Программно-технический комплекс Учебное пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2010. Удк 519. 23 (075. 8) Ббк 22. 17я73
| Вид материала | Учебное пособие |
- Практикум Новочеркасск юргту (нпи) 2010 удк 330 (075. 8) Ббк 65. 012. 1я73, 2097.42kb.
- Учебно-методическое пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2011 г. Удк 004 : 012 (076) ббк, 1329.07kb.
- Учебно-методическое пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2011 г. Удк 004 : 012 (076) ббк, 994.64kb.
- Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Экономики» и«Экономической теории», 4766.75kb.
- Учебно-методическое пособие Новочеркасск 2006 удк 004. 4 (07), 341.54kb.
- Учебное пособие к практическим занятиям по дисциплине «Физическая культура» Новочеркасск, 1055.75kb.
- Конспект лекций москва 2004 удк 519. 713(075)+519. 76(075) ббк 22. 18я7, 1805.53kb.
- Данное пособие предназначено для кураторов академических групп младших курсов, а также, 1695.39kb.
- Пособие предназначено для студентов специальности «Прикладная информатика (в экономике)», 1911.82kb.
- Учебное пособие тверь 2008 удк 519. 876 (075. 8 + 338 (075. 8) Ббк 3817я731-1 + 450., 2962.9kb.
Контрольные вопросы
1. Каковы требования реального времени в системах мультимедиа?
2. Сформулируйте и дайте краткий анализ требований к архитектуре мультимедиа-систем.
3. Как осуществляется в системе Freescale объединение графического и мультимедийного ядра?
4. Проиллюстрируйте особенности мультимедийных микропроцессоров обработки данных на примере PNX1500.
5. Сформулируйте особенности архитектуры систем цифровой обработки сигналов для систем мультимедиа реального времени.
Заключение
В данном учебном пособии проведён анализ предметной области СРВ. Определены основные отличия ОС общего назначения от ОСРВ и особенности управления исполнением задач.
Показано, что важнейшим свойством СРВ является предсказуемость временных реакций системы на внешние события, что определяет состоятельность и обоснованность решений, заложенных в конкретной СРВ. И именно в свете временной предсказуемости необходимо рассматривать возможности выбора конкретной ОС под конкретную задачу реального времени.
В пособии при анализе СРВ выделены важнейшие функции ОС, связанных с планированием, диспетчеризацией потоков в рамках конкретной задачи. Для обеспечения эффективного функционирования вычислительной системы, ОС должна уметь эффективно обслуживать и распределять ресурсы процессора, памяти (основной и внешней) и внешних устройств. Выделенные требования выбора ОС РВ проиллюстрированы примерами типовых контроллеров, предназначенных для решения конкретных задач в реальном времени.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- Васьков С.Т. и др. Открытые системы реального времени//ИВТ, 1995, №1-2.
- Калядин А. Системы реального времени. Архитектура современных промышленных систем//Открытые системы. 1998. №3.
- Хухлаев Е. Операционные системы реального времени и Windows NT//Открытые системы. 1997. №5.
- Рыбаков А. Эволюция стандарта PCI для жестких встраиваемых приложений//ссылка скрыта.
- Золотарев С.В., Системы SCADA в среде ОС QNX // Мир ПК. 1996. №4.
- Кабанов П.Н., Никитин С.В., Фрейдман А.В. О качествах SCADA и пакете Phocus/OPUS // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. №5.
- Терлецкий М.Ю. iFIX для Windows или SCADA для QNX? // Приборы и системы. 2003. №4.
- Кабанов П.Н., Фрейдман А.В., Мониторинг работы SCADA-систем для QNX через Internet//Автоматизация в промышленности. 2006. №8.
