автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка процессоров ввода-вывода управляющей БЦВМ в комплексах радиосвязи

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ... - .ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ ИМЕНИ В.М.ГЛУШКОВА

На правах рукописи

КРЮКОВ Юрий Владимирович

УДК 681.32:629.7.05

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОРОВ ВВОДА - ВЫВОДА УПРАВЛЯЮЩЕЙ БЦВМ В КОМПЛЕКСАХ РАДИОСВЯЗИ

05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ - 1993

Работа выполнена в Нижегородском научно-производственном объединении "Полет" и Институте кибернетики имени В.М.Глушкова АН Украины.

Научный руководитель : кандидат технических наук Семотюк М.В.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Боюн В.П. ; кандидат технических наук, доцент Устенко C.B.

Ведущая организация : АНТК им. О.К.Антонова.

Защита состоится 1^г. в ¿jf_ часов на заседании

специализированного совета Д016.45.02 при Институте кибернетики имени В.М.Глушкова АН Украины по адресу: 252207, г.Киев, проспект Академика Глушкова, 40. С диссертацией можно ознакомиться в научно-техническом архиве института.

Автореферат разослан "А» " ОЛ._19$ ^ г.

Ученый секретарь специализированого совета

ГУМЕНЮК-СЫЧЕВСКИЙ В.И.

Актуальность. Монопроцессорные БЦВМ по прогнозируемым характеристикам практически полностью удовлетворяют требовали ям перспективы для решения широких классов авиационных задач. БЦВМ с традиционной моноцроцессорной структурой наименее критичны к решаемым на них задачам, не предъявляют каких-либо специфических требований к системам математического обеспечения, отличаются простой организацией и простой операционной системой. Применение модулей пзмятй, цент-' ральных процессоров с универсальной, системой команд коммерческих микро-ЭВМ в качестве базового ядра управляющей БЦВМ позволяет сократить сроки разработки основных узлов БЦВМ и программного обеспечения.При таком подходе к разработке управляющей ЭВМ для.комплексов аппаратуры авиационной радиосвязи сводится к созданию новых типов компонентов систем ввода-вывода (процессоров): средств телеобработки данных и средств связи с объектами управления. Многообразие комплексов аппаратуры авиационной радиосвязи, большое количество параллельно и независимо работающих внешних абонентов И ] по различным стыкам, работа в экстремальных условиях, жесткие ограничения по массе и габаритам определяют необходимость разрабатывать процессоры ввода- вывода с высокими эксплуатационно- техническими показателями по надежности функционирования и унификации аппаратуры, имеющие возможность подключения абонентов с различными интерфейсами, обладающие свойствами адаптации к внешним помехам, с предварительной обработкой вводимой информации с целью разгрузки центрального процессора. Разрешение противоречивых требований при проектировании процессоров ввода- вывода БЦВМ управляющих комплексов является актуальной научно-технической задачей, имеющей важное народно- хозяйственное значение.

Цель работы и задачи исследования.

Целью работы и основными задачами исследования являются: <

- выработка архитектурных, структурных,схемотехнических принципов и решений основных блоков процессоров ввода-вывода;

- разработка алгоритмов преобразования и обработки вво-

-<г-

димой информации;

- определение оптимальной дисциплины тестирования устройств управлявшей БЦВМ и самотестирования процессоров ввода-вывода;

- разработка принципов построения многоканальных приемников информации, адаптируемых под любой бортовой стык, с высокими эксплуатационными характеристиками. .

Методы исследования. При , решении поставленных в работе задач использовался аппарат общей теории систем, теории автоматов, теории технической диагностики, метода имитационного моделирования.

Научная новизна. На основе анализа структуры и потоков вводимой-выводимой информации и функционального программного обеспечения управлявшей БЦВМ КРС:

- предложена новая технология обслуживания каналов ввода, обнеживающихся последовательным кодом, предполагавшая одновременный прием информации от п независимых источников методом сканирования с высокой частотой мгновенных значений и обработки группового сигнала на одном "приборе";

- разработаны способы предварительной обработки информации процессорами ввода-вывода;

- определены оптимальные. структуры блока обработки вводимой информации;

- разработаны основные принципы построения и алгоритмы многоканального приемника, адаптируемого под любой тш последовательного интерфейса;

.- определен необходимый г достаточный состав функциональных узлов унифицированного многоканального приемника, аппаратные затраты которого не зависят от количества обрабатываемых каналов в определенных пределах;

- получены оптимальные значения времени тестирования аппаратуры управлявшей БЦВМ.

