автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Структурная организация интеллектуальных открытых информационно-измерительных систем повышенного быстродействия

КМВСЬКИЙ П0ЛГГЁХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах руиопйеу Р Г Б О Л УДК 621.317:681.518

Шлло Володимнр Миколайович

СТРУКТУРНА ОРГАН13АЦШ 1НТЕЛЕКТУАЛБНИХ В1ДКРИТИХ 1НФОРМАЦ1ЙНО-ВИМ1РЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ П1ДВИЩЕН01 ШВИДКОД11

Спецтльтсть 05.11.16 - (нформацШно-вимфювалыи системи (в itayyi та промисловосп)

АВТОРЕФЕРАТ дпсертацц па здобуття наукового ступени кандидата техтчних наук

Khîb - 1994

Роботою е рукопис

Роботу виконано на кафедр! автоматизацц експерименталышх досДджень Кшвського полггехшчного шституту

Науковий кершннк - доктор техшчних наук, професор Туа Ю. М.

ОфщШш опоненгти - доктор техшчних наук, професор Кадук Б. Г. кандидат техшчних наук Зеленевськнй В. С. Ведуча оргатзацш - ВО ¡м. С. П. Корольова

Захист вщбудеться "2о • 1995р.

о_[£_ год. * хв. в ауд. 301, корп. 18, на аасаданш спец1алшованоТ ради К068.14.14 при Кювському пол1техшчному шституп аа адресою: 252056, м. Кшв-56, пр. Перемоги, 37, корпус 18

В1дгук на автореферат у двох прим^рниках, як! зав1рюються печаткою, просимо надсилати за вказаною адресою на ¡м я вченого секретаря спецшлЬоваж» Ради

3 дисертац^ею можна оанабомитися в б!блютец1 шституту.

Автореферат розкланий

Вчений секретар спецшлЬовано! Ради, кандидат техшчних наук, доцент -

Летвис В. В.

1. АН0ТАЦ1Я

В дисертацшн1й роботе розгпянуп загальж та спец1альн1 питания ¡нтелектуалтцн викфювань у вщкритих ¡нформац1йно-вим1рювальних системах (1ВС) та побудови системного та прикладного програмного забезпечення ¡нтелектуальних вимрв у вщкритих 1ВС тдвищено! швидкодн.

1.1 Метароботи

МЕТОЮ дисертацмноТ робота е пщвищення швидкосл вим|рювань у вщкритих 1ВС та скорочення часу на модержзащю 1ВС для виконання нових вим1рювальних задач шляхом розробки алгоритме I структур профамних засоб1в, яю використовують приладно-ор1ентовану базу знань.

1.2 Для досягнення поставлено! мети у дисертацмшй робот! поставлено таи ЗАДАЧ) Д0СЛ|ДЖЕННЯ:

1. Порщняльний анал1з \ класиф!кац1я ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС стосовно 1х ¡нтерфейав, ¡нструментальних мов опису вим]рювальних процедур та програмного забезпечення (ПЗ) з метою обгрунтування шдходу до ¡нтелектуалюацм вимфювань у них, яка дозволила б пщвищити швидмсть вим1рювань ¡нтегрованих до складу системи прилад1в при одночасному скороченн1 часу, необхщного для перебудови системи для виконання нових вим!рювальних задач.

2. Розробка процедури ¡нтелектуал1зацп вим1рювань у вщкритих 1ВС, що вщрю-няеться використанням ужверсальноТ мови профамування вах приладщ системи та застосуванням стандартизованих засоб1в опису II' ресурав у вигляд1 вщкритого драйверу, що являе собою приладно-ор1ентовану базу знань.

3. Розробка структурно-функц'юнально! оргашзаци профамних засоб!в, яю реаш-зують запропоновану процедуру ¡нтелеюуал1зацГ( та використовують наявн1 апаратн! засоби системи у витяд1 ¡нтелектуальних приладш.

4. Створення !нженерно1 методики проектування профамного забезпечення ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС, призначених для реашзацй функц!й автоматизованого повфювання робочих засоб1в вим1рювання.

1.3 На захист виносяться таю ОСНОВН1 ПОЛОЖЕНИЯ:

1 .Узагальнений пищ да ¡нтелектуал1зацГ( вим1рювань у вщкритих (ВС.

2. Процедура ¡нтелектуашзац1вим1рювань у вщкритмх 1ВС на основ! запропоно-ваних алгоритма: попередньо! генерацП запежних в'щ припаду керуючих код^в, автоматичного синтезу контекстних постановок, ресурсно-ор!ентованого автоконфгуру-вання систем з В1ртуальних приладш.

3. Структурно-фушщональна оргашзацт профамних засоб1в: бази вим|'рюваль-них знань у форм1 вщкритого приладного драйверу, ¡нтелектуального пакету приклад-них програм для 1ВС I його пдаистем: лЫгвютичного процосора ¡кструментальноТ мови високого р1вня та конструктора вщкритих драйвера вим1рювальних приладш;

4.1нженерна методика проектування профамного забезпачення ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС, призначених для реап1зацП функц1й автоматизованого пов1рювання

. робочих засоб1в вимфювання, яка використовуе при моделюванн1 архгтектури системы та керуванн!' пов|'рюваними, зразковими та доломЬкними засобами вим!рювання . вщкрит) драйвери.

2, ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦ1ЙНО'|' РОБОТИ

2.1 Актуальность роботи.

