автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения эффективности сопряжения агрегатируемых средств в гибких автоматизированных системах, использующих интерфейс КОП

НИЖЕГОРОДСКИЙ НАУЧНО — ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Р Г Б ОД

На правах рукописи

л

ВУЛАХ Михаил Янкелевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОПРЯЖЕНИЯ АГРЕГАТИРУЕМЫХ СРЕДСТВ В ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ИНТЕРФЕЙС КОП

05.13.01 —управление в технических системах

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандаддта технических наук

V

Нижний Новгород, 1996

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Махалин Б. Н.

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Постоенко Ю.К.

Ведущее предприятие —Научно —исследовательский институт измерительных систем (г. Нижний Новгород).

Защита состоится в_££____часов

на заседании диссертационного совета Д.063.8,5.02 при Нижегородском государственном техническом университете, 603600 г. Нижний Новгород, ГСП —41, ул. Минина, 24.

С диссертацией в Виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

• Диссертация в виде научного доклада разослана

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

-

Иванов А..П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Непрерывное увеличение количества задач, своевременное и оптимальное решение которых возможно только с использованием гибких автоматизированных.систем (ГАС) и повышение сложности задач — с одной стороны, тенденция к разработке ГАС производителями или пользователями определенного вида продукции и стремление их к уменьшению, затрат времени и средств на разработку и модернизацию как аппаратных, так и программных средств — с другой, выдвигают проблему обеспечения соответствия совокупности агрегатируемых средств (АС) и контроллеров системы (КС), использующих интерфейс «канал общего пользования» (КОП), требованиям, предъявленным к ним при использовании в ГАС. Это соответствие определяется совместимостью совокупности АС и КС, гибкостью их в применении и производительностью в составе системы (системной производительностью), необходимой квалификацией пользователя для их обслуживания, разработки и модернизации прикладной программы системы. Совокупность этих возможностей и определяет эффективность сопряжения АС и КС. Разработка методов ее повышения способствует повышению как технических и эксплуата — циовных характеристик АС и КС, так и ГАС на их основе при одновременном уменьшении затрат времени и средств на их разработку и производство. Поэтому задача повышения эффективности сопряжения АС и КС, использующих интерфейс КОП, является актуальной как в научном, так и прикладном плане.

Цель работы. Цельюработы является разработка методов повышения совместимости и системной производительности АС и КС, использующих интерфейс КОП, расширение области применения и повышение их эксплуатационных характеристик, а также повышение оперативности создания ГАС. Достижение указанной цели включало решение следующих задач:

— анализ причин низкой эффективности сопряжения АС и КС в составе ГАС. Разработку номенклатуры показателей сопряжения и методики выбора АС для ГАС;

— разработку методов обеспечения высоких показателей сопряжения АС и КС, в том числе повышения эффективности КС при составлении прикладных программ и при работе в сети ПЭВМ на базе интерфейса КОП;

— разработку методов и аппаратуры для котроля показателей сопряжения АС; , -

— реализацию разработанных методов повышения эффективности сопряжения при разработке как АС и КС, так и ГАС на их основе.

Методы исследований. В процессе работы использовались эле — менты теории распределенных вычислительных систем, конечных автоматов, методы технической диагностики и математической логики.

Каушая новизна. Развита концепция интерфейса КОП, используемая для создания высокоэффективных средств системного применения. В этой связи;

— разработаны метод анализа и номенклатура показателей эффективности сопряжения АС, обоснованы критерий сравнения и методика выбора АС для ГАС;

— разработаны и теоретически обоснованы методы повышения системной производительности АС й КС при реализации интерфейса, в том числе предложены и обоснованы алгоритмы новых методов «взятия управления»'каналом, а также идентификации АС с использованием способа адаптивно —группового присвоения приоритета;

— предложена и теоретически обоснована модернизация диаграмм состояний функций интерфейса (ФИ) «Синхронизация приема» (СП1), «Синхронизация передачи источника» (СИ1), «Контроллер» (К2, КЗ, К5), «Запрос на обслуживание» (31), «Дистанционное/местное управление» (ДМ), позволившая уменьшить количество.ошибок взаимодействия, повысить системные показатели АС и дистанционно

' вводить программные данные в КС; разработаны методы предупреж — деиия и обнаружения ошибок взаимодействия;

— разработан базовый набор операторов КОП и обоснованы функциональные возможности каждого из них; разработан протокол « обучение контроллера», способствующий автоматизации составления прикладной программы проверки о&ьекта;

— предложена и обоснована методика составления тестов для контроля ФИ^разработана методика и аппаратура для контроля показателей сопряжения АС.

г

Практическая ценность. Полученные 9 работе научные результаты и созданные на их основе нормативно — методические документы и технические средства позволили осуществить промышленное внедрение разработанного автором ГОСТ 26.003-30 ( СТ СЭВ 2740—8С), повысить совместимость АС, а также технические и эксплуатацион— " ные характеристики как АС, так и систем на их основе, автоматизировать функциональный и параметрический контроль сопряжения АС, уменьшить затраты на разработку прикладного программного обес — печения ГАС, а также снизить требования к квалификации програм — миста. Разработанные методы повышения эффективности сопряжения АС позволяют повысить оперативность создания систем и уменьшить стоимость их разработки.

