОГО

И АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Рис. 1.32.

собой, поскольку вместе формируют давление в оболочке кинескопа и имеют общие управ- ляющие управляемые и контролируемые пе- ременные. С точки зрения программиста по- токи объединяются в процесс общей памятью. Объединение ряда потоков в один процесс с одной стороны упрощает обмен информации

между ними, поскольку они могут иметь доступ к общим глобальным переменным. С другой, усложняется процесс компиляции и отладки программного обеспечения, поскольку транслиро- ваться потоки должны с одинаковыми объявлениями глобальных переменных. Усложняется и переносимость 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 син- хрокванты, перезапускаемые через заданные интервалы времени и интеркванты, запускаемые внешними системнымисобытиями. Кванты перезапускаются диспетчеромзадач, входящим в состав программного обеспечения, в порядке очереди в соответствии с предписанными им условиями запуска. Особую группу могут составлять экстракванты, запускаемые диспетче- ром задач вне очереди.

Загрузка процессора существенно зависит от способа запуска квантов

Вопросы к экзамену.

1. Последовательный процесс – основная структурная единица программного обеспе- чения САУ. Основные понятия и определения.

2. Преимущества описания работы технологической машины совокупностью взаимо- действующих потоков.

3. Способы запуска квантов и загрузка процессора. Примеры.

4. Способы взаимодействия процессов и потоков. Примеры.

5. Вариантность описания работы технологических объектов взаимодействующими потоками. Примеры.