Программирование измерительных систем реального времени. — М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.: ил. ISBN 5-283-01469-Х
Описаны принципы подключения к ЭВМ типа "Электроника 60", СМ ЭВМ измерительного и управляющего оборудования с использованием параллельного и последовательного интерфейсов, аппаратуры прямого доступа в память, интерфейса КАМАК. Рассмотрено программное управление этим оборудованием. Описаны возможности операционных систем реального времени и использование системных средств для работы с расширенной памятью, обработки прерываний и т. д.
Для инженеров, разрабатывающих и эксплуатирующих автоматизированные измерительные установки.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга задумана как практическое руководство для инженеров, разрабатывающих программное обеспечение (ПО) автоматизированных измерительно-вычислительных систем (ИВС). В ней рассказано о принципах подключения к ЭВМ измерительной и управляющей аппаратуры, особенностях ее программирования, методике построения управляющих вычислительных комплексов. Особое внимание уделено системным средствам. Инженеры, приступающие к разработке ПО систем реального времени, в первую очередь сталкиваются с трудностями организации правильного взаимодействия прикладной программы с операционной системой (ОС). Какие возможности представляют ОС прикладному программисту, где и с какой целью разумно использовать системные средства — на эти вопросы, как правило, не дают ответа технические описания ОС. В книге рассказывается, и как именно следует использовать системные средства, какие преимущества и недостатки несет в себе такой подход, на многочисленных примерах продемонстрирована техника системного программирования в задачах реального времени.
Программные комплексы реального времени являются, к сожалению, машинно- и системно-зависимыми. Настоящее пособие ориентировано на широко используемые в автоматизированных измерительных установках малые ЭВМ типа СМ-4, СМ-1300, СМ-1600, СМ-1420, "Электроника 60", "Электроника 81", "Электроника 100-25", ДВК, MERA-60, MERA-125 и другие ЭВМ, принадлежащие тем же семействам. В качестве программной базы выбрана ОС реального времени РАФОС-Н, а в качестве языка программирования — язык ассемблера СМ ЭВМ. Такой подход позволил изложить вопросы разработки программных комплексов реального времени на конкретном программном материале. Чтение книги требует предварительного знакомства с языком ассемблера и с основными понятиями ОС реального времени в объеме пособий [28] и [29]. или [21]. Для первоначального ознакомления со структурами и функционированием средств связи малых ЭВМ с измерительным оборудованием можно рекомендовать пособия [19] и [30].
Книга посвящена, главным образом, программированию. Однако методика и техника программирования измерительной аппаратуры в значительной степени определяются структурой и особенностями функционирования средств сопряжения аппаратуры с ЭВМ, а те, в свою очередь, — системным интерфейсом используемой машины. Поэтому
начинается книга с рассмотрения системных интерфейсов малых ЭВМ. В гл. 1 дана общая характеристика интерфейсов ОШ и МПИ, используемых в машинах серий СМ и "Электроника", рассказано о назначении и взаимодействии сигналов системной магистрали в процессе выполнения операций передачи данных и машинных команд.
В гл. 2 рассматриваются структура и принципы программирования средств сопряжения измерительного оборудования с ЭВМ (интерфейсов) . Приводятся примеры программирования интерфейсов, работающих в режиме ожидания готовности, в режиме прерываний, а также с прямым доступом в память.
В гл. 3 описаны интерфейсы общего назначения, широко используемые при организации измерительно-вычислительных комплексов: параллельного 16-разрядного интерфейса для подключения измерительной аппаратуры, а также радиальных интерфейсов ИРПР и ИРПС.
В гл. 4 описаны принципы программирования аппаратуры КАМАК, приведены примеры программ управления отдельными модулями и небольшими измерительными системами в различных режимах.
Глава 5 представляет собой введение в ОС реального времени. Здесь уделено внимание аппарату системных макрокоманд, организации параллельных процессов, использованию расширенной памяти, оверлейному режиму.
Измерительно-вычислительные комплексы реального времени, как правило, широко используют режим прерываний для управления установкой или процессом измерений, приема измерительной или контрольной информации, взаимодействия с оператором. Разнообразные системные средства организации режима прерываний рассмотрены в гл. 6. В гл. 7 рассмотрена системная организация ввода-вывода. Здесь выделены два важных вопроса: системные средства обращения к стандартному периферийному оборудованию и методика разработки системных драйверов для измерительной аппаратуры.
В последней гл. 8 речь идет о специфических вопросах разработки программных комплексов реального времени: интерактивном управлении ходом измерительно-вычислительного процесса, выводе контрольной информации, интеллектуальных программах.