Необх)дн1'сть прискорити розробку та впровадження нових ¡нформац!йних техно-лопй за рахунок розподту i подальшого ¡нтегрування зусиль багатьох розробниюв та промисловцщ призвела до розвитку Ыформац1йно-вим1рювальних систем у напрямку ïx вщкритосп'. Концепц|'я вщкритих систем вщбивае сучасний науково-техш'чний та техно-лопчний р|'вень вим^рювально/ технжи, а вщповщш IBC складають стандартну базу для побудови ¡нтегровано!' системи розробка/виробництво-контроль/експлуатацт, сумюно! з стандартами мжнародних оргажв сертифкаци. Комп'ютеризацЫ вим1рювань призвела до того, що сучаа-ii засоби вим1рювань отримали можливгсть цщеспрямованога

можна трактувати як ïx 1нтелектуал1зацпо, яка е hhhî одним з основних напрямюв розвитку сучасних вимфювальних приладщ та систем. Сьогодн! у щи обласгп дослдажень найбтьш BiflOMi прац) таких укра'1'нських та роайських вчених, як В. Н. 1ванов, П. П. Орнатський, Г. С. Поспелов, С. В. Прокопчина, Ю. М. Туз, Е. I. Цветков, а ■ також заруб1жних дослдниюв - Д. Хофмана, А. Вейцмана та ¡нших. Серед практичних результате найважливш були отриман! специалистами таких ф'/рм, як Hewlett-Packard, National Instruments, Bruel&Kjaer.

Але до цього часу не були пророблен1 теоретичии та практичн1 аспекти, що стосу-ються використання ¡нтелектуального ш'дходу для пщвищення швидкост вим1рювань у вщкритих IBC. Важливе мюце, яке посщае профамне забезпечення у вщкритих системах, визначае AKTYÂJlbHiCTb розробки програмних засоб1в, як! дозволили б ¡нтефу-вати до складу таких систем вим1рювальш припади р1зних поколЫь та виробниюв, досягти при цьому максимально швидкого обмту ¡нформац1ею в систем! i водночас . скоротити варт1сть модифжацм IBC до нових вим1рювальних задач . Це являе собою складну науково-техшчну проблему, що утворилася на меж'1 вим1рювально'( та обчислю-вально'1'техн|'ки та вимагае побудови пакет|в прикладних профам, яю дозволяли б ¡нже-неру-вим1рювачу вир1шувати вимровальш задач1 по ïx опису та вх1дним даним без прямого профамування процесу виркиення цих задач, конф!гуруючи IBC зпдно з умо-вами завдання. Жоден з проект!в такого напрямку не був noBHicno впроваджений у виробництво, а наявн! пакети мають ряд особливостей, таких, як ор1ентован1сть на апаратну та профамну пщтримку Tieï ж ф1рми, розмадення ïx найбтьш важливих складових частин у ПЗУ, прихован1 мехашзми профамування приладв на репстро-вому piBHi, що сутгево утруднюе ïx використання у наии'й KpaïHi. Внаслщок складносп' та

ч

р13номан1тност) проблем, що з'являються при цьому, загальна теор!я побудови таких програмних засоб1в -пльки починае формуватися, але ÏÏ розвиток стримуеться тим, що

структурно-алгоритмчна конструкция сучасних комерцмних програм складае ноу-хау ф|рми-власника i тому не розголошуеться.

2.2 Методи дослщження

Пщ час виршення поставлених у po6oTi теоретичних i практичних задач викорйс-тано алгоритми та методи загально! теорп ¡нформацмно-вим'фювальних систем, об'ектово-ор1ентованого проектування складних систем, автоматизацИ розробки програмного забезпечення, ипучного ¡нтепекту, комп'ютерно! п1нгв1стики та теорм множин. Експериментальж достндження проводилися на сучасному вим|'рювальному обпаднанн1, включаючи припади в стандар-ri VXI(HP-75000, Hewlett-Packard) та IEEE 488.2 (National Instalments, Rohde & Scwarz), по розробленим профамам на алго-ритм1чних мовах С++, HP BASIC/QBASIC, SCPI, ITQ. Обробка результате моделюван-ня та експерименту проводилася з використанням метод1в математично)' статистики.

2.3 Наукова новизна.

1. Теоретично та экспериментально обгрунтований пщхщ до ¡нтепектуап'1зацп

драйверу вим!рювального припаду, який мютить сигнально-оргёнтовану модель, вщтво-рюючу функцюнальж можливосп' приладу, та вщповщаючий м1жнародним стандартам опис його техн|'чних та метролопчних властивостей. Вщр1зняеться застосуванням об'ектового принципу побудови та ун1версально1 мови профамування вим1рювальних процедур, що дозволяв ¡нтвфувати до складу системи засоби вим1рювально)'техники, гпдтримуюч! будь-який стандартний м'|жприладний ¡нтерфейс, та дае можливосл для реал1зацм автоматичного синтезу вим1рювальних систем пщ прикладн! завдання.

2. Розробпена процедура ¡нтепектуал1зацГ1' вим1рювань у вщкритих IBC, що дозволяв пщвищити ¡нтерактивну швидю'сть прилад1в у систем! та знизити час на розробку i перенесения програмного забезпечення на ¡нш1 вщкрит! IBC, яка базуетъся на розроб-лених алгоритмах: предгенерацп залежних вщ приладу керуючих код1в, автоматичного синтезу контекстних постановок, ресурсно-ор!ентованого автоконф|'гурування систем з вфтуальних прилад1в.

3. Розробпена нова структурно-функцюнальна оргажзац1я ряду профамних засоб1в, що реал|эують запропоновану процедуру ¡нтелектуал1зацП вим1рювань у вщкритих IBC: загальж структури ¡нтелектуального пакета прикладних програм та вщкритого структурного драйвера, а також входячих до пакету пщсистем ПЫгвгстич-ного Процесора ¡нструментальноТ мови високого р1вня i 1нтерактивного Конструктора вщкритих драйвер1в вим!рювальних прилад1в.

4. Створена Ыженерна.методикалроектування профамного забезпечення

пов1рювання робочих засоб1в вим1рювання, що м1стить п'ять основних етатв: ¡дентиф|'кац1я процесу повфювання, синтез апаратно-незалежно'( профами керурання апаратурою, моделювання архиектури системи, визначення кращого варанту з альтернативних за допомогою системи показниюв, детал1зац1я техн1чних р1шень та

на основ! використання бази вим1рювальних знань у форм!