Реализация результатов работы. Практическая ценность. На основе разработанных способов и алгоритмов обработки вводи-ной информации, принципов построения основных узлов процессоров ввода-вывода были' изготовлены и внедрены в серийном

производствв ряд контроллеров и процессоров ввода-вывода управляющих БЦВМ В КРС:

СБ7Б70-СМ И83.049.002 [7]. СБ11Б70-СМ К83.049.005 контроллеры ввода-вывода в управляющей БЦВМ "Символ";

СБ10Б70-СМ1А И83.049.014 18]. СБ4Б30-СМ1А И83.049.019 [11] процессоры ввода-вывода в БЦВМ "Символ 1А";

СБЗБТО-АрА И83.049.032 113]. СБ4Б70-АрА Й83.049.033 [5] унифицированные контроллеры ввода-вывода' разовых команд и последовательным кодом по АРИНК-429 в изделии "Арлекин А";

СБЗБ70-СМЗ И83.049.039 [13]. СБ4Б70-СМЗ И83.049.040 [6] ' контроллеры ввода-вывода разовых команд и последовательным кодом по ГОСТ 18977-79 в управлящив БЦВМ "Символ 3";

СБЗБ70-ИС И83.049.045 [13]. СБ2Б70-ИС И83.049.044 [15]унифицированные процессоры ввода-вывода в уцравлящей БЦВМ "Исток".

Кроме применения в бортовых управляющих БЦВМ КРС унифицированные модули ввода-вывода СБЗБ70-АрА,. СБ4Б70-АрА нашли применение в системах сбора - обработки информации - таких как "Система голосования" Нижегородского областного и городского Советов народных депутатов, "Системе независимого наблюдения" за функционированием аппаратуры и комплексов воздушных судов гражданской авиации. Управляющая ЦВМ "Символ" имеет 18 . модификаций, применяется в комплексах различного применения, наземных узлах связи, в составе ■ авиационного комплекса радиосвязи К-ДлУЭ и К-ДлУАЭ экспортируется за границу.

Апробация работы.Основные результаты работы докладывались на 4 научных конференциях и семинарах, в том числе на межотраслевых и республиканских..

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано б статей и тезисов докладов, получено 12 авторских свидетельств на изобретения. Часть результатов отражена в научно-технических отчетах о НИР и ОКР.

Автор выносит на защиту:

- принципы построения процессоров ввода-вывода;

- способы предварительной обработки вводимой информации и аппаратная реализация;

- алгоритмы и реализация многоканального приемника и преобразователя информации, адаптивного к любому типу последовательного интерфейса;

- способы оптимального тестирования управляющей БЦШ и самопроверки процессоров ввода-вывода.

Содержание работы. Тенденция к увеличению и усложнению задач, возлагаемых на системы авиационной радиосвязи, с одной стороны, и необходимость текущего тестового контроля аппаратура управляющей БЦВМ и системы радиосвязи в целом, с другой, заставляют искать пути увеличения производительности управляющих БЦВМ и дополнительные резервы машинного времени.

Анализ трудоемкости общего алгоритма функционирования [1 ]- управляющей БЦВМ показывает, что значительное увеличение производительности может быть достигнуто заменой наиболее часто используемых программных модулей операционной системы аппаратными средствами. Например, программы определения расстояния от обьекта до заданного абонента, ориентирование антенны в пространстве требуют быстрого вычисления таких функций как корня квадратного, синусно-косинусных функций [21, £3], в задачах адаптации KB линий связи требуется формирование [4] и анализ линейно-частотно - модулируемых сигналов. . Но такие управляющие БПВМ становятся узкоспециализированы, а дополнительное оборудование для этих целей громозким. Использование сигнальных процессоров в качестве сопроцессоров универсального центрального процессора [183 позволяет разрешить это противоречие.

Основные непроизводительные затраты машинного времени управляющей БЦВМ в КРС происходят при обработке вводимой информации, так как БЦВМ обслуживает большое количество параллельно и независимо работающих внешних абонентов, в том числе 111:

- линии связи на передачу и прием информации;

- датчики и приемники твлекодовой информации;

- линии управления каналообразующей и телэкодо-вой аппаратурой; „ '

- линии автоконтроля.

' -7Т вып. программ ПОС 10 (мс) б0.

БОЛО-3020-

3 6 9 12 15

1. Время работы программы с потоком слов с сортировкой по адресам.

2. Время работы программы без поиска адресов.

3. Время ввода информации.

Рнс.1

Большие непроизводительные затраты машинного времени обусловлены тем, что центральный процессор производит:

- селекция вводимых данных (т.е. выбор необходимой информации из всего вводимого массива), так как на входах каналов ввода управляющей БЦБМ циркулирует избыточная для систем радиосвязи информация;

- сортировку вводимой информации, т!е. упорядочение исходных данных в соответствии с распределенном памяти в обрабатывающей программе.

