В любой системе передачи информации должны быть реализованы два различных типа уравнения: управление мультиплексным каналом, по которому происходит обмен информацией; управление оборудованием подсистем, которые принимают входную информацию, обрабатывают ее и отображают результаты обработки.
Стратегия управления должна разрабатываться с учетом четырех взаимосвязанных положений: управления передачей информации; управления аппаратурой подсистем; управления мультиплексной системой и аппаратурой сопряжения терминала с ЛПИ.
Управление передачей информации.Мультиплексные каналы разрабатывались для использования в бортовых системах сбора и обработки информации. В связи с этим наиболее оправданно их использование в системах, работающих с фиксированным расписанием передачи информации. Требования к расписанию выводятся из рассмотрения наиболее редких и наиболее частых итераций и допустимых величин запаздывания. Низшая скорость итерации, которая является наименьшим общим кратным более высоких скоростей итерации, обычно называется общим циклом. Исключение составляют события, инициализация которых осуществляется приблизительно на порядок реже остальных (например, периодический самоконтроль проводится один раз в 10с). Малый цикл обычно соответствует частоте самого быстрого обновления периодической информации и является долей большого цикла с двоичным или десятичным основанием.
Апериодические сообщения в мультиплексных системах встречаются довольно редко. Они основаны на условных событиях и используются для инициализации других условных событий. К таким событиям относятся ввод данных с клавиатуры, требование отобразить на экране дисплея необходимую информацию и т. д. Необходимо знать все эти системные требования, чтобы отразить их в программах управления.
Следующим шагом в разработке системы на основе МК является группировка данных в сообщения. При этом можно сделать ряд замечаний. Не следует пытаться группировать функционально разнородную информацию с целью минимизации служебных сигналов, если это не является необходимым. Необходимо обеспечивать запас в пределах сообщения и в адресации терминалов, так как в процессе проектирования и эксплуатации возрастает число выполняемых функций и связей между терминалами. Не следует осуществлять упаковку данных длиной менее 16 бит (кроме разовых сигналов) в одно слово, так как упаковка и распаковка требуют времени и аппаратных затрат. Необходимо стремиться отделять управление устройствами, которые предположительно будут меняться в течение времени жизни системы, чтобы уменьшить число изменяемых сообщений при будущих модификациях.
Организация управления аппаратурой подсистем. Нормальное функционирование САУ и индикация ее состояния обеспечиваются за счет передач информации по МК. Рассмотрим форматы передач данных, определенные стандартом.
Формат обмена от оконечного устройства в КК используется, в основном, для передачи данных в центральное устройство управления. Это устройство реализуется, как правило, на основе микроЭВМ и формирует запросы в ОУ для получения необходимой информации. При децентрализованном управлении может отсутствовать единое управляющее устройство и адрес необходимой информации формирует текущий контроллер. В этом случает нет единого расписания передачи данных и формат ОУ—КК предназначен для обеспечения информацией активного в данный момент устройства.
Формат передачи КК—ОУ в основном служит для обеспечения подключаемых подсистем управляющей информацией, при условии, что КК совмещен с центральной микроЭВМ. Совместно с форматом ОУ—КК этот тип передачи может использоваться в качестве способа центрального распределения, когда данные поступают в КК, а затем в преобразованном виде передаются другим абонентам. Формат передачи ОУ—ОУ используется в том случае, когда КК не использует передаваемую информацию и не требуется преобразования форматов данных. Прямая передача данных между двумя абонентами позволяет в этом случае повысить эффективность использования МК.
Использование группового формата передачи информации позволяет снизить объем передач по каналу в том случае, когда получение «квитанции» на каждое сообщение необязательно. Использование группового режима передачи эффективно и в том случае, когда одинаковые данные должны быть переданы нескольким ОУ, причем запаздывание информации существенно сказывается на вычислениях. В ответ на прием групповой команды ОУ формирует соответствующий разряд в ответном слове, но не передает его в МК. Для определения факта приема информации абонентами КК может последовательно опросить их, используя команды «Передай ОС» или «Передай последнее КС».
Каждое принимаемое сообщение должно быть идентифицировано терминалом по комбинации адреса и подадреса. В процессе проектирования системы составляются таблицы, в которых определены полные спецификации передачи информации в сообщениях для каждой подсистемы, подключенной к МК. Дешифрация поля подадреса обычно осуществляется аппаратным путем, поэтому распределение подадресов для каждой передачи данных или блока данных является задачей системного инженера. Распределение подадресов может осуществляться через КК программным путем. Например, КК может осуществлять загрузку регистра набора подадресов в начале одного из малых циклов.
Каждое ОУ может иметь до 30 подадресов или 2К адресуемых 16-разрядных слов (1К на прием и 1К на передачу). При необходимости адресуемое пространство может быть расширено за счет использования базовых регистров. Загрузка этих регистров должна осуществляться под управлением КК, при этом может быть использовано обращение по какому-либо фиксированному подадресу. Недостатком этого подхода является значительное усложнение программы КК, особенно при использовании принципа динамического управления. Передача управления влечет за собой перезагрузку базовых регистров всех ОУ. Сложности возникают и при обслуживании асинхронных запросов.
Организация управления мультиплексной системой. Каждое сообщение, передаваемое по МК, содержит в себе управляющую информацию. В распоряжении проектировщика системы для увеличения возможностей управления существует два средства: использование дополнительных передач данных для управления аппаратурой мультиплексной системы; полное или частичное использование средств, предоставляемых стандартом в виде команд режима управления и разрядов в ОС.