призначенихдля реал1зацмфункц1й автоматизованого

компоновка системи. Принципова вщмжжстъ вщ гснуючих методик полягае у створеннг базового профамного забезпечення системи, яка розгпядаеться як об'еднання в!рту-альних прилад1в, перед фактичним визначенням реапьних прила^в у структур системи та у застосуванн1 на уах етапах проектування вщкритих приладних драйвер1в, що дозволяв проводити обслуговування та модерн'юафю апаратури без змЫи базового програмного забезпечення, що суттево прискорюе цей процес.

2.4 Практична цЫн'ють та впровадження результате роботи.

У дисертацтшй робот! здобувачем отримаж тага важлив1 практичн! результати:

1. Розроблен1 нов1 науково-техжчн'| ршення, необхщн! для побудови профамного забезпечення ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС, в яких керування приладами, що пщ-тримують будь-який стандартний м|'жприладний ¡нтерфейс, виконуетъся за допомогою ун1версально! мови профамування вим^рювальних процедур, дозволяючи створювати апаратно-незалежж профами для виконання вимфювальних задач I повн^стю вщпов1-даюч! вимогам мЬкнародних стандартов.

2. Розроблено пакет прикладних профам, до складу якого ввшшпи препроце-сор/парсер ¡нструментально! мови БСР!, ¡нтерактивний конструктор приладних драйве-р1в, менеджер в1ртуальних ресурсе та пщсистема панельного профамування приладив. Пакет призначений для ¡нтелектуапйацн вимфювань у вщкритих 1ВС, що дае можли-В1сть використовувати в1ртуальж об'еднання порщняно просгих I дешевих вим1рюваль-них модул!в зам!сть дорогих багатофункцюнальних приладщ та може використову-ватися в наукових, промисловихтаучбових цюях.

3. Створено 1нженерну методику розробки профамного забезпечення ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС, призначених для реал13ацм функц|'й автоматизованого пов1рю-вання робочих засоб^в вим/рювання. Методика дозволяе легко адаптуватися до зм<н у техн'нному забезпеченн/ системи, забезпечити зручнють виконання алгоритма пови рювання, автоматичну обробку ¡нформацп та П документування та супроводити кожен прилад ¡нформац1ею про його ¡ндивщуальж метролопчж показники, яка придатна для безпосереднього використання системою, зменшити ктьюсть виконуваних оператором функц|й за рахунок 1х автоматизации Методика впроваджена в учбовий процес, що пщтверджено вщповщним актом.

4. На основ1 проведених теоретичних та експериментальних дослщжень розроб-леж та передан! замовникам комплект ¡нструментальних профамних засоб1в автома-тмзацй проектування програмних засобш вщкритих 1ВС та профамне забезпечення системи автоматизацм для технопоп'чного контролю (регламентного обслуговування бортового (наземного ав[ац!йного радгаелектронного обладнання, яю отримали пози-' тивн1 оц1нки, пщтверджен! актами про використання.

Результати роботи можуть бути використаними: - в авшцмжй промисловосп для побудови бортових 1ВКI для виршення завдань наземного контролю ав'адйного обладнання та автоматизацП вимфювань;

- в оборонит промисловосп для побудови керуючих систем озброень та для виршення завдань метролопчного забезпечення виробництва, регламентного обслуговування та пов1рювання радюелектронного обладнання;

- в енергетиц1 та промислов1й автоматиц1 для побудови систем управлЫня;

- в радюелектроный промисловосп для автоматизацй технолопчних операц1й;

- в учбовому процеа по п1двищенню квал1ф1кацГ( науково-техшчних прац1вникш вищо'( школи.

Результат роботи були використан! П1д час виконання науково-досл'щних держ-бюджетних та госпдогов1рних po6iT кафедри АЕД у 1991 -1994 роках за програмою ДКНТ УкраТни 6.4 "Засоби створення комп'ютерних ¡нтегрованих виробництв " у НПК "Електронприлад", м. КиТв та у ХПКБ "Авшконтроль", м. Харюв, в учбовому npoueci (пщвищення квал|ф|кац|1 наукових прац1вник1в КП1) вщдшом продовженоТ ¡нженерно'г ocbîth КБ ¡нформац1йних систем КП|.

2.5 Апробац1я роботи

Результати дисертацшно)' роботи доповщалися та обговорювалися на конференциях: науково-техн1чн1й конференци "Застосування обчислювапьно'1 техн1ки i матема-тичних MeTOfliB в наукових та економ1чних досп1дженнях"/Ки1в, 1991/, м1жнароджй науково-техн1чжй конференци "Пам'ят! академ1ка М. П. Кравчука" в секцн "Застосування обчислювальноТ технки та математичних методщ у наукових дошдженнях " ЖиТв, 1992/, 5-й м1жнародн1й конференци' IMECO "Electrical Measuring Instruments for Low and Medium Frequencies" /АвстрЫ, BifleHb, 1992/, М1жнародн1й конференцн/виставц1 acoLiiaui'i VERA+ & VITA "VVconex93 - VME/VXIbus в промисловост та наукових дослщженнях'/Москва, 1993р./.

2.6 Публ1кацн

Матер!али дисертацмно! роботи вщображеж у 6 друкованих працях (тези допов1-дей на науково-техннних конференц1ях, з них 5 на м1жнародних).

2.7 Структура та po3Mip роботи

Дисертац!Йна робота складаеться з встулу, чотирьох глав, висновку, nepeniKy лтератури та семи додатюв, основний и текст викладено на 187 машинописних сторЫ-ках, ¡люстровано 38 малюнками та 6 таблицями на 40 сторонках. Список цитовано'1 лтератури м1стить 119 назв.