На рис.1 представлены зависимости времени выполнения подпрограмма ПОСГО Ш.0004-04 1301 поиска и сортировки вводимой информации центральным процессором (быстродействием 40 тыс.оп/с типа р-р) управляющей БЦВМ "Символ" в авиационных комплексах ТИП2 от количества введенных слов.

Центральный процессор затрачивает время на выполнение программы с поиском слов с сортировкой по адресам в 3-4 раза больше по сранонию с временем ввода информации 32-битными уловами последовательным кодом с частотой 48 кГц по ГОСТ 18977-79.,

Распределения длин сообщений (Ь) ж пауз (т),

представленные на

-8~ ,рис. 2, могут

быть аппроксимирована

геометрическим и показательным законами:

,к-1-а

Р(1ёК) = н(1-м)Л

(1)

Р(т>х) = х ехр[-х(х-в)],

гдэ: а и © - минимально' - возможные длины сообщений и пауз, соответственно.

-И

12 16 24 число сообщений Распределение длины сообщений Рис.2

I 14 1 I ГМ 1 0,3 1,2 2,1 3,0 длина паузы (с) Распределение длины лауг

В общем случае, информацию можно разделить на два класса, отнести ее к значимой или незначимой [17]. Признак значимости форжфуется по принципу: требуется или не требуется обслуживание центрального процессора цри изменении Х{хи)} информации данного; канала по отношении к предыдущему сеансу ввода Х{х(г-1 )>.

Большое количество каналов ввода-вывода, с которыми долша сопрягаться ЫфМ в комплексах радиосвязи, определило состав самой БЦВ?Л, 70-80% от обьема аппаратуры БЦВМ занимают устройства ввода-вывода. - '

'Снижение массо-габаритных характеристик устройств ввода-Еывода, создание высоконадежных процессоров ввода-вывода, разгружающих 'центральный процессор в условиях борта традиционными методами обслуживания каналов ввода-выводами и

известными техническими решениям не представляется возможным. Все известные методы приема информации последовательным кодом предполагают да каждого 1 канала использование собственного канального оборудования - схем электрического сопряжения, схем побайтовой й пословной синхронизации,' буферных и сдвиговых регистров, схем запроса на ' обслуживание, схем формирования контрольного бита чет/нечет.

Предлагается изменить технологию обслуживания каналов ввода, осуществлять прием информации на одном, "приборе", поочередно сканируя с высокой частотой мгновенные значения сигналов с линий в каждом независимо работающем канале. Получая тем сэмым групповой сигнал, запомненные и накопленные мгновенные значения за один такт обрабатываются по алгоритму соответствующему данному стыку, по которому обменивается выбранный канал. Если в данном такте обработки выполнилось условие конца приема слова процессором ввода-вывода осуществляется проверка слова на нужность, значимость, четность, новизну, формируются интегральные признаки массива введенных слов. На рис.3 показаны уровни представления данных и операции обработки вводимой информации процессора ввода-вывода.

Синтез блока приемо-передатчиков при многоканальном приеме-передаче информации .Количество последовательных каналов по вводу-выводу информации для малых комплексов находится в пределах от 8 до 24, для больших от 16 до 48 независимо работающих каналов. Кроме того, для летательных аппаратов разрешены к применению и широко используются в разных бортовых системах несколько стандартов': ГОСТ 18977-79 И РТМ 1495-75, ГОСТ 27232-87 (С1-И), .ГОСТ 26.765.52-87 (МКИО).

Предлагаемые алгоритм рис. 4 и структура рис.5 блока сопряжения обеспечивает обслуживание вводимой информации на одном "приборе" в режиме разделения времени [12,13,15].

Уровни Структура

представления вводимой данных информации

II

III

Выборка мгновенных значений 1^(1;)

Информационные биты 1Й{0,1>

Информационное слово Б111

Операции обработки

вводимой информации

Преобразование уровней мгновенных значений и,(г) в логические^значения и^Ю-^ШШ.П

I ИГ

Накопление X» Х^ мгновенных значений входного сигнала х1<г )=х1+1 )

X

Мажорирование X. У. получение

Накопление информ. бит Лю^ {0,1}

ВЗ»)«!}-! (1-1)

сдвиг

Подсчет контрольной суммы

® Б, 4йЛ тР 3 3=1

Свлектирование, сортировка

Б®_►в

нужное

IV

Рис.3

¡'Армирование бот 1 ноиизны Н™1

■•""О I р^+п

Массив введен- армирование инте-

ных слов гральных признаков:

л Вэ!)® новизны Н =Л Нш

чет II =Л Ч®

ж

■Х1

■Х1

1 ■ * 1 итерация 1---1 Х'1 1 |Р1

|Р1 1

Фазовая подстройка задержка синхронизации синхроимпульса преобразование вх. сигнала в тлг.