Внедрение результатов работы. Научные результаты, изложен — ные в диссертации, получены в процессе выполнения автором плано — вых НИОКР, проведенных в Нижегородском научно — исследователь — ском приборостроительном институте в период с 1973 по 1996 г. и направленных на создание систем и приборов. В результате прове — денных работ:

— разработаны и широко используются в стране: ГОСТ 26.003 — 80 [13], СТ СЭВ 2740 — 80 [14], методические указания по проверке интерфейса [16], методические указания по реализации требований ГОСТ 26.003-80 [27];

— введены показатели сопряжения и требования к ним в технические задания и технические условия для АС через стандарт голов — ного предприятия [20] и отраслевой стандарт [19], соответственно;

— разработаны базовые комплекты устройств сопряжения для АС, внедренные в 28 НИОКР по разработке приборов н систем, в том числе в приборах: ДК1-16, ФК2-29, ФК2-33, ФК2-39, РК4-55, Г5-84, 43 - 47, 43 - 50, 43 - 41, РЧ6 -01, РЧ6 - 02, РЧ6 - 03. РЧ6 - 04, РЧ6 - 05, С9-8, В2-32, мультиметре 837, преобразователе 807, Б6-6, Б6-8, Б5-68, РКАС-01;

— подготовлены технические задания и заключены договоры с предприятиями МЭП на разработку микросхем для реализации ин — терфейса КОП, в результате выполнения которых разработаны БИС — КР580ВВ91,580ВВ91,580ВГ92, а также микросхем КР559ИП6 и 559ЙП6;

— впервые в стране разработан й серийно выпускался с 1987 г. контроллер КОП {в составе УУОД Р908) с базовым набором операторов КОП, имеющий возможность работы в сети ЭВМ на базе КОП;

— разработан и освоен в серийном производстве «Анализатор КОП Ц4-1»; ,

— разработана автоматизированная система для функционального и параметрического контроля интерфейса КОП.

Результаты работы внедрены на 8 заводах и 11 научно — исследо — вательских и опытно — конструкторских предприятиях.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 3,9 млрд. руб. в ценах 1996 г.

Апробация результатов работы. Основные положения работы и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на следующих научно—технических конференциях, симпозиумах, заседаниях, семинарах и совещаниях: совещание представителей Министерства промышленности средств-хвязи (Горький, 1979; Горький, 1982); заседаниях секции №3 постоянной комиссии Совета Экономической Вза имопомощи (Киев, 1977, Вильнюс, 197/8); V Всесоюзном симпозиуме по модульным информационно — вычислительным системам (Кишинев, 1985); Всесоюзной конференции «Средства измерений, диагностики и контроля РЭАIV—У поколений» (Горький, 1986); семинаре «Радио — измерительные приборы — 91» (Москва, 1991); семинаре и совещании представителей предприятий (Н.Новгород; 1993 г., Н.Новгород, 1994 г.)

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 41 научных трудах, в том чисде 20 печатных работах, 7 нормативно — технических документах, 13 научно—технических отчетах, а также авторском свидетельстве на промышленный образец.

В диссертации защищаются:

— метод анализа эффективности сопряжения АС, использующих интерфейс КОП, и методика их выбора для ГАС;

— принципы построения и пути практической реализации устройств сопряжения с КОП, включающие методы повышения уровня совместимости АС I! КС, их системной производительности, гибкости в применении и эксплуатационных показателей;

— основы организации контроля устройств сопряжения, включающие методы функционального и параметрического контроля показателей сопряжения АС, использующих интерфейс КОП;

— устройства сопряжения с КОП в составе АС и КС, освоенных промышленностью и внедренных в составе ГАС в различные отрасли, а также "Анализатор КОП Ц4—1" для контроля показателей сопряжения.

РАЗДЕЛ I. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ, ВЛИЯКЙЦИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОПРЯЖЕНИЯ АС И ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

Работы по интерфейсу КОП впервые в стране начались в 1973 г. в Горьковском научно — исследовательском приборостроительном ин — ституте. В 1975 году был разработан стандарт головного предприятия [1], а после проведения комплекса работ [2—8] — автором разработан ГОСТ 26.003 —80 [13], соответствующий рекомендациям МЭК — 625. В 1980 году в результате международного сотрудничества, при участии автора, был разработан СТ СЭВ 2740 — 80 [14]. Эти стандарты стали основой для обеспечения совместимости АС, выпускаемых различ — ными предприятиями и странами.

В середине 80 — х годов появляется большое количество АС, иеющих интерфейс КОП (в том числе описанные в [б— 12]), что должно было позволить пользователям оперативно и с минимальными затратами разрабатывать системы дуя решения возникающих задач и просто менять их конфигурацию. Однако, как показал опыт по разработке ряда систем и проведенные автором исследования, этого не произошло из —за наличия у многих АС и КС следующих недостатков:

— несоответствия спецификациям стандарта [25];

— отсутствия необходимых для эффективного использования в системе ФИ и невозможности дистанционного управления необходи — мыми режимами работы [23, 24];

— низкой системной производительности [21, 29, 30];

— недостаточных эксплуатационных возможностей, усложняющих разработку прикладного программного обеспечения системы, ее эксплуатацию и обслуживание, а также ограничивающих область их применения [17, 23, 24, 31, 32].

Кроме того анализ совместного использования различных АС [25 — 27] показал, что в стандарте имеются неоднозначности, которые в ряде случаев существенно усложняют применение АС в системе.

Вышеперечисленные недостатки присущи и ряду зарубежных АС, что привело к появлению у ведущих зарубежных приборостроительных фирм разработок по проектированию и проверке интерфейса КОП, а также к продолжению работ по совершенствованию концеп — ции этого интерфейса [40, 41].

Проведенный анализ показал, что низкая эффективность сопря — жения совокупности АС и КС из — за вышеперечисленных недостатков является следствием следующих нерешенных проблем:

— отсутствия в стандарте на интерфейс КОП требований к набору ФИ, обязательному для каждого типа АС и КС, к полноте дистанционного управления работой АС," к минимальной скорости приема — передачи сообщений; недостаточной проработки "вопросов применения в АС и КС кодов, форматов и команд управления, а .также отсутствием требований к операторам КОП;

— отсутствия номенклатуры показателей сопряжения в нормативных документах для АС и КС, а также рекомендаций по исключе — нию неоднозначности стандарта и методов, способствующих обеспе — ченйю высоких показателей сопряжения АС;

— отсутствия методик и аппаратуры для контроля показателей сопряжения на этапах разработки, производства и эксплуатации АС.

Очевидно, что основные пути повышения эффективности сопряжения АС и КС должны быт!, направлены на решение вышеперечисленных проблем, которое изложено в последующих разделах.

