автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Алгоритмическое и программное обеспечение нижнего уровня распределенных сейсмических измерительно-вычислительных систем

ТОМСНИЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРЛЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.С.И.КИРОВА

на правах рукописи

ИВИН ВЛАДИМИР АРКАДЬЕВИЧ '

АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ Я ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НИЖНЕГО УРОВНЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЕВСНИЧЕСКИІ ИЗ МЕРИТЕ ЛЬ НО-ВІІЧИС ЛИТЕ ЛЫШХ СИСТЕМ!

05.13.11 - математическое и программное обеспечение вычислительных мааин, комплексов..систем1 и сетей

й- В' Т О- Р Е Ф Е Р А'

диссертации' на. соискание ученой- степени кандидати технических наук

Точек-1012

Работа выполнена в Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им.С.М.Кирова .

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Парков Н.Г.

Официальные Оппоненты :доктор технических наук.

• профессор Разин В.Ц.

кандидат технических наук, . доцент Светланов fl.fi.

Ведущая организация вычислительный центр СО РАН (г.Новосибирск)

Защита состоится " 4 " парта 1992г. в 15 часов на заседании специализированного Совета Д 063.80.03 .по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Томском политехническом институте по адресу'.'83400(1., г.Томск.ул.Советская,84,Кибернетический центр при ТПП.

С диссертацией поено ознакомиться в научно-технической библиотеке Тонского политехнического пнститута(634004,г.Томск, ул.Белинского,54) .

Автореферат разослан " 4 " февраля 1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета, // кандидат технических наук,доцент Ш )и О,Чудинов

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблеми. К одному из условий ускорения научно-технического прогресса в отраслях народного хозяйства и, п частности, в геофизике относится массовое внедрение современной вычислительной техники. Успехи в області: разработки производительных и деыевнх средств вычислительной техники делапт перспективний создание автоматизированных распределенных измерительно-вычислительных систем (ПСП з сеГгсмике. Поэтому разработка современных систем регистрации сепскэтеской информации, основанных на широком' использовании современно;'.' микропроцессорной техники,как указывает ряд авторов (Васильез В,Л,Лебедев К.А. СССР.Акі К. СЕЛ), является весьма актуально!? проблемой. Наиболее перспективными при- этом: следует считать ПЗС,, обладапцие иерархической двухуровневой' структурой. Причем центральный пункт управления, обработки и- регистрации' (ЦПУР )-верхнмй' уровень- принимает сейсмические данные от распределены';;-: на* местности измерительных модулей С!!!!) сбора первичной' «а?.ори-щ;;!Г,образдецих нихнкА уровень. Ш( территориально отстоят: от ЦПУР на расстояние от десятков метров до десятков километров.. Как правило, обкен информацией меяду всеми ИМ и ЦПУР в таких' системах осуществляется по телеметрическому каналуСканалам-). При создании'распределенных телеметрических ИВС для сейсмических исследований наиболее перспективен следующий подход: средствами вычислительной техники (встроенными

специализированными- никроЗВН-) оснацаптся- кроме ЦПУР и распределенные на местности: Н!г ,что даег во8::огшоггь последний вести не только сбор,по IV предварительную обработку приминаемой сейсмической информации. Основным-пренмуцеством'этого подхода к создашпз сейсмических ИВС (СИВС )■является*разгрузка телеметрического канала. что позволяет создавать многоканальные.а в перспективе и сверхиногоканалыше- системы. С. связи с этим особул актуальность приобретает реиение задач выбора рациональной структуры ИМ, разработки алгоритмического, а такно системного и прикладного программного обеспечения (ПО) спец;1си,изнрйва;;:-;.;х г:г’:роЗііМ, входящих о состав ИМ. В напей стране до последнего г.ременн рс"'Л";е таких задач с использованием отечественной (микропроцессорной ТРХЧИКИ ІІЄ велось.

Ц о ль д и с с е р т і ц и о н н о й р а боты и р е и а ■: ч ч ^ для ее р''■>/::?.-ацил задачи сводятся к выг.ори р:г.;,|'М--лы!'1Й с грукт1;;.- !!!! со встроенной (встроенными) мик-р1 с ч- :з а 'ч .■ритмин-оскопо, енет'М'киї о :: прикладного ... - ч г:г■ ’;■ чи-’ :!'( ; ••"'нредг'лсшп;;' толемої ’’.'М

для сейсморазведочных.и сейсмологических исследований. Неотъемлемой задачей является такие разработка инструментальных средств отладки аппаратного и программного обеспечения специализированных микроЭВМ. встраиваемых в ИМ.Разрабатываемые алгоритмы и программы должны создаваться так,чтобы обеспечить требуемую производительность и надежность нианего -уровня ИВС в целом.

Иетоди исследования. При реализации поставленных цели и задач в качестве аппарата исследования использовались теория случайных процессов, обобщенная спектральная теория обработки сигналов, теория помехоустойчивого кодирования и элементы теории передачи дискретной информации. Разработка системного п прикладного ПО базировалась на принципах проектирования на-деаїшх програм;;.

Научная новизна работы заклвчаетсл в следующей:

-разработаны алгоритмы предварительной обработки п реальном иаситабе времени сейсморазведочной информации; .

-проведены исследования и разработаны алгоритмы для контроля работоспособности аналогового тракта ІШ;

- предлокеїф модификация векторного метода и разработан алгоритм помехоустойчивого кодирования с избыточностьи один контрольний бит на слово информации, позволяющий не только полностьа обнаруживать наличие ошібок в элементарной.блоке , но и исправлять двойнуи ознбки или значительную часть шюгобитоьих оинбоь , вкла-чая пачку размером не более 17 бит;

-созданы системное и прикладное программное обеспечение ІІН применительно к сейсмологии и сейсморазведке; '

-созданы инструментальные программные средства, позволяющие, проводить разработку аппаратно-программных средств И!!. ■

Практическая ценность и р с а л и -

з а ц и я результатов работы . Практическая ценность работы состоит п сдедуицеи. I; число разработанных автором лично или при его непосредственном участии результатов входят алгоритмы и созданное на их основе обцее,включая системное, и прикладное ПО, используюцее минимальные ресурси специализированных микроЭВМ ИИ распределенных телеметрических сейсморазведочных и сейсмологических ИВС .Разработаны также инструмокталышс средства для отладки аппаратного и программного обеспечения ИМ, осна-ценных специализированными микроЭВМ с системой команд семейства ''Электроника 60". • •

Значительное внимание в работе уделено повышению надежности Функционирования ИМ в целом и.ПО в частности.Для этого были при-

менены следдвшие приемы:периодический контроль работоспособности основных блоков встроенных специализированных микроЗВН с передачей результатов на ЦПУР,контроль параметров аналогового тракта ИМ перед началом работ» СИВС,контроль за передачей данных по телеметрическому каналу .использование методов.помехоустойчивого кодирования п высоконадеаннх алгоритмов цифровой фильтрации данных.