3. ГОЛОВНИЙ 3MlCT РОБОТИ

У вступит частин1 роботи розглянуто розвиток ¡нформацмно-вим1рювальних систем з точки зору вдосконалення (х М1жприладних ¡нтерфейс1в та комп'ютеризацп вим1рювань з придтенням особливо'! уваги ¡нтелектуальним засобам вимфювань та системам. Вщзначаеться Micue ¡нтепектуалтцм як одного з основних напрямюв розвитку сучасних вимфювальних прилад1в i систем, який мае особливе значения для пщвищення швидкост! вим1рювань у вщкритих IBC i недсстатньо пророблений.на сучас-ному piBHi. Подано визначення ¡нтелектуального вим1рювального приладу та ¡нтелекту-ально'1' IBC за сукупнютю ïx морфологнних та функцгональних властивостей. Наголошэ-

â-ï-г/м

но на принципову важливють виршення комплексу задач ¡нтелектуал1зацп при пщвищенн! швидкосл вим^рювань та окреслено основн! напрямки д0сл1джень, пов'язаж з розробкою та вдосконаленням програмного забезпечення ¡нтелектуальних вим1рювань. Подано стислу характеристику роботи.

У перш1й глав1 роботи проведено огляд лтератури з питань, пов'язаних з найбтьш важливими аспектами ¡нтелектуал1'заци вим1рювань i подано приклади ¡нтелектуальних засобю вим1рювань. Шляхом розгпяду високошвидюсних М1жприлад-них ¡нтерфейав вщкритих IBC робиться висновок, що завдяки iepapxiHHin системна орган1зацГ)', гнучкому конф1гуруванню та керування приладами як за допомогою повщомлень, так i шляхом прямого зчитування/запису periCTpie найбтьш придатним з них для побудови ¡нтелектуальних систем е VXI. При юнуванн) великоТ кшькост про-фамного забезпечення (ПЗ) для обслуговування вим1рювань у вщкритих IBC дуже важливим буде стандартизафя ПЗ IBC, отож наведено ïï основы напрямки. Звернувши увагу на ¡снування двох моделей побудови ПЗ, вибираеться як бтьш перспективна pie-нева модель i робиться класиф!кац1я ПЗ вщкритих IBC на основ! вдосконалено! р1внево( модели

При огляд| наявних мов програмування вимфювальних процедур гпдкреслено переваги мови SCPI (Standard Commands for Programming Instrumentation), як незалеж-hoï Bifl класу приладу, побудовано)' на легко нарощуван1й iepapxiHHÎn структур! та завдяки сигнально-ор1ентован!й модел1 забезпечуюч1й вертикальну, горизонтальну та функ-цюнальну cyMÎCHiCTb припади. Тому при програмуванж ¡нтелектуальних приладв вико-ристання SCPI буде найбшьш ефективним, але втизнянм засоби peani3auiï SCPI вщсут-Hi внаслщок значних трудноиув при алгоритмюацм та необхщност виршення ряду тео-ретичних проблем концептуального ршня. Для подолання цих перешкод розглядаеться комплекс задач ¡нтелектуал1зацГ1 та методе 1х розв'язання i обфунтовуеться необхщ-HicTb розробки нових niflxoflie до ïx виршення, класифковано ¡нтелектуальж BiflKpviTi IBC за запропонованою схемою та наведено приклади ïx промислово! реапгёацм.

У друг!й глав! роботи на основ! розгляду компоненте в'щкритих IBC (лроанал!-зовано позици National Instruments, Hewlett-Packard, Bruel&Kjaer) вироблено узагаль-нений niflxifl до ¡нтелектуальних вимфювань у вдкритих IBC, в основу якого покладено визначення ¡нтелектуальних приладу, системи та в!м1рювання. 1нтелектуальним

лення вихщного сигналу у форм1, доступна для сприйнятгя комп'ютером, з яким в!н з'еднуеться по стандартному м1жприладному ¡нтерфейсу, здатний приймати ршення про проведения вимфш, базуючись на знаниях, \ вщповщаючий необхщним 1 достатн!м ознакам на морфопопчному \ функцюнальному р!вн(. Сукупшсть таких засобщ вим!рювань, що не суперечить основним ознакам вщкритих систем, у поеднанж з засобами обчислювальноТтехжки, при керуванж якими застосоваж засоби штучного жтелекту, яка виконуе загальну задачу отримання ¡нформацП про об'ект вим1рювання I коректуе и зпдно з закладеними як в припади, так! в зовншню для них базу

вважаеться 3aci6 вим1рювань, створений для вироб-

вимфювальними знаниями, запропоновано називати Щ1шжгуадьною_адкршз1а]0с. )нтелектуальними вим1рюваннями ув!дкритих]ВС (IBB IBC) при цьому вважаються вим1рювання з наступними ознаками:

- IBB IBC являють собою комп'ютеризоваж автоматизоват вимфювання;

- IBB IBC провадяться за допомогою 1ВП;

- для забезпечення едносте та точносте IBB IBC базуються на вщкритих м!жнарод-них стандартах на апаратне та програмне забезпечення !ВП, що дають засоби опису сигнал1в, npoLiecie та pecypcis системи. Mi описи переводяться у форми, Heo6xiflHi для сприйняття комп'ютером, за допомогою ¡нструментальних програмних засоб!в;

- робочий цикл IBB IBC складаеться з п'яти eTanie: сприйняття ¡нформаци, щенти-ф|кац|| вим1рювально1 ситуацн та встановлення множини алгоритма вим1рювань, Bn6ip кращого алгоритму з числа можливих, синтез вфтуального 1ВП, власне проведения вимрв;

- для керування IBB IBC користуються единою ушверсальною мовою програму-вання вим1рювальних процедур, реал1зац1я яko'i опираеться на вщкритий структурний драйвер вим1рювального припаду (ВСД), забезпечуючий ¡нтерфейси доступу до ресур-cie системи, поеднаного з засобами машинно! графой, реализовано'! у форм1 ¡нтелекту-ального проблемно-ор1ентованйго фафнного ¡нтерфейсу;

- при проведенн'1 IBB |ВС мае мюце адаптац'|я до умов проведения BHMipiB шляхом автоматичного конф1гурування приладш, включения лопчного виводу та приняття ршень у вим1рювальний процес, запам'ятовування конф(гурац1Й обладнання з можли- • Bicno i'x подальшого використання.