2 итерация ^--— ' " -V

Т°Г

выделение старта

3 итерация

110ДСЧЭ5 битов <3 г числа [юрм.гот Преобразование поел.в парал.

1 1 1 ..... 1

Контроль четности

готовность

Рис.4

кошр.четн.

6х.

Мультиплексор

ПЗУ

Регистр

гтФ

ОЗУ

адрес

Регистр

ф инф. ф упр.

Генератор

Формирователь адреса и управляющих" сигналов

адрес

Рис.5

-У2-

Каздому 1-ому каналу ввода предоставляется квант времени, эа который выполняются операции накопления мгновенных значений входного сигнала, фильтрация и принятие решения о принятом текущем информационном бите X ШЛ>, выделение перепадов (фронтов) 0 —* 1, 1 —0. Затем производится преобразование в телеграфшЛ код 1ВД, формирование синхроимпульса, выделение сигналов старта, готовности, чет/нечет и сдвиг информации на один бит. Представим вводимую информацию в виде функции Щ1;):

ИЦ) = А^?!^)^^). где А- амплитуда входного сигнала, зависящего от типа стыка; ' - модулирующая функция (в которой содержится значе-

ние вводимой информации ¿1= [0,1]); Б функция частоты и фазы.

Так как в функции и.(1;) для любого отдельно взятого стандартного стыка известны А , ?(1;,а), Б(ь>г+*>) для получения значения к информационного бита (1 необходимо иметь щжемное устройство, обладающее функциональной полнотой и в котором бы хранились модели входных сигналов при й=0 и при с1=1 [151. Под функциональной полнотой здесь надо понимать свойство устройства ввода принимать вводимую информацию с любой амплитудой, частотой, видом модуляции из заданного списка.Таким образом, многоканальное приемное устройство должно иметь программируемый универсальный преобразователь уровней, блок выделения сигнала синхронизации, схемы сдвига и подсчета контрольной суммы , запоминающие устройства хранения карт стандартных стыков и хранения промежуточных и конечной информации, коммутатор каналов, высоко стабильный генератор, блок формирования адросов и управления. На рис. б показан сигнальный граф , отображающий преобразования входной переменной х с одиночной выборки) в параллельный код Б для стыка С1-И.-Значения входной переменной ХШ,1) сдвигаются в каждом временном окне и запоминаются 8 отсчетов, происходит накопление Х(1)...Х(8). Решение.о приеме информационного бита "О" или "1" принимается по результату выполнения

-fj-

tvD2t"D3t>D4t"D5t"D6t"%t>D8t i i i i i 1 i !

Рис. 6

операции фильтрации, 'описываемой разностным уравнением

М1 ^

рекурсивного фильтра В1Х1(п-1) '+ Е^ А^Х^ (п-1);

где В^, А1 - коэффициенты нерекурсивной и рекурсивной части фильтра соответственно; , ¡¡¡2 - порядки фильтра. При выборе прямоугольного окна интегрирования (суммирования) В =1. Учитывая пуассоновский закон распределения помехи с параметром ~~ » Т сигнала порядок рекурсивной части фильтра будет 1^=1.

Таким образом, определение значение входного сигнала сводится к выполнению операции мажорирования с гистерезисом (блок М(Х1) рис.6): , ■

М1 И^+1

хз+1 - 81®1 с ЕХ13 ~-Т + 1"Х3 + М)Х3 ] 3=1

О, при V О,

ГО. *" 11.

^ " - I 1, при V .о

Гистерезис ( значение рекурсивной части фильтра) Г = И Х^ + (-1) Xj3

влияет на порог срабатывания функции sign v. увеличивает порог на.1, если предыдущее состояние сигнала и уменьшает на 1, если Х^=0. Здесь операция мажорирования эквивалентна операции оптимальной фильтрации для аналоговых сигналов и позволяет подавить помеху, длительность которой меньше 2 At - времени дискретизации входного сигнала. Затем На первой итерации также формируется сигнал ? синхронизации по изменению состояния входного сигнала из "О" в "1" или из "1" в "О", т.е. Р = Xj « х''(т) На второй итерации сигнал синхронизации задерживается на 8-мь тактов и формируется значение входного сигнала в виде телеграфного кода NRZ. Для стыка С1-И

" Dj_ = X* (8т) ф X' (16т) Во время третьей итерации подсчитывается количество син-

хроикпульсов SY^:

f1 при N =0, D-.=0,

J 3 N.j+1, при О N^<11,

.0, иначе

Сдвигается информация D,'2. формируется значение бита • п . .