Разработанное автором ГІ0 ниннего уровня ИВС написано на ма-шшно-ориентированном языке Ассемблер семейства микроЗВН "Электроника 00" и его совокупней объем превышает 7 тисяч команд.Автором также лично пли при его непосредственном участии разработаны на языке Ассемблер процедур:: имит.зшш на технологической ЗВН внечпих у-:ро!':с т. Л ,а т.ііі:-» макрокммапди поддержки трех-и чотн-рехОайтпоп .зр;і;:• .піки. Созданные алгорптнлческпе и программные средства гне,-,-1':: і 1' -1 пияиен уровне иерар.-.ип для следуеяих конк-рот11:1:; і'.ВСіраспр .глсішон гелаиетрической системе УКВ ПРС, разра-йсм- ::ниЛ з Сії.-;-',.’,і..С (г Ліоіл.скбирскУ для ведения сейсморазведоч-п:;/ > або г, и раиг.р пленном сейсмологической ИВС,созданной в НГиГ СО :!1 СССР (г.Нисасибирск).Отдельные результаты работы внедрены в Краснодарском СКТв сейсморазведочной электронной техники НПО "Нп';:тегеофизприбор",СибОКО(г.Новосибирск) и ПО НовосибирскагроПСУ.

Апробация работ п.Основные результаты били доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные комплексы для ■. управления технологическими процессами" (г.Грозный, 1089 г.);Всесопзной конференции "Математическое моделирование в геофизике" (г.Новосибирск, 1980 г.): паучно-техничес-’ ком региональном семинаре "Вопроси теории и принципы построения устройств и систем азгоиатизацин" (г.Новочеркасск, 1303 г.): 5-А региональной научно-практической конференция "Колодце ученые и специалисты ускорения ІГГП" (г..Томск, 1380 г.); региональных научно-практических семинарах "Ускорение научно-технического прогресса о нефтяной и газовой прончі'ленностн'Чг.Томск, 1388, 1389,1930 г.г. ).

П у 6. л и к а ц и и. Основные материалы диссертационной работы изложены а 11 нечативх работах.

С т р у к т у р а и о б ъ и и р а б о т'ы. Диссертация состоит из введения, пяти глав н ааклпчения, излояеннзх на 1Л і страшні* ізкста, 2! страниц:! ПЛ.'ТСТГ'Ч'ИЙ ,8 страниц приложений и списка литературы из 110 наименований.

ОСНОВНОЕ ПОЛОНЕННЯ. СЙНОСИННЕ НА ЗЙ'ШТУ

■ .У пор перспективными в сейсмике является ИЗС, обладающие ;ца.!>:чі:ог!і-' ей рагпределенной структурой .где на низшем уровне не-

'рархии размещаются автономные ИМ со встроенными специализированными микроЭВМ,обеспечивающими сбор,предварительную обработку и передачу на ЦПУР сейсмической информации в реальном масштабе времени.

2.Созданные алгоритмические и программные средства позволяют реализовать весь набор функций ИМ сейсморазведочных и сейсмологических ИВС в реальном масштабе времени.

3.Разработанное общее,включая системное, и прикладное ПО ник-него уровня иерархии сейсмологических и сейсморазведочных ИВС является высоконадежным.

4.Применение модифицированного векторного метода с избыточностью один бит на кодируемое слово позволяет не только полностью обнаруживать наличие ошибок в элементарном блоке , но и исправ-лмть двойную ошибку или значительную часть многобитовых ошибок , включая пачку размером не более 17 бит.

5.Используемый трехйаЛтиий Формат хранения принимаемых сейс-1!р:!Д£.-всдо'Ш!1х данных позволяет ограничиться только оперативной памятью «нкроЭВН КМ к в токе время яояискает в заданный квант реал .ного вреиени проводить предварительна!) обработку зга* данных.

ОСНОВИиЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ '

Во . в в е д е н и и обоснована актуальность создания СИВС нового поколения,в которых средствами вычислительной техники, включая микроЭВМ,оснащены ЦПУР и распределенные на местности ИМ.

Первая ’глава посвящена анализу состояния и тенденциям в автоматизации сейсмических наблюдений. На основании аналитического обзора литературы установлено .что технический уровень существующей цифровой сейсморегистрируюцей аппаратуры ограничивал возможность использования новых методик сейсмических наплюЕйпиП и зачастую сдерживал решение ряда вакних проблем изучения глубинного строения земной коры . Поэтому создание современных систем регистрации сейсмических колебаний земной поверхности .основанных на широком использовании микропроцессорной техники.мак указывает ряд авторовСПолшков М.К.и др. СССР,Аки К. и др.СИЛ) является весьма актуальной проблемой.Показано ,что на-бчлоп рациональным в разработке современных многоканальных (100-1000 каналов) и сверхмногоканалышхС более 1000 каналов) СИВС следует считать создание высокопроизводительных и надежных в тксплчатации ИВС с двухуровневой иерархической структурой. Прнчг-м ннгнт': уровень иерархии по управлению и обработке предс-тивпяет из с ^ б я распределенную микропроцессорную систему: сово-

