автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка и создание электронной аппаратуры для систем измерения камерных снимков и сопряжения с ЭВМ

. Го ОД -зокт.м

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

10-96-293 УДК 539.107 + 681.3

КРАСНОСЛОБОДЦЕВ Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ КАМЕРНЫХ СНИМКОВ И СОПРЯЖЕНИЯ С ЭВМ

Специальность: 05.13.16 — применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Дубна 1996

Работа выполнена в Лаборатории вычислительной техники и автоматизации Объелиненного института ядерны* исследований.

Научный руководитель:

кандидат Физико-математических наук

В. И. Мороз

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

доктор Физико-математических наук

Ю. А. Каржавин Н.С.Ангелов

Ведущее научно-исследовательское учреждение!

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В.Скобельцына (г.Москва).

Защита диссертации состоится 1996 года

в 10 час. мин, на заседании Диссертационного Совета Д047. 01.04 при Лаборатории вычислительной техники и автоматизации Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна, Московской области.

Автореферат разослан СМф^ХУ^р^ 1996 года.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Ученый секретарь Совета кандидат Физико-математических наук ¡/А^-^ З.М.Иванченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Автоматизированные измерительные системы достаточно распространены среди средств, используемых в экспериментальной ядерной Физике при изучении взаимодействий элементарных частиц и ядер методикой трековых камер. Исследования, выполняемые с использованием камерной методики, требуют проведения большого объема измерений координат. Значительная часть работы должна производиться на полуавтоматических приборах, обеспечивающих надежную обработку сложных событий. Создание и использование автоматизированных измерительных систем дают возможность существенно повысить качество измерений камерных снимков и эффективность обработки экспериментальных данных в целом.

Применение ЭВМ для реализации управления измерительными приборами в системах измерения камерных снимков требует выполнения задачи сопряжения с данными ЭВМ. Сопряжение различных ЭВМ между собой позволяет использовать взаимодополняющие возможности каждой из них.

Цель работы заключалась в разработке и создании электронной аппаратуры для использования в системах измерения камерных снимков и выполнения задачи сопряжения с ЭВМ.

Научная новизна результатов работы определяется созданием специальных интерфейсов, позволяющих реализовать измерительные системы на основе ЕС ЭВМ и персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT и дающих возможность минимизировать аппаратуру сопряжения, способствуя развитию направления в разработке систем обработки информации на основе персональных ЭВМ семейства IBM PC.

Практическая ценность работы состоит в том, что с использованием проведенных разработок при участии автора были созданы и получили практическое применение системы измерения камерных снимков под управлением ЕС ЭВМ в ЛВТА ОИЯИ, системы управления полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС, просмотрово-измерительным столом SAMET в ЛВТА ОИЯИ и мезо-

оптическим Фурье-микроскопом в ЛЯП ОИЯИ на основе персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT, системы связи персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ центрального вычислительного комплекса ОИЯИ.

Апробация. Основные результаты работ, включенных в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных семинарах ЛВТА и ЛЯП ОИЯИ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, приведенных в списке литературы.

Структура и объем работы! Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем составляет 108 страниц, включая 8 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 38 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, приведено краткое содержание диссертации.

Первая глава посвящена проблеме разработки и создания электронной аппаратуры для измерительных систем, управляемых ЕС ЭВМ. При создании полуавтоматической измерительной системы ПАЖ/1/, используемой в ЛВТА ОИЯИ для измерения снимков с различных трековых камер, с учетом сформулированных требований к системе и сделанного выбора управляющей ЭВМ было признано целесообразным комплектовать систему надежным стандартным оборудованием, обеспечить с помощью терминалов гибкую развитую связь операторов, работающих на полуавтоматических измерительных приборах, с управляющей ЭВМ, а при разработке программного обеспечения использовать только средства ОС ЕС. Для построения измерительной системы был выбран используемый Фирмой IBM сетевой принцип организации взаимодействия периферийного оборудования с ЭВМ через подключенные к ее каналам устройства группового управления терминалами. Такое решение позволяет за счет высокой помехоустойчивости связи с внешними устройствами и принятой в IBM и ЕС ЭВМ многоуровневой , системы протоколов обмена информацией обеспечить надежную работу измерительной системы. Для полуавтоматических измерительных приборов ПУОС в системе ПАИС была