РАЗДЕЛ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ • СОПРЯЖЕНИЯ И ВЫБОРА АС

2.1. Выбор и обоснование номенклатуры показателей эффективности сопряжения АС

Анализ требований, предъявляемых к АС при использовании их в ГАС показал, что помимо выполнения ими требований совместимости, структурной и параметрической полноты, каждое АС должно обладать

«полнотой сопряжения» для обеспечения возможности эффективного выполнения в составе ГАС заложенных в нем основных функций [23].

Установлено, что совместимость и параметрическая полнота совокупности АС зависят от полноты сопряжения каждого из них и определяется возможностями используемого в нем устройства сопря — жения. " . '

В результате анализа требований, выполнение которых позволило обеспечить полноту сопряжения АС, определена номенклатура пока — зателей эффективности сопряжения (ПЭС) АС. При этом все ПЭС были рзделены на операционные, определяющие возможность при-, менения АС в ГАС, и оперативные, совершенствующие адаптацию АС к применению и простоту взаимодействия пользователя с АС при разработке Прикладной программы системы и ее эксплуатации.

На рис. 1 приведены ПЭС совокупности АС. Выбор необходимой номенклатуры ПЭС определяется использующей их структурной еди — ницей.

Обоснованы базовые ряды ФИ и предпочтительные наборы их вариантов для различных структурных единиц [23]. Показана необходимость обязательного наличия в АС ФИ «Синхронизация приема» (СП), «Приемник» (П), «Синхронизация передачи источника» (СИ), «Источник» (И), «Сброс» (СБ) и «Запрос на обслуживание» (3); наличие остальных функций — в зависимости от конкретной структурной единицы.

Расмотрено влияние каждого из ПЭС на эффективность сопря — жения АС. Проведенные работы и введенная номенклатура ПЭС в. нормативно — техническую документацию на АС [19, 20] позволили существенно повысить системные характеристики АС при разработке и упростить решение как задачи комплексной оценки качества сопря — жения АС существующими методами расчета, так и выбора АС для ГАС, являющейся одной из сложнейших при разработке системы после ее структурного синтеза.

2.2. Разработка методики выбора АС для ГАС

Сравнительная оценка АС должна отражать качество АС при испо\ьзовании его в составе ГАС н давать возможность разработчику проводить выбор АС, оптимального по заданному для ГАС критерию.

Рнс.1. Показатели эффективности сопряжения /ЗО — запрос на обслуживание, НУ — начальная установка, """ * -----—г-р.д _ сбпос \тиверсальный И адресный, соответственно/

С учетом вышеизложенного, автором предложена методика, в соответствии с которой выбор АС для ГАС осуществляется в три этапа [23];

— на первом этапе проводится разделение сравниваемых показателей качества АС на группу основных показателей, которая включает показатели, определяющие возможность применения АС в конкретном ГАС и группу системных показателей, которая включает все операционные показатели сопряжения;

— на втором этапе проводится выбор АС по основным показателям качества с учетом необходимого набора ФИ, полноты программиро — вания органов управления, применяемых кодов и форматов. Если при совокупности основных показателей АС не удовлетворяет техничес — кому заданию на ГАС, то его исключают из дальнейшего рассмотрения;

— на заключительном этапе проводится сравнительный анализ выбранных АС с учетом системных показателей качества по определенному критерию сравнения.

В качестве критерия для сравнения АС применена «оценочная функция», использованная для выбора серии микросхем для ЭВМ, впервые предложенная коллективом авторов под руководством Б.И. Белова.

Показано, что этот критерий позволяет наиболее полно учесть всю совокупность показателей АС.

Оценочная функция определяется в соответствии с уравнением:

т

где 1=1, 2... — номер АС; у = 1, 2... — номер учитываемого показателя; а — нормативный (относительно лучшего) показатель; В, — коофициент важности } — го показателя.

Основной критерий при установлении важности — назначение ГАС и область ее применения. На этот коэффициент накладывается следующее ограничение:

т

Е В.=1 ■

Ы 1

Пример выбора АС для ГАС по оценочной функции приведен в

РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ СИСТЕМНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АС И КС

Анализ затрат времени при организации взаимодействия АС в ГАС показал [21, 29, 30], что основными факторами, определяющими производительность ГАС, являются системная производительность АС и КС, а также оптимальная во времени организация исполнения (синхронизация) прикладных программ КС и каждого из АС. При этом задержка времени в КС на «взятие управления» (задержка исполнения управления), затраты в нем времени на идентификацию АС и окончание обработки в них командных сообщений, время реакции АС на системные команды ввода/вывода, время их исполнения и время выполнения в нем запрограммированного действия оказывают существенное влияние на эти факторы. Причем используемый способ «взятия управления» (ВУП) должен обладать возможностью использования его при любых вариантах взаимодействия АС — то есть быть не только эффективным, но и универсальным.

3.1. Разработка методов повышении производительности КС при взятии управления

С целью определения универсалыюсти в применении стандартных способов «взятия управления» и влияние их на производительность КС, были проанализированы возможности функции интерфейса «контроллер» (К) [29]. При этом было отмечено, что обладая минимальной задержкой исполнения, использование асинхронного способа ВУП может привести к'возникновению ошибки в системе, что в ряде случаев препятствует его применению. Исключение этого недостатка при использовании синхронного способа ВУП увеличивает непроизводительные затраты ресурсов КС из—за увеличения зависимости задержки исполнения управления от быстродействия взаимодействующих АС и задержки вьшолиения основного действия АС -источником, увеличивает влияние скорости приема КС на скорость обмена по КОП, приводит к появлению возможности зависания КС.

Для исключения недостатков различных.способов ВУП были предложены и исследованы [29] квазиасинхронные и модифицированный синхронный способы ВУП. Результаты исследований показали, что стандартные и предложенные способы ВУП не позволяли обеспечивать универсальное и эффективное"их применение как из —за увеличения задержки исполнения и возможности сбоя в системе при квазиасин — хронном' ВУП, так и необходимости нахождения КС в состоянии приема при модифицированном синхронном ВУП [29]. В [29] были обоснованы и разработаны изменения в диаграммах состояний функций СП и К, позволившие исключить нахождение-КС в состоянии приема при синхронном ВУП. При этом разработаны дополнительные временные требования для ФИ СИ и К, позволившие реализовать в КС этот способ ВУП с использованием существующих интерфейсных ВИС.