- ГОСТ Р МЭК 821-2000 Магистраль микропроцессорных систем для обмена информацией разрядностью от 1 до 4 байтов (магистраль VME). – М.: Изд-во стандартов, 2000 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 6
1.1. Общие положения и определения 6
1.2. Отличие механизма современных ОСРВ 9
1.3. Параметры ОСРВ 16
1.4. Программное обеспечение многозадачности ОС 19
1.5. Архитектура ОСРВ. Классы ОСРВ 26
1.6. Синхронизация задач 33
1.7. Базовые понятия программного обеспечения реального времени 37
1.8. Асинхронный обмен данными 45
1.9. Надежность систем реального времени 47
1.10. Планирование задач 48
1.11. Планирование периодических процессов 52
1.12. Взаимоблокировки 54
Контрольные вопросы 57
ГЛАВА 2. ТИПОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 57
2.1. Обзор систем реального времени 57
2.2. Операционная система Windows NT 67
2.2.1. Ужесточение требований к ОС 90-х годов 67
2.2.2. Операционные системы реального времени и Windows NT 69
2.2.3. Процессы и потоки NT 75
2.2.4. Пути расширения реального времени для NT 80
2.2.5. Обработка прерываний и исключений 98
2.2.6. Особенности системы ввода/вывода системы NT 116
2.2.7. Windows NT как операционная система реального времени 123
2.2.8. Расширения Windows NT 132
2.3. Операционная система QNX 139
2.3.1. Общие положения 139
2.3.2. Системная архитектура QNX 154
2.3.3. QNX как сеть 158
2.3.4. Синхронизация процессов 159
2.3.5. Оконная система Photon microGUI 167
2.3.6. Phocus 4 для создания встраиваемых SCADA 172
2.4. Операционные системы реального времени для встраеваемых систем 173
2.5. ОС РВ для встраиваемых модулей от компании Microsoft 177
2.6. Функциональные потребности SCADA-системы 180
Контрольные вопросы 183
ГЛАВА 3. ОБЩИЙ АНАЛИЗ КОНТРОЛЛЕРОВ 185
3.1. Аппаратное обеспечение 185
3.2. Программирование PLC 193
3.3. Выбор контроллерных средств 197
3.4. Классификация современных контроллеров 203
3.5. Взаимодействие компонентов 210
3.6. Проектирование распределенных систем управления 211
3.7. Открытая модульная архитектура контроллеров 215
3.8. Архитектура производственной базы данных реального времени 217
3.9. Эволюция стандарта PCI для жестких встраиваемых приложений 219
3.10. ISaGRAF 5++ACE Target–целевая система высокой производительности 223
3.11. Одно- и многоуровневые системы диспетчерского контроля и управления 227
3.12. Технологии и протоколы передачи данных в промышленности: Industrial Ethernet 228
3.13. Обеспечение надежности АСУ ТП с использованием резервированного кольца Turbo Ring 233
3.14. Анализ архитектур контроллеров с параллельной шиной 236
3.15. Повышенные требования к устойчивости функционирования 238
Контрольные вопросы 242
ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТИПОВЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ 244
4.1. Промышленные контроллеры для автоматизации технологических процессов 244
4.2. Модули ADAM-8000 от компании Advantech и система программирования ADAM-WINPLC7 252
4.3. LabVIEW Real-Time LabVIEW реального времени 253
4.4. Встраиваемые системы и ОС для них 259
4.5. Промышленный контроллер Р-130ISA 260
4.6. Совместное использование HMI и PAC 262
4.7. Система Реального Времени CF-MNTR 265
4.8. Экономичные контроллеры Pico 267
4.9. RapidIO: технология для приложений реального времени 268
4.10. TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6: обзор исполнительных модулей 272
4.11. Контроллер Crestron CP2E 281
4.12. АСУ ТП на базе контроллеров MICRO-PC 283
4.13. 32-разрядные микроконтроллеры Microchip 284
4.14. ITV NDC-F18 – универсальные контроллеры NDC-F18 293
4.15. Сетевой контроллер компании Lenel для систем контроля доступа 295
4.16. Сетевой контроллер реального времени 297
Контрольные вопросы 300
ГЛАВА 5. МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 301
5.1. Требования реального времени в системах мультимедиа 301
5.2. Требования к архитектуре мультимедиа-систем 301
5.3. Объединение графического и мультимедийного ядра в систему Freescale 310
5.4. PNX1500 312
5.5. SCSA: архитектура для систем мультимедиа реального времени 313
Контрольные вопросы 319
Заключение 320
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 320
Учебное издание
Михайлов Анатолий Александрович
СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Программно-технический комплекс
Редактор А. А. Галикян
Темплан 2009 г. Подписано в печать 15.02.2010.