Аппаратура для обмена данными и управляющей информацией с ЕС ЭВМ

data (1*4)

Параллельно-последовательный адаптер

strob

Интерфейс int/samet

data(l-MO) strob data(1*4) req strob

ПАС samet

samet

Отсчетный канал x,y

Аппаратура для накопления, индикации и передачи данных в ЕС ЭВМ

Блок управления индикацией

Интерфейс int/puos

data(l+4) req strob

Отсчетный канал x,Y

ПУОС

Контроллер крейта

ес 7917

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ 16

ЕС ЭВМ

Рис.1. Общая блок-схема электронной аппаратуры системы ПАИС.

з

поставлена задача разработать аппаратуру для накопления, индикации и передачи данных в ЕС ЭВМ. Для просмотрово-измерительных столов SAMET, работающих в режиме программного автосопровождения, было необходимо разработать аппаратуру для двустороннего обмена данными и управляющей информацией с ЕС ЭВМ. При реализации этих задач в качестве мультиплексора для обмена информацией с ЕС ЭВМ было использовано устройство группового управления ЕС-7922. Общая блок-схема электронной аппаратуры системы ПАИС приведена на рис.1.

Другая задача была связана с разработкой и созданием электронного блока, позволяющего организовать работу Физической аппаратуры, имеющей выход на магистраль КАМАК, на линии с ЕС ЭВМ. Создание блока связи крейта КАМАК с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922 (БСК-7922)^2^ давало возможность для организации связи Спирального измерителя и сканирующего автомата HPD с ЕС ЭВМ/3/. Структурная схема БСК-7922 на линии с ЕС ЭВМ приведена на рис. 2. Подключение крейта КАМАК к ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922 позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость как за счет использования полудуплексной связи с применением трансформаторных развязок и специального кодирования информации, позволяющего осуществить Фильтрацию принимаемых сигналов от шумов, так и организации на аппаратно-микропрограммном уровне повторной передачи информации при обнаружении ошибок четности или других нарушений протокола обмена.

Во второй главе . рассматривается проблема реализации управления полуавтоматическими измерительными приборами на основе персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT. Благодаря конструктивному решению и открытости архитектуры таких ПЭВМ, когда конструкция 8-разрядной шины расширения и логика взаимодействия между ПЭВМ и подключаемой к шине электронной аппаратурой сохранились как стандарт, стало возможным создание систем той необходимой конфигурации, которая соответствует решаемым задачам. Для управления полуавтоматическими измерительными приборами от ПЭВМ типа IBM PC XT/AT необходимо было разработать и создать соответствующую электронную аппаратуру.

Для создания системы управления полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС на основе персональной ЭВМ типа IBM PC XT/AT /'4// наиболее удобным было сохранить только имеющиеся в составе прибора датчики перемещений X, Y измерительных кареток на

основе дифракционных решеток. Формирователи сигналов, управляющие кнопки с их Функциональным назначением и индикатор на корпусе экрана прибора для отображения количества измеренных точек. Разработанный интерфейс для регистрации координат X,У должен был осуществить преобразование исходных аналоговых сигналов в счетные импульсы и далее в координаты измеряемых точек и обеспечить взаимодействие с шиной ПЭВМ. Функциональная схема интерфейса для регистрации координат X,У приведена на рис.3. Для проверки работоспособности электронной аппаратуры управления

полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС разработана специальная программа, позволяющая с помощью ПЭВМ осуществить проверку работы отсчетного канала прибора.