Приведены характеристики различных способов ВУП. Показано, что разработанный новый способ синхронного ВУП исключает недо — статки стандартного синхронного ВУП, позволяя при этом в десятки раз (в зависимости от временных показателей взаимодействующих АС) уменьшить задержку исполнения управления и затраты машин — ного времени КС на ВУП, а также исключить влияние скорости приема КС на скорость обмена между АС.

3.2. Разработка методой повышения производительности КС при идентификации

Проведенный анализ показал [30], что на эффективность иденти — фикацни АС влияют способы ее инициирования, присвоения приори — тета АС, а также используемые в КС методы проведения последовательного и параллельного опроса. Анализ причин, препятствующих' применению инициирования оироса по прерыванию с использованием функции интерфейса К4 показал, что основными из них являются: возможность зависания программы в КС при использовании стандар —. тного синхронного способа ВУП; наличие неоднозначностей функции 31, приводящих к появлению ложного вектора прерывания в КС; недостатки существующих'спссобов формирования сигнала «Запрос прерывания» (ЗПР), не позволяющие его получения без наличия перепада уровня напряжения на линии ЗО или приводящие к потере в КС запроса на обслуживание от АС. Предложены способы исключения указанных недостатков.

Были рассмотрены достоинства и недостатки параллельного, на — иболее широко используемого последовательного и гГреможенного комбинированного методов опроса АС.

Выявлено, что отсутствие в стандарте на интерфейс требований к дистанционному маскированию в АС выдачи сигнала ЗО приводит к необходимости опроса КС всех АС, имеющих функцию 31 (но не имеющих возможности такого маскирования), для установки ложного состояния сигнала ЗО в КОП после его появления.

Разработан алгоритм [30] идентификации АС с использованием метода адаптивно—группового присвоения приоритета (ИАГП), применение которого позволило при идентификации уменьшить потери ресурсов КС за счет исключения необходимости опроса всех АС, имеющих ФИ 31, в результате наличия в алгоритме возможности анализа сигнала ЗО после окончания опроса группы АС.

Проведенное сравнение затрат времени КС при использовании метода ИАГП показало, что по сравнению с использованием опроса осуществляемого по принципу «одна программа опроса на одно АС» выигрыш составляет до 14 раз, а по сравнению с использованием опроса, осуществляемого по принципу «одна программа опроса на все АС» выигрыш составляет до 5 раз, в зависимости от количества опрашиваемых АС.

3.3. Анализ и разработка методов повышения системной производительности АС и КС при реализации ФИ

Применение микропроцессора в АС и стремление уменьшить габаритно — весовые характеристики последнего, при отсутствии не — обходимых БИС интерфейса,,приводит к различному уровню использования программных средств при реализации ФИ в АС. Это ведет к увеличению затрат времени микропроцессора на исполнение систем — ных команд ввода/вывода (СКВВ), следствием чего является уменьшение как системной производительности АС, так и производительности ГАС, а также значительное увеличение времени затрачиваемого КС на идентификацию АС. Вышеизложенное в 1979 — 1982 г. привело к необходимости решения задачи оптимизации алгоритмов, структуры и технических решений, используемых в микропроцессорных АС.

Проведен анализ [21[ основных алгоритмов реакции АС на СКВВ и организации временной последовательности выполнения СКВВ, измерения, запоминания и обработки данных в АС. При этом предл.о —

жены рекомендации для повышения системной производительности АС при их разработке.

Рассмотрены программный, программно — аппаратный и аппаратный способы реализации ФИ. Показано, что в результате временных ограничений, необходимых для правильной работы ФИ и ограни — ченного быстродействия микропроцессора, при программной реализации ФИ возникает проблема минимизации как аппаратных затрат, так и непроизводительных затрат времени микропроцессора. Предложено решение этой проблемы и обоснована структура интерфейса при программном способе его реализации. Преложены методы повышения системной производительности АС при программно — аппа — ратном и аппаратном способе реализации ФИ. Обосновано ограниче — ние максимального времени ввода/вывода байта сообщения величи -ной 1 мс [27].

Проведенное сравнение эффективности программного и аппаратного способов реализации ФИ в микропроцессорных АС показало, что применение аппаратного способа реализации можег существенно повысить производительность АС и ГАС за счет уменьшения до десяти раз времени установления связи между АС, а также исключения как влияния на время прохождения в КОП сообщений от других АС, так и увеличения времени измерения АС при его работе в составе ГАС.

3.4. Повышение эффективности' КС при работе в мультнкон— троллерной ГАС

Увеличение количества задач по сбору и обработке больших объемов данных и повышение сложности решаемых задач, привели к необходимости исследования и разработки методов использования нескольких КС в составе системы.

Проведенный анализ [35] показал, что при этом как действующий (ДКС), так и не действующий (ИКС) КС должны иметь возможность участия в управ.ляемом КС решении.системной задачи или че части как по сбору и обработке данных, так и по управлению системой (только ДКС). Наличие таких возможностей способствует существенному повышению области применения КС и производительности системы. Установлено, что для этого в контроллерах, помимо возможности приема и передачи управления, должны выполняться следующие требование: прием и исполнение данных прикладной программы; прием и передача сообщении устройств в/из НКС; возможность

перехода на дистанционно задаваемую часть прикладной программы НКС.

Обоснованы необходимые варианты ФИ и предложены два метода реализации функции «Дистанционное/местное управление» (ДМ —К) для разрешения ввода программных данных в НКС, использование которых способствует реализации перечисленных требований: при — менение новой диаграммы состояний функции ДМ —К [35] и модернизации стандартной функции ДМ.

Разработан алгоритм перехода НКС на необходимый режим ра — боты (прием, передачу, прием управления), при котором выполнение в нем определенных операторов ввода/вывода задерживается на задан — ное время при одновременном формировании БСТ с необходимыми сообщениями, а также сигнала ЗО. После идентификации и обработки БСТ, ДКС устанавливает НКС в запрошенный им режим работы.