"нечет": Р = е D mod 2'3

По 12 синхроимпульсу из - сдвигателя информация записывается в выходной буферный регистр,.на этом преобразование заканчивается, принятая информация поступает на следующий уровень обработки вводимой информации процессором ввода.

Для разработки аппаратуры многоканальных адаптируемых приемо-передатчиков, функционирующих по алгоритму рис.4, используется формализованный аппарат синтеза конечных автома-. тов. Комбинационная часть, формируйся функции перехода .реализована на ПЗУ (или ГШ), элементами памяти являются ячейки ОЗУ рис. 5 для каждого канала выделяется одна ячейка. Отличия от классической схемы конечного автомата в представленном устройстве заключаются в том, что в каждом такте работы конечного автомата изменяются функции перехода в соответствии с типом стыка и адреса ОЗУ в соответствии с номером канала ввода.

Алгебраическая интерпр<?тация архитектуры процессора ввода- вывода. '

На процессор ввода-вывода БЦВМ возлагаются дополнительные функции: *

1. по селекции (принимаются только заданные слова);

2. по сортировке (каждое принятое слово записывается по заданному адресу);

3. сравнение принятых данных с'принятой информацией в предыдущем сеансе ввода, при этом любые разряда незначащей информацией могут бить маскированы (формирование признака "новизны"). Исходя из характера предварительной обработки вводимой информации, синтезируем алгебраическую структуру

блоке обработки процессора ввода, которая определяется выражением виде А (Х,У). где X - объекты, над которыми оперируют (вводимая информация), У -набор операций, обладающий определенными свойствами. Суть предварительной обработки У информации X процессором ввода-вывода заключается в преобразовании множества X в множество X . подготовленного дам обработки центральным процессором, т.е. Х-Х-Х'пб].

Множество X е X является подмножеством X. не содержащее незначимой, несущественной информации X и помечено признаком новизны [16]. Блок обработки процессора должен выполнять следующие У операции:

1. Сравнение идентификаторов «^принятого слова (служебная часть слова, например, в ГОСТ 18977-79 идентификатором служит первый байт 32-х разрядного слова) с множеством заданных идентификаторов П^ тех слов, которые являются значимыми для данного канала ввода.,Информация будет приниматься'только для таких .для которых найдется хотя бы один

2. Сравнение принятой информации с информацией, введенной в предыдущем сеансе ввода Х^ с маскированием незначимой информации Х^Н-Х^ "И.

Булевая функция, имеющая значение. 1 (истина) для логической эквивалентности (совпадения) Х^ и Х^ и значения .0 (ложь) в противном случав, будет иметь следующий вид без маскирования:

При маскированном сравнении используются только некоторые разряды, участвующие в сравнении, остальные маскируются кодом маски т '

1 (ХгчХг_1 )=Х(*Х1;_1ТХ1-Х1;_1ТИ

для операции несравнения (исключающее . МИ): I(Х^х^ )=(Х1.-Х1._1УХг^_1 )-М

Процессор ввода-вывода представляет центральному процессору вводимую информацию в виде самоопределяющих данный Слова хранятся в памяти 'в виде двух полей - теговая часть слове я поля собственно данных, принятых процессором ввода и записанных в память -ЭВМ без изменения

Тег : Введенные данные

Биты шля тега формируются по следупцим правилам:

п

1,,?о= £

если * ¿Ь=1 =1 1

Бит "ошибки"?,, = и противное*

),если Ъ (1-1)

Бит "новизны

.-. С:

н \1.противное

Г1 .если Б (t)=Г(t)

Бит "признака"? = ] __[111 ,

У 1.0, противное •

где ГШ-значение поля данных, для которого подготовлено решение заранее.

Кроме формирования значений тега принимаемых слов, процессор ввода-вывода вычисляет интегральные значения признака новизны, бита ошибки всего вводимого массива, дополняет дескрипторами: номер канала, формат и длина сообщения

: Дескриптор : Массив данных :

_ __ ) _

Бит "ошибки" и бит "новизны" массива определяются следующим образом:

п

рот=131?о1

■ - п

Таким образом, вводимые данные'хранятся в памяти ЭВМ в виде упорядоченной информации:

Дескриптор Тег 1 слова 1 слово

?от ?ш Jt канала Формат Длина ' О Н Р

Центральный процессор начинает обработку введенной информации с анализа полей дескриптора массива ?ш.Если ?ош=1 или Рдщ-О • то задание снимается со счета. '