ЕС ЭВМ

СТАНДАРТНЫЙ ИНТЕРФЕЙС ВВОДА-ВЫВОДА

УГУ ЕС-7922

32

МАЛЫЙ ИНТЕРФЕЙС ЕС-7920

БСК-7922

В,Л,Е1-!-Е5,А1*А4, 0,Ь 1*1*1*24

\/

МАГИСТРАЛЬ КРЕИТА КАМАК Рис.2. Структурная схема БСК-7922 на линии с ЕС ЭВМ.

Рис.3. Функциональная схема интерфейса для регистрации координат X, У.

Другая задача была связана с созданием в ЛЯП ОИЯИ цифровой части отсчетного канала мезооптического Фурье-микроскопа^5/ в Форме "внутренней" электроники ПЭВМ IBM PC AT. Для этого было необходимо разработать интерфейс для регистрации координат и управления блоком привода электродвигателей мезооптического Фурье-микроскопа, позволяющий реализовать 20-разрядный отсчетный канал прибора на персональной ЭВМ IBM PC AT ^Л

Для управления просмотрово-измерительным столом SAMET, который используется для измерения снимков с различных трековых камер, необходимо сообщать компоненты вектора перемещения С ДХ, ДУ)

в район точки, координаты которой предстоит измерить. Режим

\

программного автосопровождения на просмотрово-измерительном столе SAMET поддерживается имеющимся электронным блоком управления прибором. Для управления столом SAMET от персональной ЭВМ типа IBM PC XT/AT нужен такой интерфейс, который обеспечивал бы взаимодействие с управляющей ПЭВМ без необходимости внесения изменений в электронную аппаратуру управления столом SAMET. Создание такого интерфейса^7/ дает возможность реализовать управление электрическим приводом измерительных кареток просмотрово-измерительного стола SAMET от ПЭВМ, не изменяя имеющийся электронный блок управления прибором, необходимый для обеспечения режима программного автосопровождения.

В третьей главе рассматривается проблема организации связи персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922. Распространение ПЭВМ типа IBM PC XT/AT среди пользователей ЕС ЭВМ сделало актуальной задачу организации связи между такими ПЭВМ и ЕС ЭВМ:

- возникает необходимость передачи Файлов между ПЭВМ и ЕС ЭВМ с целью обеспечить доступ со стороны ПЭВМ к ресурсам ЕС ЭВМ;

- с появлением ПЭВМ у пользователей терминалов ЕС-7927 возникает необходимость иметь на ПЭВМ режим работы, аналогичный режиму работы на ЕС-7927, подключенном к ЕС ЭВМ;

- вместе с ПЭВМ появляются новые возможности, связанные с подготовкой Файлов, отладкой подпрограмм и т.д. для дальнейшего их использования в ЕС ЭВМ, а большие Файлы, подготовленные на ЕС ЭВМ, можно редактировать на ПЭВМ независимо от ЕС ЭВМ.

В этой главе рассматриваются структура и принципы работы созданных для связи ПЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ интерфейсов, принципы организации связи ПЭВМ с ЕС ЭВМ, а также сформулированы требования к программному обеспечению для реализации связи между ПЭВМ и ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922/'8' Структурная схема интерфейса ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для передачи Файлов и эмуляции терминала ЕС-7927 в дисплейной системе ЕС-7920 показана на рис.4.

Рис. 4. ' Структурная схема интерфейса ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для передачи Файлов и эмуляции терминала ЕС-7927 в дисплейной системе ЕС-7920.