РАЗДЕЛ 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОПЕРАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОПРЯЖЕНИЯ

4.1. Разработка операторов управления КОП

С целью понижения требований к квалификации программиста, уменьшения стоимости и повышения оперативности разработки или модификации прикладных программ был проведен анализ требований к базовому набору операторов КОП, в результате которого установлено [31 ], что для оперативной разработки прикладных программ, в том числе и программ контроля сопряжения АС, базовый набор операторов (совместно с устройством сопряжения) должен обеспечивать: реализацию всех потенциальных функциональных и скоростных возможностей сопряжения АС, оговоренных стандартом на интерфейс; простоту организации цзаимодействия АС с использованием стандартных протоколов; побитный анализ БСТ; ввод/вывод любых оговоренных стандартом кодов и форматов; эффективную организацию синхрони — зации прикладных программ КС и АС; задание времени тайм —аута и возможность передачи сообщений об ошибках взаимодействия ^ в прикладную программу; возможность работы КС в ГАС с мультикон — троллерной организацией; возможность передачи любых многоли — кейпых интерфейсных сообщений; независимое управление линиями ОН, ДУ, УП, КП, ГП, ДП, СД; считывание состояний линий КОП и их побитный анализ.

1с"

Установлено, что использование эмпирически созданных наборов операторов КОП в отечественных и зарубежных КС не обеспечивает выполнение этих требований. На основе полученных результатов в 1986 г. разработан и внедрен [31, 33] базовый набор из 23 основных и 12 дополнительных операторов, в том числе универсальный оператор последовательного опроса, в котором использованы результаты, по — лученные в п.п. 3.1, 3.2, 4.3 и операторы, необходимые для работы КС мультиконтроллерных ГАС.

4.2. Разработка протокола для автоматизации составления программ проверки объекта

Создание операторов КОП упростило пользователю применение стандартных протоколов установления/разъединения связи между АС и опрос их состояния, но оперативность составления прикладных программ оставалась довольно низкой из —за относительно большой трудоемкости составления программ управления функциями устрой — ства АС.

Применение автоматических генераторов программ проверки объ— екта повышает оперативность составления прикладных программ, но требует большой объем памяти КС и исключает использование новых АС, необходимая информация о которых отсутствует в памяти КС. Поэтому возникла необходимость создания протокола, применение которого позволило бы использовать в ГАС как новые АС без сущёс — твенного увеличения трудоемкости составления прикладных программ, так и КС без повышенных требований к его объему памяти.

В результате проведенных работ в 1987 г. разработан протокол «обучения контроллера» [32], позволивший автоматизировать состав — ление программ проверки объекта на основе запоминания в КС действий пользователя по управлению АС (например, во время контрольной проверки им объекта и полученных при этом результатов). Обоснованы диаграмма состояния функции «Обучение» для АС, коды и форматы для этого режима. Предложен алгоритм «вставки» интерфейсных сообщений при генерации в КС прикладной програм — мы. Сформулированы требования к АС, необходимые для правильного выполнения им генерируемых КС программных данных, а также требования, позволяющие реализовать в КС программу обучения [32|.

4.3. Разработка методов обнаружения и предупреждения ошибок. взаимодействия АС

Отсутствие в стандарте на интерфейс КОП методов обнаружения и предупреждения ошибок взаимодействия АС приводит к повышению затрат на разработку и обслуживание ГАС, к возможности возникновения в ней критической ситуаций. Анализ причин возникновения ошибок [25] показал, что основными из них являются: несоответствие реализаций интерфейса спецификациям стандарта, неоднозначности стандарта, ошибки пользователя и сбои в АС.

С целью выявления основных ошибок, допускаемых при реали — зации сопряжения, в 1983—1985 г. автором было обследовано более 25 типов разработанных и разрабатываемых АС; более 40 типов АС обследовано сотрудником метрологического центра Е.Ю. Тимофее — вым. Созданные с учетом обследования, а также полученных автором в работах [17, 21, 23, 24,25,26] результатов, методические указания по реализации требований стандарта [27] позволили существенно понизить количество ошибок при разработке АС и повысить их системные показатели. .

Было проведено исследование вариантов совместного использо — вания ФИ с различными способами их реализации, позволившее обнаружить ряд неоднозначностей в функциях СИ, К [35], 3 [26].

Проведенный анализ возможных ошибок пользователя и их пос -ледствий [25] показал, что появление таких ошибок приводит к зави -санию КС или приему ложного БДТ вместо БСТ, к возникновению синтаксической ошибки в АС или к ошибке в исполнении заданного ему действия.

С учетом полученных в результате исследований типов возника — ющих ошибок взаимодействия АС и КС, были предложены основные методы их обнаружения, заключающиеся в: формировании в действующем контроллере ошибки «тайм — аут», использовании в АС и КС синтаксического анализатора [25] с возможностью формирования «ошибки команды», использовании при выполнении КС последовательного опроса алгоритма обнаружения ошибок «ложное ЗО» и «зависание ЗО» [25, 30], формировании «ошибки исполнения» [25].

■ Для предупреждения ошибок из— ^а неоднозначностей ФИ были разработаны новые диаграммы состояний Местных сообщений «име — ется новый байт» [35], «запрос на обслуживание» [26], модернизиро —

вана диаграмма состояний функции К [35], а также разработаны рекомендации для разработчиков АС и ГАС.

Были проанализированы и предложены способы реакции АС и КС на ошибочные сообщения и предложено игнорировать без выдачи сообщения ЗО те из них, которые в АС не используются. Разработаны рекомендации, применение которых уменьшает вероятность появления ошибки при программировании АС [25].

Установленно [25,26], что стандартные возможности БСТ по формированию количества ошибок не соответствуют сложности со — временных АС и их возможностям по формированию ошибок. Предложены рекомендации по увеличению количества формируемых в БСТ ошибок.

РАЗДЕЛ 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АППАРАТУРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОПРЯЖЕНИЯ АС

Методика и аппаратура для контроля показателей сопряжения АС в значительной мере определяет технологичность изготовления и эксплуатационные характеристики АС.

