Об описании задач реального времени при реализации систем управления технологическими процессами

Для каждой задачи в автоматизированной системе имеется описатель задачи, представляющий собой поле оперативной памяти. Ячейки, помеченные буквой с (статические), заполняются при генерации системы и затем не изменяются. Ячейки, помеченные буквой д (динамические), заполняются при генерации, но потом изменяются при работе системы. Описатель задачи, которой передается управление, переписывается в специально выделенную для этой цели область памяти в нулевой странице. Метки, указанные между словом и признаком, означают символьные адреса ячеек в этой области. В ДОСРВ промышленных компьютеров могут выполняться задачи пользователя систем управления технологическими процессами четырех типов.

Задачи реального времени, резидентные в оперативной памяти-это высокоприоритетные задачи с быстрой реакцией на изменившиеся условия реального времени. Задачи автоматизированных систем этого типа могут управлять диск-резидентными задачами реального времени.

Задачи реального времени, резидентные в ОЗУ, не должны использовать операции ввода-вывода, написанные на ФОРТРАНе, поскольку вспомогательные программы преобразования очень велики, и не должны использовать большие служебные подпрограммы.

Д и с к-p е з и де н т н ы е задачи реального времени в абсолютном формате располагаются на диске и перед выполнением передаются в зарезервированную (во время генерации) область памяти (одну для
всех программ). Только одна задача систем автоматизации этого типа может находиться в памяти
в данный момент. Диск-резидентные задачи обладают более низкой скорости реакции по сравнению с ОЗУ программируемых логических контроллеров (ПЛК) - резидентными.

При наличии признака SWAPPING выполнение задачи автоматизированных систем можно приостановить, если необходимо выполнить задачу этого же типа, но более высокого
приоритета. Выполнявшаяся задача выводится при этом из оперативной памяти на диск (исключение составляют задачи, ожидающие завершения ввода-вывода), если буфер задан не в общей области, а на ее месте записывается высокоприоритетная задача. Рекомендуемый приоритет для задач этого типа 50—74.

Фоновые задачи, резидентные в памяти, аналогичны задачам реального времени, резидентным в памяти. Для них рекомендуются такие же приоритеты. Но фоновые задачи располагаются в начале фоновой области и используют общую область с фоновыми диск-резидентными задачами. Это могут быть задачи управления производством, находящиеся в режиме опытной эксплуатации.

Фоновые диск-резидентные задачи в отличии от диск-резидентных задач реального времени не могут быть заменены в памяти коприоритетной задачей этого же типа. Они находятся в памяти до конца выполнения или до тех пор, пока не будут удалены с признаком аварийного завершения; фоновые диск-резидентные задачи могут быть сегментированы.

К фоновым диск-резидентным задачам относятся следующие, поставляемые пользователю систем управления технологическими процессами:

Транслятор с мнемокода ДОС/ДОСРВ — считывает исходные программы, написанные на мнемокоде, и выдает перемещаемые двоичные программы на дорожки загрузки-выполнения диска и (или) на бумажную ленту. Обычно требуется только один просмотр исходной ленты.

Транслятор с ФОРТРАНа ДОС/ДОСРВ — транслирует исходные программы, написанные на ФОРТРАНе, обеспечивает дополнительные операторы для работы в реальном времени. Вывод тот же, что и в трансляторе с мнемокода.

Транслятор с ФОРТРАН IV ДОС/ДОСРВ — транслирует исходные программы, написанные на ФОРТРАН IV, использующие арифметические операции удвоенной точности.

Транслятор с АЛГОЛа ДОС/ДОСРВ — транслирует программы, написанные на АЛГОЛе.

Редактор символьной информации — редактирует, создает, печатает ис­ходные программы, и с бумажной ленты или дискового файла.

Перемещающий загрузчик ДОСРВ — обеспечивает загрузку программ пользователя во время работы системы. Программы могут быть проверены и отлажены в фоновой области и по желанию переведены в область диск- резидентных программ реального времени.

Система управления файлами ДОСРВ (СУФ) — создает дополнительные возможности для эффективной работы с данными, организованными в виде файлов на диске и других стандартных устройствах ввода-вывода АСВТ-М.

ДОСРВ может быть сгенерирована для любой логически правильной конфигурации УВК на базе процессора с подключением периферийных устройств через программный канал, канал прямого доступа в память, через разветвители сопряжений.       Минимальное оборудование, необходимое для работы ДОСРВ: процессор А131-3 с расширителем арифметическим (РА) или процессор А131-7 промышленных компьютеров; оперативное запоминающее устройство емкостью не менее 16 К; таймер (А129-1); пульт оператора системы, в качестве кото­рого может использоваться устройство ввода-вывода (А131-5) или любая комбинация агрегатных модулей, выполняющих аналогичные функции, например устройство печати с клавиатурой (А531-3), устройство ввода с перфоленты (А411-4), устройство вывода на перфоленту (А421-2). Все системные программы, системные таблицы и драйверы устройств ввода-вывода во время работы сис­темы находятся в оперативной памяти.

Задачи пользователя систем автоматизации могут находиться в оперативной памяти или храниться на диске (барабане), откуда будут считываться в оперативную память по мере обращения к ним.

При работе системы имеется возможность дозагрузки, выгрузки и пере­мещения программ. Динамическое распределение ОЗУ автоматизированных систем осуществляется супервизором ДОСРВ только для буферов вывода и областей запоминания информации при работе с параллельно используемыми библиотеками. Число задач ограничивается только емкостью ОЗУ.