купность разнесенных на местности ИМ со встроенными специализн-

рованннми никроЭВН. управляющими сбором и передачей на ЦГИР! информации, а также ведучими ее предварительную обработку;. Все ИМ объединены с ЦПУР посредством телеметрического проводного" кана-ла( каналов) или радиоканала. ЦПУР играет роль верхнего)уровня иерархии по управлению и обработке. ,

Подводя итог изложенному,п работе сделан вывод- см тшг.что применение современннх методик исследования г.лог::;отпстроешшх геологических сред невозможно б23 разработки- и. использования современник многоканальных и сверхмиогпканальнчх л г; улу р о в н е в н;с распределенных СНВС с программным пршщчг.ок*упмічіежгаїна-каадои уровне иерархии. При этом по сравнения- с СНСС;,. у;котпрітх--функции управления и обработки сейсмических данных е-озллге:пг' ir-a• центральную и часто единственную кини(микро>3D!fv* состаее--ЦПУР, для таких систем требуется разрабатывать в- перлу::-, очередь- надежное алгоритмическое и программное обеспечение шшіпго. ур.овня иерархии. Более того,необходимо.выбрать рдционаяьнУ!» структуры ИИ со встроенной(встроенным:!) никрпЗВМ1 и-оСепш-чп.ть' сиськонадекныи обмен информацией меяду совокупностью И”- !ї.<ЦПМР»*пс телеметрическому каналуСканалам) патеи.применения• гот^дос. {малгоритков, повн-папцих достоверность передаваемой- телеметрической'- информации. Отмечено,что все эти возшшапзис пг^ьссзденкг* распределенных СИВС задачи комплексно рекет:, не бы.';.;

Проведенный анализ согрекепного состоїклзісбсугдаеиой проблемы заверчен форкулировкой. ut’jrt;> к -заззч; ?.та?сг.:«с в диссертационной работе.

Вторая глав а с- у'гетога'-'гчерч-П!рекомендаций первой главы посвяцена разработке crnpJ; ї^-дели микропроцессорных И!?' . создашга обцихС базозігх) для СГОС различного назначения алгоритмов оункциоппрозашгл к-прпгракнних средств ИИ.

Одной из задач .посіаглекн:-:: з работе .является задача синтеза рациональной структури НК- >'f> встроеннойвстроенннми) спсниали-зкр чалішими мш;рсЭП!Г,р'гга«,ге:« с учет см 'Всего набора зозлзгаеннх па ГМ функций ч особенностей ич окпелпенм'’ г.. паль єну. условиях. R «той святи в рамках метода .•>ь.и;лшо!шег>' синтеза систем построен:, дерево іччкчий НМ и разрабої. нл операторіт .модель ИМ,которая далее исплдьчована при форшір .в.;.іим структурні':: '■x'-h ’Ь" конкретны;: НВС.Лля создания спечішнзкриГ'стнн.ч никроЗВИ ' капдога ИМ выбран иикроипш!'.'!'! міїкронроцессіїрнмґ! іа-чплект ("ПК) К'іч?.

і!і'--ні:, .что пси прлгр ■ ммнне сре;к тез ;mO"i о !!” нормо р< -дрчічь і:.- \ компспсіпн:обт,ее [Ю Н'Прикл.'.глоо I!f).Первую

111! : ї . ' 'ір-'Ц-'С' '1 - U '• ПО, ПрОГрсіГМ" ЧСМрОП p.M'l'-

тоспособности ИМ и программы помехоустойчивого кодирования. Эти средства являются базовыми и позволяют применять однотипные ыик-роЭВМ для различных по целевому назначению СИВС.а реализация узкоспециальных функций СИВС выполняется с помоцью специализированного прикладного ПО.

К одному иэ путей гнтишениа эффективности и напевности выполнения прикладного ПО относится разработка системного ПО, создающего среду функционирования в реальном цаситабе времени прикладных программ. Для автономных специализированных систем реального времени,к которым относится ИМ, минимальный состав системного -110 следующий: программа начального пуска, диспетчер процессов, программы, реализуицие обслуживание очередей ,н обработчики прерываний от овода/вывода. Диспетчер запускает прикладіте програмнії как процессы, а другие компоненти системного ПО обеспечивают стандартными средствами взаимодействие прикладных программ мекду собой и внешними устройствами.Диспетчер инициирует прикладные процессы па основе приоритетов в ответ на запрос об их активизации, полученной от обработчиков прерываний млн других процессов. Передача сообщений мекду прикладными процессами и обработчиками прерываний мокет осуцествляться как с помоцьи циклических очередей,так и через блоки памяти микроЗВН,доступные сеем процессам.

При разработке системного ПО была применена приоритетная дисциплина диспетчеризации без переключений {'Дейтел Г., С І! ґі). Остановимся на алгоритме управления прикладники процессами с учетом выбранной дисциплины диспетчеризации. Каждый прикладной процесс монет находиться в одной из трех состояний: ГОТОВ, ВШШІІІІЕІШЕ,

ОіЩйНИЕ, нам показано не рис.1. Его текучее состояние опредиля-

Рис.1.Состояния прикладного процесса . ,

ется значениями флагов ПЛ и П?. . Состояние процесса нонет бить изменено посредством запуска одной из трех процедур: ПУСК,ХДАТЬ.ГОТОВНОСТЬ.Следует отметить, что флаг ¥12 для выполняющегося процесса мояет находиться в одном из двух состояний. Это означает, что выполняющийся процесс может быть также в сос-

тоянии ГОТОВ. Такая ситуация может возникнуть, когда процесс, находящийся в состоянии ВНПОЛНЕНИЕ, был переведен в состояние ГОТОВ обработчиком прерываний.

Управления прикладными процессами диспетчер осуществляет на основе анализа состояния каждого процесса, которое отражается в блоке управления процессом (БУГ!).Все ОУП связаны в кольцевой список, как показано на рис.2. Казднй БУП содержит адрес процесса, текущий указатель стека последнего и флаги Ш и П,2. Области БУП связаны в список глапнкн образом для того, чтобы определить приоритет процесса и упростить работу диспетчера. Когда какой-либо процесс приостанавливает с-.оп работу, управление процессором получает диспетчер, который организует проверку БУП всегда с начала связанного списка. 3 результате процесс, описанный ОУП , находящимся я начале списка, имеет иаитаий приоритет.