Далее в этой главе рассматриваются возможности применения интерфейсов ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для подключения к ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922 при обработке фильмовой информации, для организации связи элементов комплекса рабочих и графических станций КОНТРАСТ/СИНС с ЕС ЭВМ центрального вычислительного комплекса ОИЯИ, а также в системе ЭВМ, используемой для решения задачи моделирования экспериментов по глубоко-неупругому рассеянию мюонов на сверхпроводящем магнитном спектрометре STORS/10/.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для выполнения задачи сопряжения с ЭВМ электронной аппаратуры, применяемой при обработке экспериментальных данных, предложено использование полудуплексной связи, позволяющей обеспечить передачу информации по коаксиальному кабелю на расстоянии до 1200 м со скоростью ~ 1 Мбит/с. Высокая помехоустойчивость, достигаемая как за счет использования трансформаторных развязок и специального кодирования, так и организации повторной передачи информации при обнаружении ошибок четности или других нарушений протокола обмена, дает возможность обеспечить надежную работу электронной аппаратуры сопряжения с ЭВМ. Это предложение реализовано при разработке и создании электронной аппаратуры для систем измерения камерных снимков под управлением ЕС ЭВМ в ЛВТА ОИЯИ и систем связи персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ центрального вычислительного комплекса ОИЯИ.

Надежная работа в течение длительного времени электронной аппаратуры сопряжения с ЭВМ в полуавтоматической измерительной системе ПАИС, в системах связи Спирального измерителя, сканирующего автомата HPD и персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ подтверждает правильность выбранного технического решения по организации обмена информацией с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922.

1.1. Для полуавтоматических измерительных приборов ПУОС в измерительной системе ПАИС разработаны и созданы интерфейсы INT/PU0S для накопления координат измеряемых треков и передачи их в ЕС ЭВМ и блоки управления индикацией количества измеренных точек^1/.

1.2. Для просмотрово-измерительных столов SAMET в измерительной системе ПАИС разработаны и созданы интерфейсы INT/SAMET для передачи координат измеренных точек в ЕС ЭВМ и информации из ЕС ЭВМ для управления столами SAMET в режиме программного автосопровождения, а также параллельно-последовательные адаптеры для преобразования управляющей информации в Формат ПАС SAMET/:l/.

1.3. Разработан и создан блок связи крейта КАМАК с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-ТЭгг^2^, позволяющий организовать работу Физической аппаратуры, имеющей выход на магистраль КАМАК, на линии с ЕС ЭВМ и получивший практическое применение в J1BTA ОИЯИ для организации связи Спирального измерителя и сканирующего автомата HPD с ЕС ЭВМ^Л

1.4. Разработан и создан интерфейс с буферной памятью для связи ПЭВМ типа IBM PC XT/AT с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922/'8>/, получивший практическое применение при выполнении задач обработки фильмовой информации и расчетов для АСУ ОИЯИ.

1.5. Разработан и создан интерфейс ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для передачи Файлов и эмуляции терминала ЕС-7927 в дисплейной системе ЕС-7920/'9/', получивший практическое применение в ЛВТА ОИЯИ для организации связи персональных ЭВМ комплекса рабочих и графических станций КОНТРАСТ/СИНС, созданного на базе ПЭВМ РС-386/486, с ЕС ЭВМ центрального вычислительного комплекса ОИЯИ и в двухмашинной системе (ЕС-1066 - PC-386C33)), используемой для решения задачи моделирования экспериментов по глубоконеупругому рассеянию мюонов на сверхпроводящем магнитном спектрометре ST0RS/1O/.

2. Для реализации систем управления полуавтоматическими измерительными приборами на основе персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT предложено использование в составе ПЭВМ специальных интерфейсов для выполнения задачи сопряжения измерительных приборов с ПЭВМ, первичной обработки информации и управления приборами. Практика показала, что предложенные, разработанные и созданные интерфейсы дают возможность минимизировать аппаратуру сопряжения, обеспечивая надежность в работе систем управления измерительными приборами, а также, выполняя некоторые функции первичной обработки информации, позволяют осуществить гибкое разделение функций управления между электронной аппаратурой и программным обеспечением системы.

2.1. Разработан и создан интерфейс ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для регистрации координат X,Y, позволяющий реализовать систему управления полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС на основе персональной ЭВМ типа IBM PC XT/AT/'4//.

Для проверки работоспособности электронной аппаратуры управления полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС разработана тестовая программа, позволяющая с помощью ПЭВМ осуществить проверку работы отсчетного канала прибора.

