第8章_傳輸調(diào)度(2)

一 實(shí)時(shí)通信調(diào)度 傳輸規(guī)劃 下面的討論主要針對(duì)主從式 原始的辦法是采用輪詢方式 無(wú)法保證系統(tǒng)的確定的時(shí)態(tài)特性 對(duì)通信的滯后無(wú)法預(yù)測(cè)和控制 采取恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度策略 1 通信數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性通信是用來(lái)節(jié)點(diǎn)之間交換數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù) 1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 包括周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 2 非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性是以數(shù)據(jù)的截止期來(lái)表示的 所謂實(shí)時(shí)通信既是滿足任務(wù)截止期的通信 工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)截止期滿足采樣周期和系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求 2 通信調(diào)度的基本方法兩種基本方法 時(shí)間觸發(fā) TT 事件觸發(fā) ET 時(shí)間觸發(fā)適合周期性任務(wù)的調(diào)度 如現(xiàn)場(chǎng)傳感器 變送器 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及執(zhí)行器的控制更新數(shù)據(jù) 對(duì)于周期性的任務(wù)調(diào)度國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得較多 相對(duì)也比較成熟 JiaXu和DavidLorgeParnas給出了周期性傳輸過(guò)程的描述 以及對(duì)應(yīng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的傳輸方法 產(chǎn)生一個(gè)大規(guī)劃周期的傳輸規(guī)劃時(shí)刻表 由于大周期是各個(gè)周期過(guò)程的周期的最小公倍數(shù) 而事件觸發(fā)的調(diào)度方法適合突發(fā)任務(wù)的調(diào)度 如具有硬實(shí)時(shí)要求的調(diào)度 緊急停車 報(bào)警 故障處理 1 Tindell和Clark1994年最早提出了事件觸發(fā)的任務(wù)的調(diào)度模型 采用周期性的任務(wù)策略來(lái)傳輸突法任務(wù)的傳輸 其周期為最小的兩個(gè)任務(wù)之間的間隔 2 基于中斷的傳輸策略有的學(xué)者在時(shí)間觸發(fā)的基礎(chǔ)上 提出了擴(kuò)展的時(shí)間調(diào)度方法 FTT 即TDMA協(xié)議的基礎(chǔ)上 每個(gè)時(shí)間片采用兩階段 周期數(shù)據(jù)傳輸階段和非周期數(shù)據(jù)傳輸階段 3 CAN協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信調(diào)度 1 優(yōu)先級(jí)相同的數(shù)據(jù)傳輸下面討論假設(shè) 系統(tǒng)工作在主從方式 現(xiàn)場(chǎng)從節(jié)點(diǎn)是通過(guò)硬件中斷接收主機(jī)發(fā)送的信息 回收的報(bào)文也在該中斷服務(wù)程序中完成的 考慮現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的信息優(yōu)先級(jí)相同 即實(shí)時(shí)性相同 分析協(xié)議 我們可以看出 只要確定通信的目的地址和通信報(bào)文的用途 命令字 即可根據(jù)命令字和主節(jié)點(diǎn)的有關(guān)信息組成一個(gè)完整的報(bào)文 所以將主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)通信的所有報(bào)文的目的地址和命令字提取出來(lái) 組成一個(gè)任務(wù)列表 一個(gè)報(bào)文占一個(gè)任務(wù) 具體分析如下 設(shè)某一報(bào)文的目的地址和命令字為NODEx和CMDx 則主機(jī)根據(jù)事先制定的協(xié)議 命令字 