Поэтому были проведены исследования, целью которых являлось определение возможности создания универсальных методик и эффективной аппаратуры для такого контроля.

5.1. Разработка методики контроля показателен сопряжения АС

Проведенные исследования [17] показали невозможность создания универсальной методики контроля специфичных для каждого АС «функций устройства», но возможность создания таких методик для контроля ФИ и связи их с «функцией устройства». -

Установлено, что последовательное! ь проверки ФИ должна обес — почивать выполнение следующего условия : каждая последующая ФИ должна проверяться после проверки всех предшествующих, которые определяют истинность переменных в выражениях для перехода со — стояний в проверяемых ФИ. Предложено составлять тесты ФИ исходя из их диаграммы состояний. Проанализированы возможности искажения значений выражений, вызывающих переходы в диаграммах состояний ФИ и предложена методика проверки этих кереходрв. С

. 19

учетом полученных результатов были разработаны методические ука — зания по проверке сопряжения АС [16] с использованием единственного выпускаемого в то время средства контроля — «Анализатора KOI 7 814». На основе последующего, более полного анализа ошибок (отме — ченного в п. 4.3), допускаемых при реализации сопряжения АС, определены наиболее распространенные из них, что позволило повы — сить качество контроля (особенно при разработке АС) и одновременно уменьшить длину контрольных тестов, при разработке системы кон — троля сопряжения (на базе системы технологической 1017 — в 1987 г., на базе ЕС ЭВМ 1841 - в 1989 г., на базе IBM PC - в 1992 г [38]).

Рассмотрены особенности и даны рекомендации по проверке сопряжения различных типов АС [ 17). Разработана методика измере — ния каждого из временных показателей сопряжения j34]. Показана возможность реализации в КС и АС самоконтроля ФИ, кроме проверки временных показателей, приема управления КС и прохождения сигналов на разъем КОП. Для этих проверок необходимо наличие внешних средств контроля.

Установлено, что наличие в АС -возможности выдачи состояния органов управления (в режиме «обучение») существенно упрощает проверку «функций устройства» внешними средствами контроля. Рекомендовано наличие в АС такой возможности [27].

5.2. Разработка аппаратуры для контроля показателей сопряжения АС

Проведенный анализ требований, предъявляемых к аппаратуре контроля показателей, сопряжения при разработке, производстве и эксплуатации АС и ГАС показал (17, 34], что наряду с различием по. многим показателям, вся она должна обеспечивать следующие общие возможности: эмуляцию любого состояния любой ФИ; контроль по — казателей сопряжения АС в реальном масштабе времени (динамичес — кий функциональный контроль); простоту генерации стандартных протоколов взаимодействия; возможность измерения временных показателей сопряжения. Установлено; что существующие средства контроля сопряжения, в том числе и на базе ПЭВМ, не имели таких возможностей, что не позволяло создавать системы для полного авто — матизированного контроля показателей сопряжения АС. Поэтому была поставлена и в 1988 г. решеча задача по разработке универсального анализатора КОП [34, 37, 38, 39], который было бы целесообразно применять как при регулировке и отработке программного обеспечения АС и ГАС, их эксплуатационном контроле, так и совместно с ПЭВМ

— для проведения динамического функционального и параметричес — кого контроля АС при верификации сопряжения образцов и серийном их производстве.

Проведенное исследование требований к измерителю временных операционных показателей сопряжения установило, что он должен обеспечивать автоматическое выделение, измерение и суммирование интервалов времени и возможность работы в составе системы. Были разработаны и исследованы различные методы измерения временных показателей: на базе осциллографа, анализатора временных диаграмм, частотомера и ПЭВМ. Исследования показали, что каждый из методов обладает одним или более из перечисленных ниже недостатков: не — обходимостью в разработке специальных методик измерения, большой трудоемкостью, невозможностью измерения в реальном времени, недостаточной дискретностью таймера в ПЭВМ для выполнения измерений и необходимостью в доработке его интерфейса, невозмож — ностыо автоматизации измерения из — за отсутствия методики выде — ления измеряемых интервалов времени в КОП при работе АС в составе измерительной системы. Для исключения вышеперечисленных недо — статков автором был разработан новый метод выделения интервалов времени в задаваемом информационном окне [37].

Использование нового метода выделения интервалов времени в разработанном «Анализаторе КОП Ц4 — 1» позволило автоматизировать измерение временных показателей сопряжения, что существенно упростило параметрический контроль сопряжения АС и позволило оптимизировать по временному критерию программное обеспечение АС и ГАС при их разработке.

Применение при производстве и разработке АС автоматизированной системы динамического функционального и параметрического контроля сопряжения на базе «Анализатора КОП Ц4 — 1» и серийной ПЭВМ (обычно являющейся контроллером ГАС) с использованием разработанных методик контроля и полученных типовых ошибок' реализации сопряжения, а также применение этого анализатора при эксплуатации АС, позволило решить задачу контроля сопряжения АС на всех этапах его «жизни».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны методы анализа эффективности сопряжения АС, использующих интерфейс КОП и методика их выбора для ГАС. что позволило повысить системные показатели АС при его разработке и

?Л

эксплуатации, оптимизировать ГАС по выбираемому критерию при ее структурном синтезе'.

2. Разработаны методы: исключения неоднозначностей ФИ СИ1, -К2, КЗ, К5, 31; предупреждения и обнаружения ошибок взаимодействия АС; дистанционного ввода программных данных в КС. Это позволило повысить совместимость АС и КС, область их применения

и эксплуатационные характеристики.

3. Исследованы и разработаны:

— метод синхронного взятия управления, позволивший унифи — цировать алгоритм взятия управления КОП в результате исключения возможности появления зависания КС, уменьшив при этом в десятки раз-максимальную задержку исполнения и непроизводительные затраты ресурсов КС на взятие управления;

, — метод идентификации с использованием адаптивно —группового присвоении приоритета АС, позволивший уменьшить влияние неоднозначности функции ЗО на эффективность работы КС, а также затраты его времени на идентификацию до пяти.раз, в зависимости от количества опрашиваемых АС;

— методы, позволившие: повысить системную производительность микропроцессорных АС п результате уменьшения до десяти раз ' времени установления связи между АС; исключить влил кие времени прохождения сообщений в КОП, не предназначенных АС, па его время измерения и влияние АС на время прохождения «сообщений устройств» от других АС.