Эффективность процедур предварительной обработки вводимой информации определяется tg- высвобожденным машинным

временем центрального цроцессора за счет прореживания заявок п

на обслуживание £ (1-Pl)tl и временем, затрачиваемым

центральным процессором на сортировку и упорядочение п

вводимых данных £Р t (здесь п - количество

i 1 сорт

обслуживаемых каналов),-т.е. _

где t - среднее время обработки i канала;

п

Р1-вероятность того, что за цикл обслуживания I = А .0 i А произошло изменение значимой ин&ормации источника, требущее

обработки центральным процессором; .

tCQpT - среднее время работы программы сортировки П0С10,

зависящее от количества К вводимых' слов и аироксимируется

¡,2

(рис.1) функцией ввда t * а + t> (а=15, Ь=680).

со

Модель обслуживания источников информации можно представить в виде СМО с последовательно соединенными процессором ввода-вывода к центральным процессором

п 11

1 1

<5>

о

где 2С| — процессор ввода-вывода, к^- центральный процессор, 0^- источник информации 1 канала. Н^- очередь ожидания на обслуживание, л.^- интенсивность приема информации по 1.

каналу.

Процессор ввода-вывода прореживает поток заявок, пропуская только заявки, имеющие значимую и обновленную информацию' по сравнению с предыдущим сеансом ввода с вероятностью Р1 = ? (t<iq), определенной функцией распределения'(1).

Имитационное моделирование процесса обслуживания каналов для комплекса радиосвязи проводилось пакетом GPSS/PC.

Результаты моделирования представлены на рис.7: ' зависимости загрузки, среднее количество нахождения в очереди, количество циклов обслуживания на 1000 трзнзактов (запросов на обслуживание) от быстродействия центрального процессора БЦВМ "АМПАК-В" (с временем выполнения команд регистр-память 2 мкс), "Арлекин' А" и "Символ 3" (3 мкс), "Символ ..." (25 мкс), "Символ 1А" (50 мкс) при обслуживании 8, 16, 48 каналов. -

Загр. Кол.циклов обсл. Кол.заявок

(%) на 1000 транзЛвд.) в очереди (ед.)

Рис.7 »

При увеличении количества каналов обслуживания до 48 для БЦВМ 25 мкс величина очереди стремится к Процент

' загрузки центрального процессора при организации вычислительного процесса по обслуживанию вводимой информации

-зо-

на процессоре ввода-вывода и центральном процессоре составляют 6-93% (зависимости 1).

Самотестируемость, самоконтроль процессора ввода-вывода

управляющей БЦВМ. Требования контролепригодности и отказоустойчивости для бортовых управляющих ЦВМ являются обязательными и сложными по выполнению, так как многие аппаратные способы обнаружения и локализации отказов ( полное дублирование, мажорирование и.т.д.) не приемлемы дот бортовых ЦВМ из-за жестких массо-габаритных ограничений. Перечислим аппаратные средства контроля и сигнализации сбоев и неисправности, которые традиционно используются в БЦВМ:

- контроль передач и хранение информации на четность;

- формирование сигналов " зависания " адреса на магистрали ЦВМ;

- сбой по питанию; , , - недопустимый код команда;

- контроль времени выполнения рабочих программ [9,10].

Поэтому, недостаточность аппаратных средств контроля для управляющих БЦВМ компенсируется тем, что в вычислительный процесс включаются тестовые программы контроля (14,163. Основной задачей тестовых программ контроля является своевременное выявление неисправностей БЦВМ и передачи управления программам локализации неисправности.

Для определения характера изменения коэффициентов готовности и использования рассмотрим временную диаграмму функционирования управляющей БЦВМ в КРС, представленную на рис.8 После включения БЦВМ. проводится предполетная проверка аппаратуры комплекса и БЦВМ. Время проверки гт=Е гт1 определя-

' ■ 1

ется суммой времен всех тестов, ограниченно требованиями предполетной подготовки и для известных бортовых КРС равняется 1,5-2,0 мин. В случае обнаружения неисправности во вре- ' мя предполетной подготовки дефективный модуль (блок,субблок) заменяется из состава группового ЗИП. В случав нормального завершения тестовой . проверки, БЦВМ начинает выполнять рабочие программы функционирования КРС. Для выполнения тре-

- Лю-

бований ГОСТ 26656-85 (по контролепригодности и текущему контролю) и получения заданного уровня надежности функционирования' БЦВМ ( коэффициента готовности КрО,9990-0,9999) в вычислительный процесс включаются тесты проверки работоспособности аппаратуры БПВМ. Тесты включаются частями но так чтобы за время цикла отработали все тесты БЦВМ. Период включения теста влаяет на коэффициент готовности, на коэффициент использования и время простоя (или неправильного функционирования) в случае возникновения неисправности. Коэффициент готовности определим следующим образом:

Жр-

5 1

Ао Ао

где Т0 - среднее время наработки на отказ;

= *пр + V сРедавэ время восстановления складшзается из ^ - среднего времени простоя от момента возникновения неисправности до момента его обнаружения и 1;д - времени локализации неисправности.