П,НР"| ■: ыцссса ! П-’рос процесса Г!

У|' !'<■■ 1 ” ■ь ст«!'-г Ук.’оаголь стека

с!.! п.л Ш Г и

|;’п!г 1)

Плрес процесса N Указатель стока Р1Л ' П2 !)УП( К)

длины упр о к О и >';;и

11

■и.

ПУЛс 2) . . .

Рис.;!. Структура данпы:: ПУП Омвсн л'(Мич!«и мекду процессами взода/зынода и обработки идлбчи осуч'.с тл пч> с понопьо очередей . Анализ показывает.что в !!!'• ат'гагчч!!'! тлтльзоп.'шйР очередей с тлонеитамн Фиксированной ч гкчн .Р"-’.и ■ ■ ■ I: и ч га кик очередей проуе, так как не грабуетсч хра-менга к\у, гостаону1} часть самого ал^чентл. Кроме 'I циклический перенос заноссчшч элементов в нача-п цпптт>:^нии ее конца.Ка:здая очередь описывается ,'1агипог|)|! 1.»«*ряит с л е л у к)и г* реквизиты: НАЧАЛО

;",ггп!'.:. ш^ислчт.^ниого процесса, лпкнп

< пч; р^.ч.I /, *г.-‘Ы!чвтс1 но указателю КОНЕЦ ОЧЕРЕ-

< ИГ. у с, а -.ат >- та ИАЧМО ОЧЕРЕЛИ. Длина очер-ии V.

о' ! - щ.-хритим ДПйП.Ч П'Ц'РКЛИ. НОИЕС НЁОРШЯШШГО

"Г.-'п^иг покор п циг чи |ег.!<>'М списке Ь’Ш процесса, когп-

:р,1'||. 1 I • .1 гргц. рцЦ1) ИИ' НИ" НГПОЗММ'НП’.ТИ ЗОВерГИТЬ

■' "П'ЧМШШ I-ПГУН : К ОЧ^ре.'М.

У1!' I •!!■•'.ренНЧ 1-Г. Д НИХ Т р1:ОП'1,,:1ИЙ чрИКЛ-’ДННХ НрО-

■ в г,: I, -ц, г., умм) :.4ы | -* :лиУ!ц:о '-нрг.пбм .доступа Г ичере-.. :-<и ппир.!гс. ■ •!1 дга примитив’*: 30 • г.км'-стн

пить т*ш о.

Л 9 О’

и’-ПИК 1

ПУРРРлИ 0'!СГ'!;ЛП Л”. а байта:-;

пр')Ц?-:с*: рий Г’.м

цел

:■ 1 *Н>;;

'*е||Т

ОУ1 :

злеиента ь ачервдь л 12 - адвлечеяие элвыета из счгредл.

йвтвнввнве аднкциоии^лванивя ММ. находякихся зачастил аза расстоянии до десятков километров от ЕПУР. ойуслаБлкьзет месбхо-дшгогть £>6еслечсШ1Я аадехквго фдшаиюнярояаииа их cwpzssisix. средств при искажении пвирмаиии. cSosa а частичных отказал ап-пзратипн. которые «огц! дезникиуть л;*и работе i'H. Таи как елох-huctl задач.везхагйет ка .ПЙ, возрастает быстрее , чёл ьадех-•шеть приислвекой с них аппаратур!.', то твс2 «аимтл задача обеспечения высокого камстБа шлучаеиах уезулыаи-ъ и ca/.patic-■i!i!R {laCoincnor.aOiiuriii HZ. ■

Соескулкость спомЗш .и кетсгвв сйсспечкнкз л nsttacnia на-ДС8ЬССТЛ СЗНКЦИОЯадбЬигЗ 1'1 К С!К С paSXcJIdTb Л*еХУЕ5»!Й г.сиои-лве категории: tsuSsp «.siieicixiTSSfi теишлспы г.реграят.^аьанкя, выбор алгоритма, т ч^ьствитедьидх к разлитого рода иаруиеккяи вичислателшсго л^о^ссса ( кспользобьиьз асгараншчесиоа изСагоч-квети).. резерш^сеаззсг прегражу иди зщ частей, а талые другкв кв-тодк введена структурной избыточности,включая поыёХиустсч'гчивое кодирование данных.йзллкое вникание следует уделить контролю работоспособности аппаратной частл 1й. Сначала квроткз остановимся на методах а алгоритмах повквения надежности НО.

Ка наг взгляд,технология программирования,Бо-первих.йолиа учитывать необходимость соответствия спецификаций требованиям на програкмннв модули ИМ . Чей тщательнее страбстана спецификация на програнку и ее функциональная.схема, теп иекъае сил затрачиваете;: па программирование и отладку, тек вые надоькость разработанного ПО. Во-вторих. следует использовать кетоди иерархического пспроениг ПО.что позволяет ограничить и локализовать на катим из ypt.piieft соответствуете еиу компоненты. Эти компоненты оЫедтяшся в группы г.рограки о^рецежеаного Ш’.ициопахиного яазначшшя с зьтонзкаой .целевой задл :-А, что пэзвалагт paapatia-**ьг-.ать ii г.jULQEiiTb их отладку незо. .си--- от других групп. Ис-ni.:oB..tiue иерархического ьногсуроЕк^ога кодульисго приграиии-Р(':- i!U-Cl ?Г:Т U-jJifee ТЦЗТСДЫ10 ОТДаДИИ. ПО, ЧТО ВЕДЕТ К бОЛвв

к;-р- s 4\'f’ 4'.h>;u'";isU!Cir3m\o последнего в рабочей рекиве ПК. ’ J'u'jjP :t.”.r Приткав, не чувствительних Г. нарукеннйи ЕЫЧИСЯЙ-иигп пц.-.цесг.а.осноьан на учете следусцкх факторов, спасымшх ж ка?ит(. ъе-'.уяьтат вычислений: сбои исходных данних,' визваниие

*чк tHf-'jH.iriit п-ч ошоаениа к ИЙ оакторани, так и аплзратиой иеис-г!' <г-нси. т«.«, ornGiui округления к накопления, с-сибки.обусловленные j 11. 11ми, глояки 1! овибкаки в-програвиах. Анализ больсинства -1" ■ : •• П»рйЬ проводился теоретически или С ПОНОЗЬВ НСТОДОВ цифрам ^пгхлпроаания вычислительного процесса к источников пог-

реШОЕТеі!.