4. Разработаны синтаксические диаграммы и обоснованы функциональные возможности базового набора операторов КОП для языка высокого уровни, использованного и разработанном и серийно ныпуск.чемом с ] У87 г..контроллере КОП в составе УУОД Р908, впервые имеющем возможность работы в сети ЭВМ на базе КОП; разработан протокол «обучение контроллера» для автоматизации разработки при — кладной программы проверки объекта, обоснованы требования к. АС и КС для его реализации. Вышеперечисленное позволило повысить гибкость КС, уменьшать затраты на разработку и модернизацию прикладной программы системы и снизить требования к квалификации программиста.

5. Предложены методы проверки показателей сопряжения АС, в том числе новый метод селективного выделения интервалов времени в задаваемом информационном окне, использование которого совместно с режимом дистанционного управления и выдачи данных в ' разработанном и освоенном в серийном производстве «Анализаторе КОП Ц4 — 1» позволило впервые решить проблему создания на его базе автоматизированной системы измерения временных показателей со — пряжения и функциональной проверки интерфейса АС в реальном масштабе времени.

6. Результаты работы внедрены на 8 заводах и 11 научно — исследовательских и опытно — конструкторских предприятиях.

.7. Созданный в результате проведенных исследований комплекс нормативно — методических документов и технических средств, а та кже их внедрение позволили решить проблему повышения эффективности сопряжения АС, что повысило технические и эксплуатационные характеристики АС и систем, использующих интерфейс КОП, уменьшило стоимость разработки и повысило оперативность создание сис — тем, з том числе' с использованием перспективного типа интерфейса УХ1 для модульных измерительных приборов.

8. С учетом полученных результатов, накопленного опыта в разработке и применении АС и систем, а также появления в 1993г. новой редакции стандарта МЭК 625—2, расширяющего возможности сопряжения АС, автором были разработаны и согласованы проекты новых редакций государственных стандартов на интерфейс КОП [40, 41].

9. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения ре — зультатов диссертационной работы составляет 3,9 млрд. руб. г» ценах '1996 г. :■.,..-: ■

Основное содержание диссертации отражено з следующих работав: .'-■..'.','.■ ' . ..,'

1. СТП ЕЭ.005.115. Проектирование бло:са сопряжения для цифровых

устройств, соединенных в «линию коллективного пользования))/

ГНИПИ; авторы. Вулах МЛ., Кухнн В.А. - Горький, 1976. - 53 с.

2. Исследование методов и схем построения, 'организационных и

технических решений по реализации единого агрегатирусмою

комплекса автоматизированных средств измерительной Т1?х:;ики.

.Отчет/ ГНИПИ. - «Тактика-76»; Инв. № 0-2841 (ДСП). -Горький, 1977. - с.37, 38.

3. Исследование возможности создания на базе частотно—измери-

тельных приборов автоматизированного комплекса аппаратуры для кардиологических исследований. Отчет/ГНИПИ. — «Частица МА»;Инв. №0-3247 (ДСП). - Горький, 1977. - с.41 -43.

4. Комплект программируемых источников питания.Отчет/ ГНИПИ. —

№ ГР У34742; «Барс»; Инв. № 0-3068(ДСП). - Горький, 1977. -с.17- 19.

5. Вулах МЛ., Кукин В.А., Смирнов А.Д., Филиппов В.Г. Унифициро-

ванный интерфейс для ИИС. — Техника средств связи, сер. РИТ, 1977, вып. 1(7), с. 1-18.

6. ЕЭ0.000.169. Руководство по разработке интерфейса для модульных

измерительных приборов/ГНИПИ; автор Вулах М.Я. — Горький, 1977. - 14 с.

7. Разработка нормативно — технической документации и организа-

ционно—технических методов построения измерительных приборов ЕАКАСИТ и автоматизированных измерительных систем поверки радиоизмерительных приборов на их базе. Отчет/ ГНИПИ: - № ГР Ф09760; «Тактика-78»; Инв. № 0-3940 (ДСП). -Горький. 1979. - с.20—23,

8. Разработка нормативно—технической документации и организа-

ционно—технических методов построения измерительных приборов и систем на их базе. Отчет/ ГНИПИ. — № ГР Ф12006;

«Тактика-79»;Инв. №0 - 4551 (ДСП). - Горький, 1988. - с.69,70.

•

9. Комплект автоматизированных приборов для измерения ослабления

и калибровки аттенюаторов. Отчет/ ГНИПИ. — № ГР Ф11640; «Друг»; Инв. № 0 - 4255 (ДСП). - Горький, 1980 - с.38.

10. Измеритель статистических параметров ритма. Отчет/ ГНИПИ —

№ ГР У&3932; «Челнок-гМА»; Инв. № 0-4281 (ДСП). - Горький, 1980. - с. 10, 13.

11. Генератор импульсов с пикосекундным фронтом. Отчет/ ГГНИПИ.

- № ГР Ф15865; «Гинея»; Инв. № 0-4639 (ДСП). - Горький, 1981.

- с.12 - 14.

12. Акулов В.В., Садовский А.Б., Вулах М.Я. Цифровые часы - кален-

дарь для ИИС. — Специальная техника средств связи, 1934, вып. 1, с. 62-68.

13. ГОСТ 26.003-80 « Система интерфейса для измерительных устройств с бит —параллельным, байт — последовательным обменом информацией. Требования к совместимости». — Введ. 01.07.1981.

- 104 с. ■

14. СТ СЭВ 2740 — 80. Приборы элёктрнные измерительные. Интерфейс ИИС —2. — Вве,\. 1.01.1983. — 166 с. (основной исполнитель

- ВНР).