Предлагаемая книга является, по существу, первой попыткой систематического изложения конкретных вопросов разработки программного обеспечения измерительных систем и, естественно, не свободна от недостатков. Их было бы гораздо больше, если бы не заинтересованное участие рецензента книги канд. техн. наук, доцента В.В. Бурляева, которому автор выражает искреннюю признательность. Автор будет благодарен читателям за любые замечания и предложения по содержанию и стилю книги. Отзывы и замечания направлять по адресу: 113114, Москва, шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Резкий рост промышленного производства разнообразных средств вычислительной техники привел к интенсивному внедрению ЭВМ в процесс измерений. Использование мини- и микроЭВМ (или малых ЭВМ, как мы их будем в дальнейшем называть) в качестве элемента измерительной установки позволяет повысить точность и информативность измерений, увеличить их производительность, автоматизировать процесс получения, накопления и обработки информации. Несмотря на огромное разнообразие конкретных измерительных установок, их структура часто оказывается схожей.
Физическое воздействие, подлежащее регистрации и измерению (температура, давление, световой поток, магнитное поле, поток элементарных частиц и т.д.), преобразуется соответствующими датчиками в электрический сигнал. В качестве датчиков могут использоваться термопары, пьезоэлектрические и фотоэлектрические приборы, детекторы элементарных частиц и проч. Электрические сигналы, снимаемые с выхода датчика, несут в себе информацию о характеристиках регистрируемого физического воздействия, причем эта информация может заключаться в различных параметрах сигналов: величине непрерывно изменяющегося электрического напряжения или тока, амплитуде импульсов, временном интервале между отдельными импульсами или средней частоте их следования и т. д. Для того чтобы ЭВМ могла воспринимать эту информацию, ее надо преобразовать в цифровой код, и поэтому непременным элементом измерительной установки является один или несколько кодировщиков (аналого-цифровых преобразователей, (АЦП)). Помимо кодировщиков электронная аппаратура измерительной установки может содержать также различные устройства, выполняющие усиление, преобразование, сортировку, предварительное накопление и отбор поступающих сигналов или кодов. С выхода электронной аппаратуры закодированная информация поступает в ЭВМ. Функции ЭВМ в измерительной установке весьма многообразны. Одной из таких функций является просто накопление поступающей информации. Во многих случаях объем измерительной информации столь велик, что ее накопление и хранение возможно только на машинных носителях, таких, как накопители на магнитных дисках (НМД) или лентах (НМЛ). Автоматизированные системы сбора и накопления информации, в которых окончательная обработка информации выпол-
5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................................... т
Введение ...................................... ..... 5
Глава 1. Системные интерфейсы малых ЭВМ..................... 9
1.1. Общая характеристика интерфейсов.................. g
1.2. Операции передачи данных........................ 15
1.3. Процесс выполнения машинных команд................. 21
Глава 2. Структура и программирование параллельных интерфейсов...... 25
2.1. Простейший интерфейс........................... 25
2.2. Интерфейс с программным управлением................ 30
2.3. Интерфейс с обслуживанием прерываний............... 36
2.4. Интерфейс прямого доступа в память.................. 54
Глава 3. Интерфейсы общего назначения........................ 60
3.1. Параллельный интерфейс общего назначения............. 60
3.2. Параллельный интерфейс ИРПР..................... 63
3.3. Последовательный интерфейс....................... 69
Глава 4. Интерфейс КАМАК............................... 78
4.1. Структура системы КАМАК....................... 78
4.2 Принципы программирования аппаратуры КАМАК......... 82
4.3. Обслуживание запросов от модулей КАМАК............. 85
4.4. Программирование простых измерительных систем......... 91
Глава 5. Системная организация программных комплексов реального времени .............................................. 97
5.1. Общие характеристики операционных систем реального времени 97
5.2. Аппарат системных макрокоманд.................... 107
5.3. Подпрограммы завершения........................ 115
5.4. Фоново-оперативный режим....................... 119
5.5. Использование расширенной памяти.................. 133
5.6. Разработка программ увеличенного размера............. 147
Глава 6. Программные комплексы с обработкой прерываний........... J56
6.1. Обработка прерываний под управлением ОС............. 156
6.2. Обработка прерываний в TS-мониторе и системе NTS........ 164
6.3. Структуры программных комплексов с обработкой прерываний jgg
Глава 7. Организация ввода-вывода.................'.......... I g2
7.1. Система ввода-вывода........................... J82
7.2. Структура и функционирование драйверов внешних устройств. . J97
7.3. Разработка драйвера для измерительной аппаратуры ........ 205
Глава 8. Управление программами реального времени............... 216
8.1. Средства ввода-вывода через терминал................. 216
8.2. Программное управление ходом измерительно-вычислительного процесса.................................... 221
8.3. Вывод контрольной информации.................... 227
8.4. Интеллектуальные программы...................... 235
254
Цена: 150руб.