їїовнгаї*. иаде2нос7Ь ІШ в целом ноано правильным выбором формата представлений в мякроЗВН сейсмических данных, позволяющего ограничить в соответствии с задашшкн условиями ошібки округления л иакопггниа при вциолнении гри’нгттічесішх операчиП. Наиболее предпочтительно выполнять эти операции. зхзз&ЪЗДа іісло-”мс."ень"'я гриїнгтику с дсстг-вчнш! размерен нантиссз.

Гір:; проектнровлмиг! ПО предусмотрено, чтоб:! сстаї'сїї їіваИТа реального зрекгші после предьзритє/.ьноЯ обработки данга* йсполь- . зоэалеа дла осуществления контроля работоспособности. узлтзй встроенной )гикроЭЗН.

Реескг.є нроблеінг г.эвкеннз достоверности передачи сейсяйЧОС-кс'і іінфвркаціга. параду с ловасениен надежности зленентоз аппаратуру телеметрического канала кокно достигнуть, применяя понехо-уствйчнвэе кодирование данных перед передачей последних нз ІШ 0 телеметрический канал.

Наиболее часто при’іензешіе на практике для исправления пии-бок циклические коди.например, коди Уен.тннга, явлагянеся блочний» кодаан. ведут н лсенленноЛ избыточности передаваемой информации и недостаточно кроно спраЬ.чястсд с исправлением пачек оиийск.З то ЕЄ Еремз применение непрерывного репша передачи по телеметрическому каналу больших объеиоз сейсмической информации нацелено на уменьшение избыточности кодирования. Последнее обстоятельства ,в своп очередь, приводит к увеличения как скорости .так и надежности передачи инСормацин. .

Лрозедепнпэ автором исследования позволили предложить ноди-Сицированнкй векторний нетод, котзрнй сохраняет- осноонне достпин-стза векторного зетода(Скотт Э..Гетиель Л., СШ:одіш контрольний бит на слово, пргступ схену кодирования и возможность непрерывного коакроізіша даьпах. Наряду с ътин нидн:нциг<овлиннй векторний У8Т0П включает в себя: нззєїішЗ способ декодироэашш, позволяй»! А ::з только япн-'міуг.гваїь все ::с>:0яч5ц:ги опибочннх бит .но и исправлять двойнуп зги':-::; или яначительнуп часть кногобитоовх озибок , вкличач пачку размерен не солее 1/ бит,и весьма простое правило' построения снстен кодирдггих векторов. Иодирован:!? данних с ого поноеьы основано на взаимосвязи вертикального то слову) и двум перекрестным і по нескольким словам) контрола по четности. Кааднй контрольной бит, передаваемый вместо с нноорнационннни. получается суммированием пп кодцли 2 информационных и контрольных бит согласно системе из трех векторов.Для кодируяцей системі!, приведенной на рис.З п качество примера.уравнение вычисления контрольного бита икеет вид

- іг -

8 8.8 С(ш»37.0)г|Гс<п+3?,П <3>|ГС(1п+18+21,8-1) ф£^С(и+21,1),

10 0 .

где - С(т,1) 1-й бит и -го слова; и ©-знаки сумм» по модулю Лля обнаружения ошибочных бит следует пользоваться следующим выражением

8

К(га + 37)=|Г [С(п+37,1) Ф ССт+1В+21,1)-1) © ССю+21.1)]

О

Бит признака ошибки К(п) заносится в вектор, признаков пиибок. Наличие в последнем единиц указывает на присутствие оиибочннх бит в принятом элементарном блоке данных. Размер элементарного текущего корре ктируемого олона, определяемы!! длиной параллельного слова и схемой расположения друг относительно друга трех кодируюцих векторов.равен количеству слов, покрываемому трехоекторипй системой.

Автором получено правило построения рациональной систем» рас-гт и л и г опия векторов, ведущей к минимальному размеру элементарного корректируемого блока, и алгоритмы исправления оиибок н принятой иннервации.являэкисг.й модификацией способа исправления ошибок в векторном методе, но св о бодни е от' недостатков последнего.

!ч т } 7. ■ • О

: V - V - X, - V ) / _ _ \ : - _ ■ -

- - - / X - - - - - - \ і - - - -

- - X V - - - - -

/ I л

Рис.3.Трехвекторная система для исправления пачки оиибок размером 17 бит, и-номер параллельного слова Рассмотрена задача контроля работоспособности аналогового тракта ИМ .решение которой сводится к определению значений слецу-ицих основних параметров (Стандарт СЭВ 74Р-77 ):анплитудно-частот-ная характеристика .амплитудная неидентнчносп. каналов, взаимное влияние между каналами. Фазовая неидентичногп кешалир, коэффициент нелинейности, уровень и ума, круг из на Фильтра нижні:!;, частот,

і ФНЧ), крутизна .'ильгра верхних частот *ФВЧ>, глубина подавления! реакторного фильтра, частота среза ФНЧ и ч.і«.:>-ігї срнса 984. В результате обработки отклика НУ на інн^ .-.гімпчіг-'.ч кий сипу-

- ІЗ -

соидальный сигнал определяются значение каждого из этих параметров. Выход значения параметра за допустимые пределы означает неисправность соответствующего блока аналогового тракта ИМ.

При разработке алгоритмов и программ контроля перечисленных параметров использовались следугаиие выбранные в результате численных экспериментов базовне алгоритмы оценки характеристик отклика Ш.І: дискретное преобразование Фурье для отдельной спектральной составляицей, удаление постоянной составляющей отклика !1!! и определении частоты н фазы отклика по пересечениям нуля. Для определения допустимих ^пределов изменения значений каждого контролируемого параметра ШІ необходимо знать погрешности разрабатываемых алгоритмов и реализупцих их програм:;. С этой целью проводилось численное моделирование с учетом особенностей И’! конкретні;:: СИВС.Приведен ряд результатов этого иодолпроппиис.