На основе первого разработчик системы, не выходя за рамки стандарта, может решать задачи, не предусмотренные командами режима управления. Примером может служить рассмотренный вариант расширения адресного пространства ОУ. Команды режима управления относятся ко второму средству и специально предназначены для управления информационным потоком и аппаратурой, относящейся к МК. Эти команды не должны использоваться для получения или передачи данных в подсистемы. Команды управления были разделены на две группы: команды управления без информационного слова (с 00000 по 01111) и команды управления с информационным словом (с 10000 по 11111). Возможность варьирования списка команд режима управления позволяет проектировщику вводить дополнительные средства управления, которые могут потребоваться при развитии мультиплексной системы.
Обработка ответного слова также относится к средствам управления аппаратурой МК. Ответное слово — это средство, позволяющее контроллеру получать обновленную информацию о прохождении данных и о текущем состоянии оборудования ОУ. Отсутствие передачи ОС в течение определенной паузы (2—10 мкс) однозначно определяет ошибку обмена. Рассмотрим подробнее разряды ОС.
Разряд «Ошибка в сообщении» устанавливается в единичное состояние, если хотя бы одно из информационных слов в полученном сообщении не удовлетворяет критериям достоверности или нарушены критерии достоверности сообщения. Этот разряд устанавливается и в том случае, если терминал получил запрещенную команду.
Аппаратный бит предназначен для различия ответного и командного слова. При использовании этого бита число возможных подадресов в КС сокращается до 15 и требуется использовать подадрес 31 (11111) для идентификации команд режима управления. Если этот бит не используется для указанной цели, он устанавливается в состояние логического нуля.
Бит запроса на обслуживание предназначен для сообщения активному контроллеру о необходимости передачи или приема информации данным ОУ. В том случае, если установка этого разряда может быть вызвана различными причинами, для определения содержания запроса, КК запрашивает у ОУ векторное слово.
Бит приема групповой команды устанавливается в единичное состояние, если предыдущая достоверная команда была с групповым адресом. Поскольку форматы сообщений с групповым адресом предусматривают блокировку выдачи ОС, этот бит служит для определения того, что групповая команда была принята правильно.
Разряд «подсистема занята» устанавливается в единицу для указания контроллеру на то, что ОУ не может передавать данные в подсистему или получать данные из подсистемы в соответствии с командой контроллера. Во всех случаях, кроме форматов групповой команды, активный контроллер определит условие занятости по ответному слову.
Разряд «Неисправность подсистемы» указывает контроллеру на то, что в подсистеме имеется неисправность, и данные, запрашиваемые у подсистемы, могут быть недостоверны. В случае, если ОУ может сопрягаться с несколькими подсистемами, сигналы признаков неисправности подсистем объединяются по схеме «ИЛИ» для формирования одного бита в ОС. Определение неисправности осуществляется контроллером посредством использования обычного обмена сообщениями, поскольку не существует команды режима управления, позволяющей получить слово встроенного контроля подсистемы.
Разряд «Принято управление каналом», установленный в ОС, указывает на то, что предложение активного контроллера принять управление каналом выполнено очередным контроллером. Передача управления каналом происходит, когда активный контроллер закончил установленный список сообщений или отведенное ему время истекло.
Бит признака неисправности терминала устанавливается в состояние логической единицы для того, чтобы указать на неисправность в оконечном устройстве. Контроллер имеет возможность блокировать или снять блокировку выдачи этого разряда посредством использования специальных команд режима управления. Для получения более подробной информации о неисправности терминала КК может использовать команду «передать слово встроенного контроля».
Выбор способа организации управляющего устройства осуществляется на основе анализа режимов работы САУ и состава аппаратуры, подключаемой к МК. Наиболее простым является способ, использующий стационарное управляющее устройство. Этот способ может быть использован в простейших САУ, состоящих из центрального устройства управления, простейших датчиков и исполнительных механизмов. В данном случае использование части ресурсов центральной ЭВМ для реализации функций КК является оправданным.
Стационарное управляющее устройство не прекращает управления, пока оно в состоянии нормально выполнять функции контроллера. Этот подход к организации управления предполагает наличие единой программы работы системы, хранящейся в памяти контроллера и отражающей все возможные варианты работы системы. Любое изменение режима работы САУ означает переход на соответствующую ветвь программы центрального вычислителя. Принцип стационарного управляющего устройства может быть использован и в системах, где в качестве пассивных абонентов присутствуют сложные устройства, имеющие свои вычислительные средства. Однако в процессе работы эти устройства не должны часто менять режим работы, поскольку это приведет к увеличению числа асинхронных запросов и снижению эффективности работы канала.
В случае неисправности аппаратуры КК управление может быть передано резервному контроллеру. Существует несколько вариантов организации управления такой реконфигурацией. Первым способом является использование встроенной аппаратуры контроля и диагностики МК. В этом случае при обнаружении неисправности активный контроллер может передать управление резервному через другой канал или, если это возможно, через МК, используя команду «Принять управление каналом». Второй вариант предусматривает использование для указанной цели монитора МК. Простейшим критерием определения необходимости передачи управления может служить факт отсутствия в течение определенного времени передач в МК. В этом случае необходимо предусмотреть средства блокировки отказавшего контроллера для предотвращения одновременной работы двух управляющих устройств. Данная проблема во многом сходна с проблемами, возникающими при начальной инициализации системы.