2.2. Разработан и создан интерфейс ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для регистрации координат и управления блоком привода электродвигателей мезооптического Фурье-микроскопа^5. Использование интерфейса в составе электронной аппаратуры мезооптического Фурье-микроскопа в ЛЯП ОИЯИ позволяет реализовать 20-разрядный отсчетный канал МФМ на ПЭВМ IBM PC AT, дает возможность увеличить скорость считывания координат положения кареток при сканировании в заданной области Фотоэмульсии и повысить скорость измерений.

2.3. Разработан и создан интерфейс ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для управления просмотрово-измерительным столом SAMET, используемым для измерения снимков с различных трековых камер, позволяющий реализовать систему управления столом SAMET на основе персональной ЭВМ типа IBM PC XT/AT/7/.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беляев A.B., Краснослободцев В. И. , Мороз В. И., Нивицки Я., Рихвицкий B.C., ХоФФман 3., Ажмух анбетова Д. Ж. , Стельмах А. П. , Семенов В.Н. Полуавтоматическая измерительная система ПАИС. Общее описание. Сообщение ОИЯИ, Р10-87-639, Дубна, 1987.

2. Краснослободцев В.И., Мороз В. И. Блок связи крейта КАМАК с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922. Сообщение ОИЯИ, Р10-88-692, Дубна, 1988.

3. Беляев А. В., Бондаренко 0. Н. , Казаков А. А. , Котов В. М. , Краснослободцев В.И, Мороз В.И. , Нивицки Я., Рихвицкий B.C., Степанова Т.А., Ямбуренко B.C. Организация связи спирального измерителя с ЕС ЭВМ. Сообщение ОИЯИ, Р10-86-624, Дубна, 1986.

4. Краснослободцев В. И. , Мороз В. И. , Рихвицкий B.C. Реализация системы управления полуавтоматическим измерительным прибором ПУОС на основе персональной ЭВМ типа IBM PC XT/AT. Сообщение ОИЯИ, Р10-95-367, Дубна, 1995.

5. Астахов А. Я., Кишваради А., Краснослободцев В. И. , Молнар И., Молнар J1., Сороко Л. М., Терещенко В. В. , Торма И. Мезооптический Фурье-микроскоп с одноканальными Фотоприемниками. Сообщение ОИЯИ, Р13-91-299, Дубна, 1991.

6. Астахов А. Я., Кишваради А., Краснослободцев В. И. , Молнар И., Сороко Л. М. , Терещенко В.В., Торма И. Электронно-компьютерные блоки мезооптического Фурье-микроскопа с одноканальными Фотоприемниками и с ПЗС-матрицей. Сообщение ОИЯИ, Р13-91-391, Дубна, 1991.

7. Краснослободцев В. И., Мороз В. И. , Рихвицкий B.C.

Интерфейс ПЭВМ типа IBM PC XT/AT для управления просмотрово-измерительным столом SAMET. Сообщение ОИЯИ, Р10-95-419, Дубна, 1995.

8. Краснослободцев В.И. Интерфейс персональных ЭВМ типа IBM XT и AT для подключения к ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922. Сообщение ОИЯИ, Р10-88-861, Дубна, 1988.

9. Краснослободцев В. И., Мороз В.И., Рихвицкий B.C. Организация связи персональных ЭВМ типа IBM XT/AT -с ЕС ЭВМ через устройство группового управления ЕС-7922. Сообщение ОИЯИ, Р10-89-852, Дубна, 1989.

10. Бонюшкина А. Ю., Генчев В. И., Иванченко И. М. , Карпенко Н. Н., Краснослободцев В. И., Кретов Ю.А., Кривохижин В.Г., Мойсенз П. В. , Позе Р. Г., Потребенникова Е.В. , Савин И. А. Моделирование экспериментов по глубоконеупругому рассеянию мюонов на сверхпроводящем магнитном спектрометре ST0RS. Сообщение ОИЯИ, Р10-92-370, Дубна, 1992.

Рукопись поступила в издательский отдел 9 августа 1996 года.