Показано, що при впровадженн1 процедури ¡нтелектуалтци вим1рювань у вщкритих IBC на основ! запропонованих теоретичних припущень потребно дата загальний опис предмету iBB IBC i на ц1й 6aai вид1лити четоди ршень локальних задач ¡нтелектуал1зацп, для чого адаптовано для вщкритих IBC виведену С.В. Прокопчиною формулу результату узагальнених ¡нтелектуальних вим1рювань, уводячи до не)' показники VkTa G, що дае у пщсумку:

{hk} = Q[9j. {Ч}. Vk, { zm}. { re), Q] (1)

ic=i,K,j = 1...J, <.'= 1...I, £= 1...L, m = 1...M, <pj e Oj, e Xi, гц s Rl. zm e Zm, lim Vk -* 0, lim G -» 1

де hk e Нк - результат ¡нтелектуального вим!рювання, що належить множиш ршень Hk; К - число можливих ршень задач1 ¡нтелектуализацн; Q - функц1я оптим1зацыного правила вибору ршення, визначаючого в процес'| вим'фювань структуру алгоритма <pj з множини можливих алгоритма Фл {х,} - множина експериментальних даних, отрима-них в результате прямих вим!рювань; Vk - ¡нтерактивна швидюсть k-го вим1рювання, {п} . множина pecypciB системи, вщбиваючих метролопчж та техн1ко-економ1чн1 обмежбн-ня; {zm}- anpiopHa ¡нформафя про об'ект вим1рювань, що М!стить anpiopHi можливосл окремих ршень i неформапьн'1 знания про об'ект вим^рювань з вщповщних множин Х|, 2«

Rb Zm; Q - адаптований К. Вейцманом показник можливостей системи по розвитку та вдосконаленню.

Використання мови SCPI як единого засобу керування апаратурою та обмшу вимфювальними даними робить необхщним розв'язання задач! щентифжаци прилад-но-незалежних команд SCPI для (х наступно! трансляцП' в коди, яю розш'знаються приладами. Суть запролонованого для досягнення ц!еТ мети алгоритму полягае у наступному. Анал!з SCPI-опису прикладноТ задач! провадиться в два етапи, перший (початкова обробка) полягае у розподт оператор|'в, що мкггять SCPI-команди, на два класи: ¡нщ1ал1зац!йних та власне керуючих приладом. На другому eTani виконуеться синтаксичний та семантичний po36ip символьно! послщовност за допомогою граматич-них правил та ВСД припаду, по лопчжй адрес! якого йшло звернення. В результат , встановлюеться належн!сть припаду до одн!е'( з ¡нтерфейсних моделей, в динам!чну таблицю заносяться вщповщж дан! або символьна стр|'чка перероблюеться у дерево-подину структуру зпдно з правилами граматики команди або даних, i дал! виконуеться синтез контекстних п!дстановок на обран!й для остаточно'1 комтпяци влгоритм'мжй MOBi. Для формального опису SCPI запропонована фаматика як само! мови, так i представления в SCPI вим1рювальних даних по ADIF-стандарту. Наприклад, фаматика SCPI (Г8) розроблена на баз! Л1'нгв!стично! контекстно-залежно! модел!' I розглядаеться як сукупнють: синтаксичних правил Ра; множини нетерм!нальних символ!в VN, з яких будуються ланцюжки команд Т9(0 множини термЫальних симвоп!в Vt, необхщних для встановлення iepapxiï команд в T3(Q зпдно з Ps; ключа Ks, по якому препроцесор po3ni3Hae SCPI-оператори.

Г3= (VN,VT, Рз.Ка) - (2)

VT = V, uV,i ; Vi = { T. ')'..""} ; V„ = {•*•, , 7, CR'. 'LF', '_'} VN = Csacpi <-<C"scpm Cqpib ; Ks = (SCPLassign ISCPLoutput)

Для забезпечення максимуму ¡нтерактивно!' швидкосп припаду Vk за основу було взято метод, запропонований спец!ап!стами Hewlett-Packard (т.зв. C-SCPi), суть якого полягае у перенесены! трансляцП' символьних команд перед виходом прикладноТ задач! у реальний час. Залежнклъ Vk вщ властивостей вим^рювальноТ задач! запропоновано у вигляд!:

Vk = —гр--:—\г.-Гвишрш /сек 1

тр V1 (3)

> i) + > fe(j)+f</(j)) i=l j = 1

де tc(j)- час, необхщний для виконання команди, яка профамуе циюмчн! вим'|рювання, П/ - ÏX юпькють. для окремо! вим1рювапьно! операци, П/ = {nmin. "2. — . пмдхК min i МАХ-В1ДПОВ1ДНО mi'hî- j максимальна ю'лькють цикл!чних вим!рювань, профамованих одж'ею

командою; ts(ó- час переключения на нову команду; N - юльюстъ переключень; t<j(j) -час, необхщний для запису результате цикл1чних вим1рювань на магнггний диск; Стосовно окремих SCPI-команд можна вказати, що:

te = ttrans (Lcom+KMLdat)+[ Ппт+Вг tadd ] + [tsm + tret]+tprep+KMtmln (4)

ts = ttrans (Lcom + Ldat) + t¡tiT + Bztadd + tsm + tret+ tprep (5)

де ttrans - час на передачу або отримання байту по ¡нтерфейсшй шин!; tjnt - час на ¡нтерпретацю команди та Tí трансляц1ю у вим^рювальну функцто, tsm - час на вико-нання суто вим1рювальиих операцм у прилад, tret- час на видачу приладом результату вим1рювань на шину; Lcom i Ldat - кшьюстъ байтов вщповщно у команд та блоку даних; Км - KinbKicTb елементарних SCPI-команд у склад1 цикл1чноТ команди, tadd - показник часу виконання базово! команди, В£ - число базових команд пюля трансляцИ; tprep -час на переключения припаду на наступну вим1рювальну операцто; tmin - мммальний час м1ж двома щентичними вим1рювальними операц1ями.