Коэффициент использования будет равен

< VV V ^Т )+то/тц-

где выражение Т0/Тц Ър определяет суммарное время затрачен-рачанное Б1ЩМ на контроль аппаратуры за период После уп-

Т0~Т0/ТЦ*1'Т

Кд »

Учитывая, что события появления неисправности и проведения тестирования независимы, время работы БЦВМ 1р=4-25 ч, время цикла работы тестов « Т0, поэтому принимаем, что момент возникновения неисправности на интервале времени Тц равномерно распределен. Тогдз среднее время простоя будет г = Тц/2, и

bri.

h

n

1 1 1 1 1 I tpi trf Ul

I- • -r f

tpi ¿r* \-tfit

-t-—I-1-

,-tp* l l*-¿-f-

ÍH

-i-(-

H-b

Tíipn

ч ,

Tpffl- ¿joc/ts /7/>сЗ/го*с/!?н;аи ;

f/eirc/ipa /7> u; -tpi- бремя ¿i//za0*e/ftfjr /ja-ébveA ¿^/?/>№/>6/; i тл: ~ о/>епя Simare мстя теста

Рис. 8

f/aeoaoó ¿.¡с)

г . „ уу?ц ч

• УУ2+*л ' УУ2+гл

На рис.9 показаны зависимости К^и КрОТ периода включения тестов, полученные для типичных БЦВМ в КРС с разными временами наработки на отказ То=500, 1000, 5000.

, Коэффициент готовности резко уменьшается для То=500 час, когда период включения тестов Тц>0,8 час; для Т0=5000 час Тц>1,6час (значения коэффициента готовности становятся меньше ^<0,9990).

Коэф$ициент использования представляет собой выпуклую функцию КдСГц) с одним максимумом. Максимальное значение коэффициента' использования можно получить при оптимальном периоде тестирования. Продифференцируем функцию ^(Тц) и

приравняем к нулю

г'д. у ^0-у^-(уу2^л)-1/2(уТ0'уТц)

^ 4 . <УУ2+^

Для Тц опт(То=500)=4,96 час; Тц ош,.(То«5000)=15,58 час. Но при оптимальном периоде тестирования коэффициент готовности падает до недопустимых значений К^<0,09966.

Таким образом, для увеличения эффективности использования штатного оборудования, увеличения производительности БЦВМ при безусловном выполнении требований по надежности видятся два пути, во-первых, необходимо высвободить время центрального процессора для контроля собственной работоспособности; во-вторых, уменьшить время тестирования центральным процессором за счет передачи части функций контроля на процессор ввода- вывода. На рис.9 представлены зависимости (3) коэффициента использования от периода тестирования (для случая, когда центральный процессор не занимается тестированием ввода- вывода. Эту задачу выполняет процессор ввода- вывода. При этом можно видеть, что при . оптимальном периоде тестирования Тцопт(То=500час)=2,2 час, тцопт <У5000 час-)= 16 час достигаются требуемые значения готовности коэффициента Кр= 0,9991.

Процедура тестирования собственной аппаратуры процессора ввода-вывода сводится к коммутации резервного (неиисполь-зуемого) канала ввода на линии ввода-вывода и его инициализации на операции ввода информации с .формированием признака новизны.

Основные результаты работы. Главным результатом работы явилась разработка и внедрение в серийное производство ряда процессоров и устройств ввода-вывода бортовых "управляющих ЭВМ. • ' " '

Для решения этой.проблемы:

1. На основе анализа программного обеспечения и природы источников и потребителей информации бортовых комплексов радиосвязи разработана новая технология обслуживания каналов ввода, обменивающихся последовательным кодом, предполагающая одновременный прием информации от п независимых источников методом сканирования с высокой частотой мгиовещшх значений и обработки группового сигнала на одном "приборе";

2.- Разработана оптимальная алгебраическая структура блока обработки процессора ввода-вывода и адекватная этой структуре аппаратная реализация. .

3. Разработаны алгоритмы обработки, структурные схемы, принципы функционирования многоканального приемника, адаптивного к одновременному приему информации по любому последовательному интерфейсу, оборудование которого не зависит от количества обслуживаемых каналов.