Разработка алгоритмов и прографи контроля работоспособности специализированных никроЗГЛ! Ш! велась с учотом :,:есткн>: требований на время выполнения тестов и объем занимаемой :t:::: памяти мнкро-ЗВ!!.Создан тест ,3’J большего объема и -'"amчрпг.анм :;зг!пстп::е тесті! ОЗУ и ПЗУ.

Треть'л глава посвячена вопроса” проектирования структури, алгоритмического и программного обеспечения H’J сейсморазведочных ПВО.

R результате исследований иескольк;:-; продлог.еншг,: форкатор представлені'.:’! сбСїСморозведочшг/. гv-mtn:; ""іяіг. II)'. бил '.'моран трехбайтішЛ -J.OP1WT с •'нксированной оаплі>.•» о . дополнен::;: до

двух,обеспечивапций требуемуч точность нрч обработка дзншчч :> реальной времени.Поскольку он не являете.; .лаинарин!:: ;:л:: ниир«ЗГ-!'. семейства "Электроника GO" , били рззпа'іптанч сиециализнрогачныо макрокоманди, обеспечивапиие программную поддерімчу арифметики отого формата.

Основываясь на разработанной в гл." операторной подели ill! и выбранном формате представления даникх била- предложена структурная организация И!!,нноп';его пстроеннуп микгоЗВ'.! на базе !!ПК К500. Показано,что выбраннуч структуру НИ коміо считать рациональной.

Уменьшение объема передаваемой на Ш1УР сейсморазведочной информации достигается благодаря впполнешш инкроЗВН Ш! предварительной обработки сейсморазведочных данных, которая в частности, заклглается в синхронном вертикальном накопленчШ суммировании )знзчениЛ отсчетов сейсморазведочных сигналов в одном и тон ::;о временном сечении.Автором предложен новый способ вертикального накопления сигналов с обнаружением и редактирование!: иипульг.них помех .свободный от недостатков других способов. Суть его за>:'

чается в следующем. Отсчеты сигнала от первого возбуждения записываются в устройство хранения данных ИМ без предварительной обработки. При приеме сигналов от второго возбуждения вычисляется _ следующая величина '

сйСП^Хй.П-ХП ,!)| (1)

где Х(],1) - отсчет сигнала ] -го возбуждения (] =1,2) в { -и временном сечении. Очевидно, что эта разность не содержит полезной составляющей принятых сейсмосигналов, поскольку условия возбуждения и приема сигналов идентичны и происходит взаимоисключение полезных составляющих ’ сигналов. Далее проводив усреднение (1) на достаточно большом вре.!.'°п,цом интервале - £ ' '

с1Х=с£_с1ХСП)/!1 ' (2)

1 ■

Одновременно С ЭТИМ. В.иполняр/гся, Су.ЭДУфрваНИС отсчетов первого, сигнала с соответствующими отс,ч?,т^:д,Б,тор'.ого сигнала.Величина (IX вычисляется один раз. харэд-рдау&Т; средний,уровень регулярной помехи и при одинаков,их. условиях, в^бдаден.ия и,,приема сейсмических сигналов остается-н/едзц.анцой-, Заурд ода используется для анализа сейсмосигналов от. гщледу.пщнх. во,зб,уг.д,е1.ц;Л. При приеме сигналов от третьего и т.д. 1\озбу;:;де.ний1-,пр,о]?.од;и,тся. их анализ с цэльк обнаружения и редактир.ол.акцяз нЦЧу^н?(С.н^( п,9Крд с последу;; под-суммированием этих сидозлад. к,.чартцч^й^су^де. ранее примятых сигналов. При этом для.кас?рГ:0>щаявщщр,.с^чрииЯ) т,екуцесо принимаемого сигнала вычисляе.тря^^ишдедде,,

(1Х( 5.1) = ^(^1-!-;)/( где ]'-1.1)- частично,а,с.у.муа,в,. 1уо«„вррденнрн,:-сечон1Ш- (результат суммирования I -х отрдатрв. (4;-Ь);(С^1Щ0В,. Критерием отсутствия импульсной помехи в 1гои.,вр.?к,ел;!9;1',1се.чен1[)1;.анализирур(:0!;о. сигнала будем считать пыполенир. нерэе/зизтрр.

(1ХСКП < МХ',:.. " ■ ' ' СЗ)

причем нормируаций козФ'^швдкт; вяСифа^тря*.из области- г- < Ш < 3 , л накопление производила.,прир.ррмуле. 5(3*1 >=5<]-1 >I')*-Х(эч.1:) .. В

случае наруиения неравенства,(3).необходимо обнаружить, где содержится импульсная понеха:. в . 1*-о?;»отсчете текущего сейсмосигнала или в 1-ом отсчете частичной, сум:ш. Распознать импцльснуи помеху поено, используя реьчэддр. правило, полученной на ОСМОМС Ширнули линейной экстраполяции .

}5С з-1,1 )/г 5-1 )-25( ]•-! ,1г2)/( М Ы )| *

|Х( ] .) )-2Х(5 Лг2)+Х(] Л-1)| > (4)

Выполнение неравенства (4) .позволяет считать, чте импц.^пая помех* присутствует в отсчете ТбКУЧ'.'ГО 1фИЫ1К->»!«П (ИППЛ* 5-го

возбуждения. Накопление при этом необходимо производить по формуле Ь'( 3 ,1 ) = 5( 1-І Л )+БС і - і, 1)/(1-І). П'р'и нарушении (4) частичную сумму следует вичислять по Формуле 3 ■. і ) = і*Х( З Л ).