Таблйця1.

Показники швидкосп цикпнних вим1рювань для мультиметра Е1326В

Показник Значения в [гт]

ttrans 2.5

:rr;vr:rr:r: en • •• 1 ' ;

5 00É-04

tint + Bj tadd В.8

0.44

tsm + tret 3.1 2 5

-J

tprep 2.6 26

.................|

tmin 3

'■^iIhmimmiii^i'imihmimiimmii^ii'ii'ii^imi'Í •

3 1 ... .

с 1 2 з 1 в ojimj.

ESS3 Ксрування через снмвольт команди m Ксрування через репстрои операцп

Якщо при його реал1зацП методу контролювати пересилку команд на Прилад, це призведе до зниження NI тому пщвищить Ук, а можливють керувати приладами на ре-пстровому р!вн1 у десятки раз1в знижуе ^гапэ I у юлька раз^в знижуе показник 1Ьт + ада, що також по-итивно впливае на швидюстъ припаду {див. таблицю 1). Забезпечуючий таю можливосл алгоритм названий алгоритмом попередньоТ генерацн приладно-залежних управляючих кодов (ПГП-ЗУК). Але водночас ми повинн!

забезпечити зниження часу та вартосгп модерн13ацм 1ВС, яю сутгево попршуються при прямому використанж репстр1в припаду.

Таке завдання частково виршуеться описом в ¡нтерактивному режим! техжчних та метропопчних характеристик вфтуального припаду як складових частин модели на основ! яко! автоматично синтезуються функцюнальж блоки з оператор1в алгоритм1чно1 мови високого рвня, поставлен! в ВСД у спшвщношення з командами БСР1. Для апго-ритм1зацГ( такого опису вживаеться лМйна математична модель п-го ВСД, яка може бути представлена формулою: к

»„ = +А1^1+-+А^+...+АтС<1тиЕЬи8 и Еп™ (6)

1=1

де Оп - п-й ВСД, Сш - контекстж постановки для ужкальноТ БСРЬкоманди, пщтриму-вано! п-м ВСД; А] - коефМент, що виражае число БСР1-команд, контекстж постановки яких ¡дентичн! С^-й команд! ЭСР!, ] = 1, ...т; к -число ЗСР1-команд, як1 пщтримуються п-м приладом; {ЕЬиз}- множима ¡нтерфейсно-залежних функций у виконуважй частаж, {Еп"13} - множина приладно-залежних функций там же. Загальна структура тако! модел1 розроблена зпдно з мжнародними стандартами БСР11 ЯРЦ а алгоритм, забезпечу-ючий и реалйафю, отримав назву Автоматичного Синтезу Контекстних Подстановок (АСКП). Але досягти належних показниюв можна лише при сумюному з АСКП забезпе-ченж автоконф1гурацГ( системи з вртуальних прилад'1в (АСВП) зпдно з умовами прикладной задачи

Тому на основ1 алгоритму стандартного для \/Х1-систем системного програмного засобу (Менеджера Ресурсш) розроблений алгоритм АСВП, який реал1зуеться через Менеджер В!ртуальних Ресурсш у поеднанж з ВСД. Алгоритм забезпечуе ¡дентифкацто кожного пристрою в системи конф1гурац1ю адресно! карти та ¡ерархп лрилад1в, само-тестування, конф'1гурац!Ю переривань, вихщ на робочий режим (статична конф1гурац!я), а також аналю сформульовано? на ЭСР1 вим1рювально'1 задач!, пошук та синтез вщповщних приладю, )х пщключення зпдно з задачею (динам1чж можливосп), ■ вдозняючись вщ прототипа можливостями по ¡нтеграци до 1ВС апаратури, керовано! по будь-якому стандартному ¡нтерфейсу.

Таким чином, розробпена процедура ¡нтелектуал1зацГ( вим1рювань у вщкритих 1ВС полягае у застосуванж при керуванж приладами алгоритму ПГП-ЗУК, драйвери для якого створюються через алгоритм АСКП, а система при цьому конф^гуруеться . за допомогою алгоритму АСВП.

Третя глава роботи присвячена побудов! на структурно-функцюнальному р:в>|| програмних засоб1в, реал1зуючих запропонован1 алгоритми. Детально розроблено структуру файлу для збер:гання пов'язаноТ з вим1рювальним приладом ¡нформацн у форм) вщкритого структурного драйверу (ВСД), що вщрюняеться сумюним викорис-анням стандарт 8СР1 та ЯОЦ дозволяючи досягти вичерпно повного опису функцю-альних можливостей припаду. Запропоновано ршневу модель для розпсадлу на групи

тих приладт, керування якими реал1зовано через ВСД, а також систему взаемопов'я-заних моделей для воображения iepapxiT ВСД, видтяючи при цьому найпростшу, покращену, розширену та в1ртуальну модели що дозволяе керувати окремими пщсистемами IBC як вфтуальними приладами. Наведено фрагменти коду з реалйованих драйвера вггчизняних та зарубжних приладю.

Пюля анал!зу ¡снуючих алгоритме вибрано об'ектно-ор1ентований niflxifl до ство-ення профамного комплексу в цтому, проанашовано алгоритмнж мови його профа-мування та вибрано С++ як мову peani3aqii. Розглянуто вар1анти лобудови профамного комплексу, окреслено ¡нформацмж зв'язки м!ж пщсистемами та модулями при оргажзацй 1х взаемодЯ (Мал. 1), а також вибраж для подальшого використання cncreMHi профамж засоби пом(ж ¡снуючих. Необхщно зауважити, що KpiM основного файлу драйверу (.ВСД) створюються файли граф|нних pecypcie (.RES) i файл завершених функцм, що пщключаеться до складу бШотеки (.LIB), та ведучу роль, яку вщфаютъ при ¡нтелектуал1зацГ1 розроблен1 Препроцесор/Парсер (Р&Р), обробляючий SCPI-текст, та 1нтерактивний Конструктор Драйвер|'в (1КД), за допомогою якого створюеться опис припаду. Для п'щтримки далогового режиму роботи базош модул'| мають розгорнуту систему звичайних та ¡ерархнно органгаованих меню, bIkoh та переджх панелей, вщповщаючих умовам м1жнародних стандар-пв на фаф1чний ¡нтерфейс користувача. Передбачена можливкггь представления результатов проектування та вим!рювання у фас^чному вигпяди lepapxiHHi структури knacio, об'ект1в та метода пщсистем запроектовано таким чином, щоб користуватися ними в якомога бИышй к'лькосгп модулш, з'еднуючи 1х до складжших конструкцм з застосу-ванням вфтуальних метод1в. Так, працюючий у реальному часу ¡нтерпретатор SCPI монтуетъся з модул!в, створених для Р&Р. В конструктор! драйвера застосовано теоретико-множинний гидхщ нуклеатавного типу стосовно базових SCPI-моделей:

P|{TijIij Ajj Sjj) = {Tjmljra AjB.S.«} (7)

j.

П (Tijlij Ai3 Sij} -> 0 (8)

J-*00

де Tij ,Iij, Aij ,'sij " множини вщповщно: транзакций, ¡нструкцм, атрибута та слецфкацм по RDL; ¡ндес m означав 1х налвжжсть до базово! модели .

При розробц1 структури Менеджера В|ртуаль'них Pecypcie детал1зйвано склад ¡дентиф1кац1йнихта комужкацЮ-них pericrpiB, через я id контролюетъся вхщна ¡нформацш i перев1ряеться опис прикладноТ вим1рювальноТ задачи Це виконуеться шляхом видшення з нього вектору вхщних даних вим1рювально! задач1 та подальшого анал1зу на вдповщнють вимогам несуперечносп та однозначного задания

Блок-

схена 1

Текст

<0 а т а г>

о

5 *

с о

>, 'Рункциональн I

5 М0ЖЛИВ0СТ1

а) с

S -

а

с

П1дсистема автокон» j r.ypauii

_L

MBP

Л¡НГВ[СТИМНИЙ

_процесор

Ш ппз Т"

р&р

-- .тхт

о s с о

&

Передня панель

БЗ

.СРР

Щасистема Станоартних засоб!в

всс

|Debug[

Link

.OBJ

J

В

.вед

.LIB

1КД

.RES

□z

РГР

ГЦасистема Поаудови драйвер^

.ЕХЕ

-0

l .üb

Ч

МПЗ

Е±Г

I .RES

П1асистема

Ыинних Операцi й Драйвери

1VXI

коп

Шдсистена Панельного Програнування

l

I

л с <в 10 S а. s а (в с: s а.

z с

s

m

N3

Мал. 1.

ППЗ-планувальник прикладних задач,РАР-препроцесор/парсвр,ТХТ-текстовмй *айл,СРР-тайл на С++,МВР-менеджер в1ртуальних ресурс1в,БЗ-База знань, ВСС-комп 1лятор С++, ЕХЕ-виконуваний модуль.,ВСД-вЩкритий структурний драйвер,1КД-1нтерактивний конструктор драйвер1в,МПЗ-мон 1тор прикладних задач,РГР-редактор гра» 1чниХ pecypcie, RES-тайл ресурсie,LIB-eiел1отеки,OBJ-комп 1льований код

початкових межових умов з боку як метролопчних, так I суто техшчних обмежень.. При застосуванж розробленого ПЗ чао на профамування вим!рювальних задач знаходи-ться на р1вн1 кращих показникш заруб1жних пакеп'в при зниженж (в чаа) на 5-10% показника адаптацй системи для нових вимфювальних задач.

Дал1 в робот! розроблена комплексна ¡нженерна методика проёктування профамного забезпечення автоматазованих пов1рювальних комплекав на основ! конф1гурування ресурав системи гмд формал1зований опис вим1рювальноТ задачи Методика М1стить п'ять етагнв: щентифкацш процесу повфювання, особлив1стю якого е заповнення стандартних форм зпдно з ГОСТ 8.042-83, на основ! яких виробляються блоки опису вим!рювальних процедур на БСР!, використаж на другому етагн; синтез апаратно-незалежно! профами керування апаратурою, на якому розробник э'еднуе ц1 блоки у едину профаму за допомогою конструкций С++; модешсвання архггектури системи, коли виконуеться машинний анал1з необх!'дного для вир!шення завдання обладнання на основ1 його ВСД \ при необхщносл синтезуються в1ртуальж припади з наявних апаратьих та профамних засоб!в з взаемоузгодженням Тх метролопчних показниюв; визначення кращого вар1анту з альтернативних;латол13ац!Я техжчних ршень та компоновка системи. На цьому (останньому) етагм створюються ВСД для в1ртуальних прилад!в остаточного вар1анту, проектуетъся ¡нтерфейс користувача системи та форми документа для представления результатов пов1рювання.

4. ГОЛОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. На основ! порюняльного анал1зу ¡нтепектуальних вщкритих 1ВС та класиф1кацй Гх апаратного I програмного забезпечення сформульовано основн! задач I ¡нтелектуали эаи|1 вим!рювань у таких системах та обфунтовано узагальнений п^дхщ до ¡нтелекту-ал1зацп вим1рювань у вщкритих 1ВС, дозволяючий досяпги п!двищення швидкосп вимь рювань у систем! (у типових випадках у ктька раз!е) та скоротити час на модерн!зац1ю таких систем гид нов1 вим!рювальж задач! на 5-10%.

2. Запропонована класифкацмна схема для приладних драйвер!в вщкритих 1ВС.

3. Розроблена процедура !нтелектуал1зацГ[ вим1рювань у вщкритих 1ВС на основ! запропонованих алгоритмт: предгенерацГГ запежних в!д припаду керуючих кодй, автоматичного синтезу контекстных подстановок, ресурсно-ор/ентовано^о автоконф1гуру-вання систем з в1ртуальних приладь, застосування якоТ призводитъ до досягнення . максимально! ¡нтерактивноТ швидкосп приладгв у склад! системи, скорочуе час на адаптац1ю и профамного забезпечення пщ нов1 вим1рювальж задач! та автоматично конф1гуруе прикладн) системи для Тх виконання.

