Регистрация / Вход
Прислать материал

Особенности комплексирования периферийных устройств к цифровой системе управления

Сведения об участнике
ФИО
Ле Ба Чунг
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Особенности комплексирования периферийных устройств к цифровой системе управления
Резюме
В статье рассмотрен вопрос рациональной организации операций ввода – вывода для высокодинамичной цифровой системы управления (ЦСУ). Требуемая динамика ЦСУ достигнута за счёт вынесения операций ввода – вывода в отдельный, аппаратный узел – активную периферийную подсистему. Разработанная модель согласованной информационной среды для ЦСУ позволяет точнее оценивать длительности всех фаз цикла регулирования, и упрощает логику взаимодействия частей программного обеспечения цикла управления.
Ключевые слова
Высокодинамичная система управления, активная периферийная подсистема, модель согласованной информационной среды, периферийные устройства.
Цели и задачи
Целью работы является разработка некоторой модернизации архитектуры микропроцессора, адаптированной для работы в цифровой системе управления. Основное внимание в работе будет уделено возможности построения подсистемы ввода – вывода микропроцессора как единого типового узла центрального вычислителя цифровой системы управления.
Введение

Современные цифровые системы управления представляют собой иерархические информационные структуры, элементами которых являются: вычислители, слабозависимые составные части объекта управления, датчики, исполнительные устройства, и совокупность информационных связей узлов – сеть.

Программное управление интерфейсами ввода – вывода не рационально, т.к с помощью программно управляемых ядер сложно анализировать и синтезировать временные интервалы, а работа с интерфейсами как раз происходит во временной области. Поэтому, перенос функции управления интерфейсами в отдельную аппаратуру позволит решить задачу быстрого управления периферийными устройствами.

Методы и материалы

События в цифровой системе управления носят упорядоченный, циклический характер. Поэтому, целесообразно рассмотреть возможность перехода от асинхронной модели организации вычислений к частично синхронной. Синхронный характер можно придать функции периодического ввода и вывода параметров между памятью вычислителя и периферийными устройствами. Функции ввода и вывода данных можно перенести на отдельный узел, который будет формировать измеряемые параметры как вектор состояния объекта и передавать этот вектор в память вычислителя, и также получать вектор управления от вычислителя и раздавать его компоненты исполнительным устройствам.

Неизменный набор переменных ввода – вывода и цикличность работы системы управления позволяют перейти от одиночных операций ввода – вывода на групповые, циклические. Аппаратная реализация операций ввода – вывода в циклических автоматах позволяет реализовать функцию синхронной, одновременной фиксации состояния всех датчиков в текущем цикле регулирования – получение «мгновенного снимка» состояния объекта управления.Стабильность фазовых задержек в такой реализации позволяет передать состояние объекта управления в расчётную подсистему с минимальными временными искажениями.

Описание и обсуждение результатов

На основе проведенного анализа, разработана модель согласованной информационной среды для цифровых систем управления (ЦСУ). Согласно этой модели, функция управления периферийными устройствами выносится в отдельный аппаратный узел – активную периферийную подсистему. Вычислитель освобождается от непрофильной для него задачи программного управления периферийными устройствами, и теперь занимается только расчетом управляющих воздействий и связью с узлом управления верхнего уровня. Все узлы системы управления работают по фиксированному, заранее сформированному расписанию. Отсутствие асинхронности во взаимодействии с периферийными устройствами позволяет упростить адресацию абонентов и исключить конфликты в коммуникационной среде цифровой системы управления. Вынесение операций ввода – вывода в отдельный, автономно работающий узел, позволяет ускорить все фазы цикла регулирования и исключить взаимовлияние между ними.

В предлагаемой модели согласованной информационной среды для ЦСУ, общее быстродействие системы достигнуто за счёт выделения в отдельные аппаратные подсистемы и раздельной обработки фаз: ввода, расчета и вывода. Организация ввода – вывода данных простыми, циклическими операциями, в бесконфликтном режиме, позволяет максимально увеличить скорость выполнения каждой из этих фаз.

Модель согласованной организации вычислений для ЦСУ позволяет точнее оценивать длительности фаз цикла регулирования, так, как все фазы, кроме расчётной реализованы аппаратно. В расчётной же фазе, элементы асинхронной модели организации вычислений минимизированы, благодаря отсутствию фоновых, программно-управляемых операций ввода-вывода. Также, упрощается логика взаимодействия частей программного обеспечения цикла управления, что должно облегчить процессы разработки и отладки системы управления.

Используемые источники
1. Суворов Д. Н. Структура и устройство микропроцессорных систем управления: учеб. для вузов. – М.: МАДИ, 1998. – С. 23 – 86.
2. Павлов В. А. Интерфейсы периферийных устройств: учеб. для вузов. – Саров: СарФТИ, 2010. – С. 78 – 98.
3. Чан Ван Хань. Исследование и разработка перспективных методов оптимизации бортовых распределенных систем управления реального времени // Международный научно – исследовательский журнал. – 2014. – №9(28). – С.56 – 59.
4. Ле Ба Чунг. Способ подключения периферийных устройств к системе управления через интерфейс USB 2.0 // Сборник «Интеллектуальные системы. Научные труды одиннадцатого международного симпозиума». – М.: РУДН, 2014. – С.118 – 122.
5. Холопов Ю.А., Преображенский Н.Б. Циклическое цифровое управление // Международный Научный Институт "Educatio". Ежемесячный научный журнал. Часть 3. Технические науки. – 2014. – №7 – С.39 – 41.
Information about the project
Surname Name
Le Ba Chung
Project title
Features of integration of peripheral devices to a digital control system
Summary of the project
The article discusses question of the rational organization of input – output operations for high dynamic digital control system (DCS). The required dynamic DCS is achieved through the removal of input – output operations into a separate hardware node – an active peripheral subsystem. The developed consistent information environment model for DCS allows more precise valuation of all the phase durations of the control cycle, and simplifies the logic of interaction between parts of the software management cycle.
Keywords
high dynamic control system, active peripheral subsystem, model of consistent information environment, peripherals.