В результате проведенного численного коделйр'Уваїшя установлено, что отсчет сигнала с импульсной помехой уверёНй'о распознается и инпульсная помеха редактируется Для значения Нормирующего коэффициента У > 2.3.Кроме того /йсс'л'ёдо'ва.Ш ЙОзволилн

выявить возможность обнаружения без потер1!!! ТАЧноепі ЦЇЬ'чета с импульсной помехой при использований бол’ё'ё 'іїростоґо, Ші Неравенство (4) решающего правила

)Б( 1-1 Л )/С 3-1 )-БС 3-І Л-1 )/(5-1>| <-|’К('3 Л^-ХХЗ ,1-'П1 что позволило реализовать описанный алго'рйИі і'іа МПК Н5В8 в рваЛЬ-нон масштабе времени. ’ Вашім преимущество^ предлокенного способа ПО отноіенио І? СУЦОСТВУКЦІШ является снижение требования к обЪеНу памяти запомиплпчегп чстройства: объем определяется ликь чі'.сЛпіі

отсчетов принимаемых НУ сейсмосигналов.

Как было отмечено в гл.2.для функционирования прикладного 110 НК по>ч управлением диспетчера все БЦП связываются в кольцевой спиттк. Расположение их в списке СИП поставлено в зависимость от приоритетов процессов в НМ сейсморазведочной ИВС. Ввиду того, что выполнение процессов в ИМ ограничено лесткими рамками кванта реального времени, бил выбран ренин работы процессора мнкроЗВМ на базе МПК К580 без обработки прерываний от устройств вВода/внвода. Зто означает .что прием управляющих команд от ЦПУР. передача информации в телеметрический канал и сбор сейсморазведочных данных осуществляются по "готовности".

На основе разработанных алгоритмов созданы прикладные программы,которые наряду с общим ПО,рассмотренный в гл.2.образуют ПО нинего уровня сейсморазведочных ИВС. ПО использовано в ИМ телеметрической системы УКВ АРС.разработанной в СНИИГГиМС.

В четвертой главе приводится результаты разработки структуры .алгоритмического и программного обеспечения !!'.( сейсмологической ИВС.

И!1, г:'одс«іие в состав сейсмологической !!ВС.долччч обеспечивать пдуций реки» регистрации, смысл которого заключается з регистрации только полезных сигналов из всего потока поступаете;'! информации и мояет быть реализован аппаратным (Лебедев К.й.и ДР. .СССР) пні программным способом (Ра/ізман В.і!.. СССР). Каждый ИМ огн.упі! З’.' Мпльмпгп объема. розцелпшшм на зоны размером до 32Кбайт.!!ар-;ді; го сбором информации основной задачей сейсмологического !!!! ас.т::т« обеспечение обмена данными и командами по телеметрическому каналы между ним и ЦПУР. Передача сейсмических

данных от ИМ инициируется соответствующей командой ЦПУР.

Проведенные исследования показали, что вычислительной мощности одной микроЭВМ на базе МПК К588 в составе НМ недостаточно. Для обеспечения работы'ИМ в режиме реального Бремени необходимо Применение ДБул никроЭВНСдвухмашинный комплекс). Связь меиду мик-роЭБМ обеспечивается через дуплексные регистры, что является наиболее простим, но вполне достаточным для получения требуемой скорости обменов между ыикроЗЬМ схемотехническим решением.Первая микроЭВМ,называемая ведущей,обеспечивает работу с ЦПУР и управляет второй микроЭВМ,называемой ведомой. .

При разработке алгоритма передачи сейсмологических данных от ИМ к ЦПУР но телеметрическому каналу использован известный критерий максимума скорости передачи дискретной информации. С учетом структурного способа организации передачи этих данных ,использую-це.го соимсцеиис приема и передачи с обработкой данных на микроЭВМ ЦПУР.проведены исследовании и ьнбран рациональный размер передаренного блока данных, позеолллцин получить максимальную скорость передачи.Показано ,что применение помехоустойчивого кодирования данных модифицировапшш векторным методом с исправлением ошибок увеличивает скорость их передачи по телеметрическому каналу.

Разработаны алгоритмы Функционирования ведущей и ведомой микроЭ^И ИМ,а также алгоритм обменов между ними,учитывающий особенности связи микроЗВИ с использованием дуплексных регистров.

Контроль работоспособности основных блоков 1!М периодически осуществляется в процессе работы с передачей результатов контроля в адрес ЦПУР. ' •

Описанное выае общее ПО и созданные прикладные программы сейсмологического ИМ позволят последнему выполнять возловенние па пего Функции в реальной маситабе времени. Особенностью прикладного 110 двухнашшного комплекса является то,что оно содержит модули обмена информацией менду-ведомой и ведущей микроЗВК.

В пятой главе рассмотрены инструментальные программные средства,которые позволяют.во-первых, вести отладку программного и аппаратного обеспечения ИМ одновременно, что уменьшает общее время на разработку С ИВС,а,во-вторых,моделировать сейсмические сигналы,алгоритмы функционирования внешних устройств ИМ и т.д. с целью исследования эффективности предлагаемых в работе методов и алгоритмов.

Среди инструментальных средств ваашое г,йсто занимает монитор. разработанный для отладки программной и аппаратной компонен! специализированных микроЭВН , п о д д е р э; и г .а и г. систему ком чип 0 3-мгйг.тва микр о ЭВМ "Электроника 60".

Предложен и реализован ряд способов и средств моделирования на технологической ЭВМ типа СИ-4 алгоритмов функционирования внешних устройств ИМ,сейсмических сигналов и т.п.Наличие этих средств и монитора позволяет вести отладку програми в отсутствии части блоков ИМ. .

В заключении приведен» основные результат!! работ!!.

[і прилоаение пшессіш акти о внедрении ^азработом-них алгоритмических и программных средств.

0СІІ0В1ШЕ РЕЗиЛЬТПТП РАП0ТІ1

1.11а основе метода эволюционного синтеза систем разработан» структури сейсморазведочного и сейсмологического ШІ . Для создания специализированных инкроЗВН каждого из них обоснован выпор микропроцессорного комплекта К508.

2.Разработано системное алгоритмическое и программное обеспечение И!1,созданное среду инкционировамия в реальной масстабе времени прикладних програші свйскоразвсг.очш’.х и сейсмологических 'і!!.