4. Розроблена структура збер1гання ¡нформацП, яка стосуеться припаду, у форм1 вщкритого структурного д[ йвера вим1рювального припаду, що базуеться на мжнарод-них стандартах БСР1 \ НОЦ та запропонована ¡ерарх1'чна система моделей для побудо-ви таких драйвере. Створено драйвери для ряду вггчизняних та заруб!жних приладив.

5. Розробпена структурно-функцюнальна орган1зац!Я програмних засо&в, ¡нтег-рованих до складу ¡нтепектуального пакету прикладних профам, що використовуе в загальжй структур! пакету (та структурах: Л1Нгв!стичного Процесора Ыструментапьно! моаи високого р'шняI Конструювання в!дкритих приладних драйвера) нов1 науково-техн!чж ршення на структурному \ алгоритмжному рщнк Пакет впроваджено у склад! пщсистеми автоматизацй' проектування 1ВС на \ZXIbus, розробленою зпдно з профа-мою 6.4 ДКНТ УкраЫи "Засоби створення комп'ютерних щтефованих виробництв".

6. Запропонована 1нженерна методика проектування профамного забезпечення ¡нтелектуальних вщкритих 1ВС, призначених для реал1зацм функц1й автоматизованого пов1рювання робочих засоб1в вим1рювання, яка використовуе при моделюваны арх1-тектури системи та керуванн! засобами вим^рювання вщкрит) структуры! драйвери. Методика пройшла апробац!ю при пщвищенн! квап!ф'1кацм сп!вроб1Тник!в КП1.

7. Створено та передано замовнику в особ! ХПКБ 'Ав!аконтропь' профамне забезпечення системи автоматизацн для технолопчного контролю I регламентного обслуговування бортового! наземного ав!ац!йного рад1оепектронного обладнання.

5. головн] публ1кацГ| за матер)алами дисертац1йноУ роботи

1. Демченко Ю. В., Широчин С. В., Шило В. Н. Мультисистемный интефатор-'Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях. Сборник тезисов докладов научно-технической конференции, Киев, 1991.- С. 28-30.

информационно-измерительных систем. - "Пам'я-п академка М. П. Кравчука (до 100-р!ччя з дня народження )", 12-15 травня 1992, Сборник тезисов докпадов научно-технической конференции, Киев, 1992.- С. 38-41.

3. Широчин С. В., Шило В. Н.. Бойко С. Т. Особенности объектного подхода при профаммировании измерительных систем. - "Пам'ят! академ!ка М. П. Кравчука (до 100-ртя з дня.народження)", 12-15 травня 1992, Сборник тезисов докладов научно-технической конференции, Киев, 1992,- С. 41-42.

4. Demchenko J. V., Shyrochin S. V., Shylo V. N. Test and Measurement System Standard based Application Software Integration. - "Elecrical Measuring Instruments for Low and Medium Frequencies", April 8-10,1992, IMECO TC-4 5-th International Symposium Proceeding.-Vienna, 1992, P31-33

5. Демченко Ю. В., Широчин С. В., Шило В. Н., Бойко С. Т. Профаммные средства для разработки VXIbus систем. - "VME/VXIbus в промышленности и научных исследованиях", 2-4 июня 1993, Сборник трудов научной конференции/ выставки ассоциации VERA+ & VITA, Москва, 1993, С. 98-110.

6. Шило В. Н. Разработка системного профаммного обеспечения открытых ИИС. - "VME/VXIbus в промышленности и научных исследованиях", 2-4 июня 1993, Сборник . трудов научной конференции/выставки ассоциации VERA+ & VITA, Москва, 1993, С. 172-180.

2. Туз Ю. М., Шилд В. Н. Проблемы профаммного обеспечения современных

АННОТАЦИЯ

Шило Владимир Николаевич. структурная организация интеллектуальных открытых информационно-измерительных систем повышенного быстродействия Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 : "Информационно-измерительные системы (я науке и промышленности)".:- КПИ. 1994 В работе рассмотрены общие и специальные вопросы интеллектуализации измерений в открытых ИИС и построения программного обеспечения интеллектуальных измерений в открытых ИИС повышенного быстродействия. В результате проведенных исследований достигнуто повышение скорости измерений в открытых ИИС (в ряде случаев на порядок и выше) при одновременном сокращении на 5-10% времени на модернизацию ИИС для выполнения новых измерительных задач посредством разработки алгоритмов и структур программных средств, использующих приборно-ориентированную базу знаний.. ■

Осуществлено документально подтвержденное промышленное внедрение.

ANNOTATION

Shylo Vladimir Nikolaevich. The structural organization of intelligence open computer-aided measurement systems of improved throughput Thesis for scientific degree of candidate of the technical sciences. Speciality 05.11.16 'Computer-aided measurement systems (science and industrial)':. KPI.-1994

This paper describes general and special approaches to intelligent measurements in open computer-aided high-throughput measurement systems. As result of scientific researches the increasing of measutement speed was achieved (up by a factor of almost ten and more) with 5-10% reducing of test development time for new measurement tasks. This increase in performance is a result of designed algorithms and structures of new software tools, which are based on device-dependent database.

Efficiency of industrial implementation is documented.

Ключевые слова: программно-алгоритмическое обеспечение измерительных систем, интеллектуализация измерений в системах, высокоскоростные межприборные интерфейсы.

Hull- до лруку ■ Формат 60Х84'/ю

llanip друк. Л» 3. Ciiocifi друку офсетний. У «шин. друк. арк. в. Si . Умовн. фарбо-в1дб. /j>v . Обл.-иид. арк. /.0 Тираж -/СО . Зам. Jft

Ф1|)на «В1ПОЛ» ~ 252151, К и I и г пул. Иолинська, Ш).