4. Определены способы предварительной обработки вводимой информации, разгруааздие центральный процессор от рутинных и непроизводительных затрат. Центральный процессор, анализируя интегр&лыше признает новизны, значимости, ' приступает к обработке введенной информации только тогда, когда признаки равны "1". .

5. Повышена помехозащищенность приема информации,* обеспечивающаяся тем, что значение информационного бита определяется результатом выполнения функции мажорирования накопленных мгновенных значений. '

6. Уменьшено время цикла тестирования аппаратуры БЦВМ за счет введения режима самотестирования процессора

-äf-

ввода-вывода, для чего используется команда ввода информации с признаком "новизны".'

7. Определепы оптимальные дисциплины тестирования устройств управляющей БЦВМ и пути достижения требуемых показателей надежности.

8. Проведено внедрение процессоров ввода-вывода в серийном производстве.

9. Принципы, заложенные при построении процессоров ввода-вывода, прошли испытания эксплуатацией изделий в комплексах радиосвязи различного назначения.

По теме диссертации опубликовано 18 работ. Основное содержание диссертации в следующих работах:

1. Крюков Ю.В. Способа повышения производительности управляющих ЦВМ ь системах радиосвязи.Техника средств связи, сер. "Техника радиосвязи'" вып.9 1983.

2. Абэшин O.K. Крюков Ю.В. Цифровое устройство для вычисления синусно-косинусных функций. Авторское свидетельство % 860753, бюлл.изобр. Я 36. 1981.

3- Абвшин D.K.Крюков Ю.В. Цифровое устройство для вычисления синусно-косинусных функций. Авторское свидетельство X 926651. 'бюлл.изобр. Л 17. 1982. ' '

4. Абашин: Ю.К. Крюков D.B. Формирователь линейно-частотно-модулированных сигналов.Авторское свидетельство JS 1029394. бюлл.изобр. Я 26 1 9835. Абашин Ю.К. Крюков Ю.В. Устройство ввода информации в ЦВМ. Авторское свидетельство Л 974365. бюлл.изобр. Я 42 1981

6. Абашин D.K. Крюков Ю.В. Серова Т.Ю., Устройство для ввода информации в ЭВМ. Авторское свидетельство № 1043620. бюлл.изобр. JS 35. 1983.

7. Абашин Ю.К. Крюков Ю.В. Устройство для вывода информации из ЭВМ.Авторское свидетельство Я 1056174. бкшл. изобр. Л 43. 1983-

а Абашин D.K. Кршов С.В. Серова Т.Ю. Устройство для ввода информации в ЭВМ.Авторское свидетельство Ji 1136173. бюлл.изобр. JE 3. 1985.

9. Крюков D.B. Ефремов О.Г. Устройство контроля хода программ. Авторское свидетельство JS 1211735. бюлл.изобр.

-3S-

J5 6, 1986.

10. Крюков Ю.В. Комарова И.В. Бобарыкин A.B. Устройство для контроля хода программ.Авторсков свидетельство J® 1328819 бюлл.изобр. & 29. 1987.

11. Крюков Ю.В. Серова Т.О. Устройство для ввода информации. Авторское свидетельство № 1246103. бюлл.изобр. й 2,7 . 1986. .

12. Гусев Д.Ю. Крюков Ю.В. Адаптивное устройство ввода-вывода. Тезисы докладов. Межотраслевая НТК "Средства связи в аЕиацш ", Горький 1989 г.

13. Крюков Ю.В. Кузнецов A.B. Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с дискретными датчиками. Авторское свидетельство JS 1540544. 1989.

14. Крюков Ю.В. О повышении надежности функционирования управляющей ЦВМ в комплексе радиосвязи.Межотраслевая НТК "Средства связи в авиации", Горький,,1989 г.

15. Гусев Д.Ю. Крюков Ю.В. Устройство для ввода информа ца>.:.Положительное решение по заявке 4778423/24/002968 от 05.01.90 г. • " • ..

16. Крюков Ю.В. О сокращении непроизводительных затрат машинного времени управляющей ЦВМ. Техника средств связи, сер. "Техника радиосвязи", вып.2, 1991 г.

17. Крюков Ю.В. Информационные аспекты распараллеливания вычислительного процесса управляющей ЦВМ в комплексе' радио- . связи.Тезисы докладов. Всесоюзная НТК "Однородные ВС, структуры и среды", Москва, 1991 г.

18. Зыков A.B. Крюков Ю.В. Махалов В.И. Палочкин Ю.П. Функциональная интеграция оборудования исследовательских информационно-связных комплексов .Тезисы докладов; Международный форум информатизации, Москва, 1992 г. (