15. СТ СЭВ 1610 — 79. Приборы электронные измерительные. Интер-

фейс ИИС— 1. - Введ. 1.01.1982 — 30 с. (основной исполнитель — ГДР). '

16. ЕЭ0.000.210. Методические указания по проверке универсального интерфейса устройств /ГНИПИ; автор Вулах М.Я.— Горький, 1982. - 40 с.

17. Вулах М.Я., Тимофеев А.О. Проблемы проверки универсального интерфейса. —Техника средств связи, сер. РИТ, 1983, вып. 1(47), с. 77-90.

18. Вулах М.Я; Система интерфейса — основа информационной со-

вместимости: ЕАКАСИТ. Проспект №7/ГНИПИ. - Горький, 1983.

- 31 с.

19. ОСТ В7.271.002 — 83. Приборы электронные измерительные. Типа —

вые формы технических условий (ДСП) /ГНИПИ.- М.: ВНИИ «Эталон», 1983. - с. 23.

20. СТП аС.000.024. Приборы электронные измерительные. Тактике —

техническое задание (ДСП) /ГНИПИ. - Горький, 1933. - с.36.

21. Вулах М.Я. Повышение производительности а группируемых средств

при реализации универсального интерфейса. —Техника средств связи, сер. РИТ, 1983, вып. 6, с. 79-91.

22. Вулах М.Я. Система интерфейса — основа информационной со-

вместимости . — В сб.: Обмен опытом, 1983, вып. 1(2), с.3 — 0.

23. Вулах М.Я. Характеристики сопряжения л выбор агрегатируемьгс

средств с универсальным интерфейсом. —Техника средств связи, сер. РИТ, 1985, вып. 2, с. 58-75.

24. Разработка научных и организационно—технических принципов построения АИС общего применения на XII пятилетку. Отчет/ ГНИПИ. - №ГРФ220Б8; «Тактика-85»; Инв.№0-5837 (ДСП). -Горький, 1986. - с.41-63.

25. Вулах М.Я. Ошибки взаимодействия АС, использующих интерфейс

КОП, и методы их исключения. — В сб.: Средства измерения, диагностики к контроля РЭАIV — V поколений. Тез. докл. Всесо — юзной конф. (ДСП).- Горький, 1986. - с. 69-70.

26. Вулах М.Я. Неоднозначности функции «Запрос на обслуживание»

и их исключение. — Горький,- 1988. — 18 с. Деп. в ВНИИМИ № Д07651.

27. ЕЭ0.091.064. Методические указания по реализации требований ГОСТ 26.003 - 80 в радиоизмерительных приборах (ДСП)/ГНИПИ; авторы Вулах М.Я., Тимофеев Е.Ю. — Горький, 1986. — 25с.

28. Подвижная лаборатория измерительной техники ПЛИТ— А2— 1. Отчет/ГНИПИ. - № ГР Х85466; «Черника-80»; Инв. № 0-6002 (ДСП). - Горький, 1986. - с. 18, 19.

29. Вулах М.Я. Повышение эффективности функции. «Контроллер» интерфейса КОП. -- Техника средств связи, сер. РИТ, 1987, вып. 1, с. 51 -64.

30. Вулах М.Я. Повышение эффективности контроллера канала общего

пользования при идентификации агрегатируемых средств. — Средства связи, 1987, вып. 2, с. 45 — 53.

31. Вулах М.Я., Строителев А.Ф. Операторы управления КОП в Бейсик —системе ПЭВМ. — Техника средств связи, сер. РИТ, 1988, вып. 1. с. 87-99.

32. Вулах М.Я. Режим- «обучения контроллера» в АС, использующих интерфейс КОП. - Горький, 1988. - 24 с. Деп.. в ВНИИМИ № Д08037.

33. Устройство управления и обработки данных специализированное

903, 908-01ЛЕЭ!.404.070 TOI: ОКП 401375003. Начало выпуска

1987/ГНИПИ. Изготовитель Горьк.з—д РИАЛ. — Горький, 1988.-с.114—138.

34. Диализатор КОП (взамен 814). Отчет/ГНИПИ. - № ГР Ф31768: «Сандал- 1»; Инв. № 0-В620 (ДСП). - Горький, 1988.-69 с.

35. Вулах М.Я. Повышение эффективности агрегатируемых средств, использующих интерфейс КОП, путем модернизации стандарта. - Техниха средств связи, сер. РИТ, 1989, вып. 2, с. 89— 106.

36. Авторское свидетельство на промышленный образец № 33373. Анализатор канала общего пользования/ М.Я. Вулах, А.Н. Каманов, В.В. Ручкин. - Заявка № 55332. Зарегистрирована 28.12.1990г.

37. Вулах М.Я, Иванов Н.Е. Анализатор КОП Ц4-1. Проспект. -Н.Новгород-. НПО «Кварц», 1992. - 12с.

38. Вулах М.Я. Шуверов И.М. Интерфейс 1ЕС 625 для ПЭВМ и аппаратура для проверки интерфейса приборов. — Радйоиэмере — • ния и электроника, №1, — Н.Н0вгород: ННИПИ «Кварц», 1993. — с. 40,41.

39. Электронные измерительные приборы. Каталог. — Н.Новгород: ННИПИ «Кварц», 1993.- с. 53.

40. Система интерфейса программируемой измерительной аппаратуры с байт — последовательным, бит — параллельным обменом информацией. Функциональные, электрические и механические требования для разработчика и потребителя. Проект ГОСТ Р/ ННИПИ «Кварц»; «Стандартизация 92», тема 6.01.02/92. -Н.Нозгород, 1994: - 161 с.

41. Система интерфейса программируемой измерительной аппаратуры с байт- —' последовательным, бит — параллельным обменом информацией. Коды, форматы, протоколы и общие команды. Проект ГОСТ Р/ ННИПИ «Кварц»: «Стандартизация ВТС 93/9-4 тема 4.42-22/94. - Н.Новгород, 1995.-338 с.

¿едп. к печ. 26.06.96. Формат 60х84*/1б. Бучага газетная. Печать офсетная. Уч.-изд.л. 1,0. Тиран 100 экз. Заказ 230. Бесплатно.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул. Минина., 24'.