Бумага офсетная. Ризография. Ус. печ. л. 16,51
Уч. – изд. л. 17,75. Тираж 500 экз. Заказ
Южно-Российский государственный технический университет
Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ
Участок оперативной полиграфии
Адрес университета и участка оперативной полиграфии:
346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132
2 Разделяемым называется ресурс, доступ к которому могут одновременно получать несколько выполняющихся задач.
3 Сообщениями является любой механизм явной передачи информации от одной задачи к другой (семафоры можно отнести к механизму неявной передачи сообщений).
4 Редиректор – это сетевой компонент, ответственный за посылку запросов ввода/вывода по сети, если файл или устройство, к которому осуществляется обращение, не является локальным.
5RISC (ссылка скрыта Reduced Instruction Set Computing) – вычисления с сокращённым ссылка скрыта – концепция проектирования ссылка скрыта, которая во главу ставит следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее. Простая архитектура позволяет как удешевить процессор, так и поднять ссылка скрыта. Первые RISС-процессоры были разработаны в начале 1980-х годов в Стэнфордском и Калифорнийском университетах ссылка скрыта. Они выполняли небольшой (50 − 100) набор команд, тогда как обычные ссылка скрыта (Сomplex Instruction Set computer) выполняли 100–200.
Характерные особенности RISC-процессоров:
- фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды;
- одна инструкция выполняет только одну операцию с памятью – чтение или запись;
- операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют;
- большое количество регистров общего назначения (32 и более).
В настоящее время многие архитектуры процессоров являются RISC-подобными, к примеру, ссылка скрыта, ссылка скрыта, ссылка скрыта, ссылка скрыта, ссылка скрыта, ссылка скрыта и ссылка скрыта. Наиболее широко используемые в настольных компьютерах процессоры архитектуры ссылка скрыта ранее являлись ссылка скрыта-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel486DX, являются ссылка скрыта-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют ссылка скрыта-инструкции процессоров ссылка скрыта в более простой набор внутренних инструкций RISC.
6 Продукт компании ICS Triplex
7 Библиотека ACE (Adaptive Communication Environment) появилась в ходе исследовательской деятельности и научных разработок д-ра Дугласа С. Шмидта в Калифорнийском университете в Ирвине, направленных на проектирование шаблонов, представление и анализ объектно-ориентированных технологий, способствующих развитию высокопроизводительных, распределенных вычислительных систем реального времени. Результатом работы стала библиотека ACE – мощный инструментарий, предназначенный для создания сложных многоплатформенных коммуникационных приложений.
ACE свободно используется для любых приложений, в том числе коммерческих, без каких-либо лицензионных соглашений. ACE широко применяется во всем мире, а также является одной из самых переносимых C++ библиотек, она поддерживает десятки платформ и продолжает развиваться.
- 8 ссылка скрыта (ссылка скрыта Million Instructions Per Second) - величина, показывающая сколько миллионов инструкций в секунду выполняет ссылка скрыта в некотором синтетическом тесте.
9 ADVANTECH. Корпорация ссылка скрыта, основанная в 1983 году, является одним из крупнейших в мире производителей вычислительной техники для промышленной автоматизации, встраиваемых систем и телекоммуникаций. Свою миссию ADVANTECH видит в поддержке разработчиков и системных интеграторов в создании инновационного электронного оборудования и автоматизированных систем для широкого круга приложений. Под маркой ADVANTECH сегодня выпускается более тысячи наименований продукции: промышленные компьютеры и контроллеры, интернет-серверы, панели управления для человеко-машинного интерфейса, устройства сбора и передачи данных и многое другое.
10Компания Lenel Systems International является одним из ведущих мировых производителей оборудования и программного обеспечения для систем контроля и управления доступом и интегрированных систем безопасности на их основе.
11 ADPCM - сокращение от Adaptive Differential Pulse Code Modulation (Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), представляющее собой метод кодирования звуковой информации, в котором передаётся разница между амплитудами текущего и предыдущего сигнала, а не собственно значения сигнала (для хранения одного стробированного отсчёта передаваемого по телефонной линии сигнала требуется 12 битов). Данный алгоритм называется "адаптивным", поскольку он самонастраивается на точность представления значения разницы между отсчётами.
12 TLI - это ориентированный на UNIX сервис ядра для передачи данных между локальными или удаленными прикладными программными подсистемами по соответствующим линиям связи.