3. Предложен и разработан нодичіикровакніпі векторный метод ПОМЄХОУСТОЙЧІШО'ГО кодирования сейсмических ДЗННП" перед ПСрСДа",Ої'і последних в телеметрический канал связи !!!! с ЦПУР с избыточностью один контрольний бит на кодируемое слово. Нотол позволяет не только полкость» обнаруживать маличне ш.'И'Зої: г: элементарном блоке-, '

но И исправлять двоймуп ОЬИЙКУ МЛИ 'Зі;ачг! ГСЛШУЛ часть ННОГЬЙН-товых осибок . вклпчая пачку. Его пиоО'-иммсть'з .является способность к блочному кодировании информации •:а[::тди с "потоковым" кодированием . . ■ '

-5. Рззработоїш .алгоритми м програ:':::; .о'5»спечнрзн:ше контроль работоспособности аналогового тракта Ш! в случае тестового воздействия на него в сиде гармонического синусоидального сигнала.

ІЗ. Проанализирован!' и лкзптировшш применительно і: разработке і! эксплуатации ПО [П| методи и алгоритми полиаснкя надежности программ.

0. Создан алгоритм Сбнзруленмг! !! редактирования импульсных помех с одновременный вертикальным нанопленнен сейсмических данных, работапций в реальном масштабе времени.

7. В результате проведенного анализа у ряда численних экспериментов выбран трехбайтный формат представление сейеморазведоч-них данных » памяти микроЗВМ, обеспечивающий требуемую точность при предварительной обработке этих данных в реальном времени. Разработаны специализированные макрокоманд!! поддержки арифметики трехбайтного формата с Фиксированной запятой.

8. Созданы программные средства нижнего уровня распределенных сейсморазведочных ИВС.обеепечиваюцие надевное функционирование ИМ в реальном времени.

9. Разработано программное обеспечение нижнего уровня распределенных сейсмологических НВС.,.позволяющее надежно функционири-вать двухмашинном ИМ в реальном! времени.

Ю.Предлоасни и реализована способы и средства моделирования на технологической ЭВМ алгоритмов Функционирования внешних устройств ИМ сейсморазведочных и сейсмологических ИВС,сейсмических сигналов и т.д.Это позволяет разрабатывать Г!0 нижнего уровня СИВС одновременно с разработкой аппаратной-части ИН,а также вести отладку программ в отсутствии части< блоков. НИ'.Разработан монитор для отладки аппаратных и программных средств специализированных микроЗВМ ,поддерннваюцнх систему, команд! семейства микроЭВМ "Электроника 00",

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНА СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТУ

1. Ивин В.А., Марков 11.Г. Способ, обнар.уг-ения. и- редактирования импульсных помех при регистрации сейсмических' сигналов //Передовой науч.-произв.огшт,рекомендуемый для внедрения в геол.-развед.отрасли: Науч.-техн.информ.сб./ВНИИ1Экон.минер.сырья и геол.-развед.работ (ВИЗМС)..- М.. 1989. Вып.11. О.З-Э^

2-. Ивин В.А., Марков II.Г. Модифицированный-векторный метод помехоустойчивого кодирования //Изв.АИ УзССРл СТ1!. 1990.N2.

С,10-12. ' ' - . '

3 . Ивин В.А.. Марков Н.Г. Оперативный, мштроль параметров удаленного пункта сбора сейсмической информации /./Сборник тезисов докладов регионального научно-практического семинара "Ускорение научно-технического прогресса в нефтяной-и газовой-прокниленнос-ти".-Томск.1989, вып. 2. С.49.

4 . Ивин В.А., Марков Н.Г. Вопросы проектирования линейных рекурсивных фильтров для сейсморазведочных систем //Сборник тезисов докладов регионального научно-практического семинара "Ускорение научно-технического прогресса в нефтяной г. газовой помиилен-Пости".-Томск. 1990.Вып. 3. С.79-80.

5 . Ивин В.А., Марков 11.Г.' Программное обеспечение управляго-цеи двухпроцессорной вычислительной- системы // Тезисы докладов И Всесоюзной научно-технической конференции - Микропроцессорные комплексы для управления технологически!!!; прчцесо-.ии. СГррзмий. сонтчбрь, 5ЭЧЗ : ИнформприРор, 1459. С

6 . Ивин В.А. Системное программное обеспечение двухпроцессорной ыикроЭЗМ полевой сейсмостанции.//Сборник тезисов докладов регионального научно-практического ■ семинара "Ускорение научно-технического прогресса в нефтяной и газовой промышленности".-Томск. 1988 . Вып. 1 .С.133-'65.

7 . Ивин И.А., Симбирце-ва U.S. Диагностика ЗУ большого объема полевой компьвтизирован-'ой сейсмологической станции//Ипформ-листок 102-89.-Томск: ЦНТИП.‘1389.-4с.

8 . Ивин В.А.. Коптева Л.Й., Рибалов С.11. Сейсиорегмстрирую-щий полевой'модуль со встроенный спецпроцессором// Тез.докл. 5-й региональной научно-практической конференции. ''Молодые ученые и специалисты - ускорению НТП1! -Томск: ТГУ, 1986. С. 176.

9 . Ивин В.А." Диспетчер для бортовых- ыикроЗВН устройств сбора геофизической инФорнации//Сборник тезисов докладов регионального научно-практического семинара "Ускорение научно-технического прогресса нефтяной и газовой пошшленности."- Томск. 1990 . Вып. 3. С.83-89.

10. Ивин В.А., Парков 11.Г. Микропроцессорная система для сбора и предварительной обработки сейсмических дашшх//Сборнии тезисов докладов регионального научно-практического семинара "Ускорение научно-технического прогросса в нефтяной и газовой про-ниилешшср.Г .-Томск. 1388. Вып. 1 .С .01-02.

11.. Нвии В.А., Марков II.Г. Специализированная микроЗВМ для сбора и предварительной обработки сейсмической информации //Анализ И синтез элементов И структур упр?"" 2!)|1 п.,„,..пшш

198В. С.55-60.

Подписано к печати 2?..01.02.

Заказ 18 . Тиран 100 экз.

034001.Томск,пр.Ленина,30.Ротапринт ТПП