Задачи могут вызываться на выполнение периодически (с заданными пе­риодом и фазой, которые можно динамически изменять), а также по запросам от других задач систем управления технологическими процессами, по требованиям оператора системы и по прерываниям от инициативных периферийных устройств.

Управление выполнением задач производится в соответствии с их приоритетами, задача старшего приоритета прерывает выполнение задачи младшего приоритета, а время ожидания (окончание операции ввода, истечение задан­ного интервала, освобождение памяти для буфера, команды оператора и т. п.) используются для решения других задач.

Буферирование ввода отсутствует, т. е. невозможно совмещать во време­ни выполнение задачи с вводом данных для нее. Выдав запрос на ввод, задача переходит в состояние ожидания окончания ввода.

Буферирование вывода обеспечивается по требованию систем автоматизации. При этом задача, выдав в буфер информацию, подлежащую выводу, продолжает выполнение параллельно с выводом.

Любой драйвер периферийного устройства, кроме драйвера УПчП программируемых логических контроллеров (ПЛК), может отслеживать несколько однотипных периферийных устройств. Для каж­дого из периферийных устройств имеется элемент таблицы оборудования, в котором хранится постоянная информация об этом устройстве и переменная информация о ходе выполнения операции ввода-вывода (рабочие ячейки).

Все программы супервизора работают при закрытых прерываниях. В общем случае максимальное время закрытия прерываний в системе состав­ляет 6 мс. Если же в систему включается драйвер УПчП на базе устройства А522-1, максимальное время закрытия прерываний возрастает до 38 мс. В этом случае следует включать в систему только старт-стопные периферийные устройства, не допускающие задержки свыше 6 или 38 мс. Кроме того, су­ществует возможность включения в УВК периферийных устройств, обслужи­вание которых не осуществляется супервизором ДОСРВ (обращение к этим устройствам и реакцию на прерывания от них должны осуществлять програм­мы пользователя, работающие на уровне программ супервизора).

Для обслуживания программ пользователя разработаны библиотечные программы трех типов:

• параллельно используемые (логика построения которых обеспечивает возможность повторного вхождения до завершения предыдущего выполне­ния);
• привилегированные (работающие при закрытых прерываниях);
• служебные (каждая из которых может использоваться только одной задачей).

В ДОСРВ на базе процессора А131-7 обеспечивается возможность защиты программ. Дискретность прерываний таймера, равная 10 или 100 мс, задается при генерации системы и не изменяется во время работы.

Модули первого типа программируют на макроязыке и поставляют поль­зователям в виде библиотек макроопределений. Модули второго типа програм­мируют на языке ассемблера, ФОРТРАНе или АЛГОЛе и транслируют в перемещаемый двоичный формат.

Основным пакетом АСПО является набор модулей для создания различ­ных по своим характеристикам операционных систем: однозадачных одно­процессорных бездисковых; однозадачных однопроцессорных дисковых; многозадачных однопроцессорных бездисковых; многозадачных однопро­цессорных дисковых; многозадачных двухпроцессорных бездисковых; много­задачных двухпроцессорных дисковых.            .

Модули, из которых компонуют операционные системы, на следующие группы:

• модули для компоновки ядра операционной (программы обработки прерываний, программы синxpoнизации событий, диспетчеры задач); модули для компоновки супервизора (программы входа в супервизор по вызову от задач программы обработки конкретных макроопераций вызова супервизора);
• модули для компоновки подсистемы ввода-вывода (диспетчеры ввода-вывода и драйверы конкретных устройств); программы службы времени и системе; программы связи с оператором системы;
• программы обнаружения аварийных ситуаций, реконфигурации и восстановления системы при сбоях и отказах и работе оборудования систем управления технологическими процессами.

К основным операциям, которые выполняются и любой на генерируемых операционных систем, относятся операции ввода-вывода и синхронизации событий. При необходимости к ним при компоновке операционной системы добавляются в любом сочетании следующие операции: завершения выполнения задачи;

• приостановки выполнения задачи (за какой-то промежуток времени или до свершения событий);
• загрузки и выполнения сегментов задачи;
• запуска одной задачи с помощью другой для разового выполнения в указанное время дня или многократного выполнения через указанный период (в многозадачных системах):
• организации контрольных точек и автоматического или неавтоматиче­ского перезапуска задачи систем управления технологическими процессами с контрольной точки при сбоях в работе обору­дования;
• получения времени дня и даты;
• распределения пространства на дисках (в дисковых системах).

В ОС АСПО предусмотрена реакция на следующие типы пре­рываний: по вводу-выводу; по специальной команде вызова супервизора; от схем контроля. Возможны следующие ситуации:

• выполняемая задача имеет более высокий приоритет и не может быть заменена другой;
• выполняемая задача должна быть заменена другой; никакая задача не выполнялась, и следует начать выполнение некоторой задачи;
• нет задачи, которая должна выполняться.

Выбор задачи на выполнение зависит от типа ОС АСПО программируемых логических контроллеров (ПЛК) автоматизированных систем.

В однозадачных системах диспетчер анализирует единственную задачу на предмет готовности к выполнению (задача может ожидать какого-либо события). В многозадачных однопроцессорных системах задачи должны быть упорядочены по приоритету — диспетчер выбирает задачу, готовую к выполнению и имеющую старший приоритет. В мультипроцессорных системах пре­дусмотрены две возможные стратегии.

В обоих случаях выбираются две старшие по приоритету задачи, однако во втором случае они должны быть из разных разделов памяти. В первом случае достигается максимальная реактивность системы переключений задача; во втором — максимальная производительность (если задачи распо­лагаются в разных модулях ОЗУ программируемых логических контроллеров (ПЛК)).