可以組成一個(gè)完整的發(fā)送報(bào)文 現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)收到該報(bào)文后 根據(jù)NODEx和CMDx可以組成一個(gè)回收?qǐng)?bào)文 所以 NODEx CMDx 可以唯一確定這一次傳輸過(guò)程 即一個(gè)任務(wù) 下面為簡(jiǎn)化起見(jiàn) 稱 NODEx CMDx 為一個(gè)任務(wù) 將系統(tǒng)內(nèi)所有需要的 NODEx CMDx 即可組成任務(wù)列表 unsignedchartask tab N 2 NODE1 CMD1 NODE2 CMD2 NODEx CMDx NODEN CMDN 按照等優(yōu)先級(jí)的假設(shè) 相鄰兩個(gè)任務(wù)之間的發(fā)送時(shí)間間隔相等 設(shè)為T1 則將所有任務(wù)列表執(zhí)行一次的時(shí)間為T N T1 如果時(shí)間T能滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求 則選取的T1是合適的 如果不能滿足要求 適當(dāng)修改T1 原則上這個(gè)時(shí)間不能太小 T1 2ms 要留出一部分時(shí)間給其他程序 可以得到如下的一個(gè)傳輸時(shí)序示意圖 如圖二所示 2 多種優(yōu)先級(jí)任務(wù)傳輸策略根據(jù)系統(tǒng)的信息實(shí)時(shí)性 將系統(tǒng)中的傳輸任務(wù)分為若干種不同周期的任務(wù) 一般不要超過(guò)四種 這樣就可形成若干種不同周期的任務(wù)列表 在定時(shí)中斷服務(wù)程序中 每中斷一次 只能完成某一類任務(wù)列表的某一個(gè)任務(wù) 在這幾類任務(wù)中 周期短的任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高 周期長(zhǎng)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)低 只有當(dāng)高一級(jí)的任務(wù)列表中的任務(wù)在其循環(huán)周期內(nèi)完成傳輸后 才進(jìn)入下一級(jí)的任務(wù)的傳輸 高一級(jí)的任務(wù)傳輸可以打斷優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)傳輸循環(huán) 當(dāng)高一級(jí)的任務(wù)在其循環(huán)周期傳輸完成后 接著進(jìn)行被中斷的任務(wù)傳輸循環(huán) 不管是哪一種任務(wù) 其單個(gè)任務(wù)的傳輸過(guò)程和一般周期性任務(wù)的傳輸過(guò)程一樣 3 非周期性的數(shù)據(jù)傳輸策略A 緊急任務(wù)傳輸首先 一個(gè)緊急任務(wù)也是由 NODEex CMDex 來(lái)表示的 所以對(duì)某一次的緊急任務(wù)的傳輸和一個(gè)一般的任務(wù)的傳輸過(guò)程一樣 對(duì)于非周期性的實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)的任務(wù) 采用緊急任務(wù)進(jìn)行傳輸 首先查詢是否有緊急任務(wù) 有 傳輸緊急任務(wù)列表中的表頭任務(wù) 緊急任務(wù)采取隊(duì)列形式 先進(jìn)先出 在一個(gè)傳輸周期中 只傳送一個(gè)緊急任務(wù) 對(duì)于緊急任務(wù)的傳輸 采用確認(rèn)措施 只有確認(rèn)一個(gè)緊急任務(wù)的傳輸過(guò)程完成 才將其從緊急任務(wù)的隊(duì)列中刪除 否則重新傳輸這個(gè)緊急任務(wù) 只有在緊急任務(wù)傳輸全部結(jié)束后也就是在緊急任務(wù)隊(duì)列中無(wú)緊急任務(wù)傳輸時(shí) 才傳輸一般的周期性任務(wù) B采用周期性任務(wù)傳輸策略 二 8套色圓網(wǎng)一共有10個(gè)節(jié)點(diǎn) PC104人機(jī)界面主節(jié)點(diǎn) 導(dǎo)帶節(jié)點(diǎn) 1號(hào)圓網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn) 8號(hào)圓網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)地址分別設(shè)置為1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖中除PC104外 其它為自主開(kāi)發(fā)的節(jié)點(diǎn) 首先定義命令字的具體含義 1 主機(jī) PC104 向?qū)Ч?jié)點(diǎn)發(fā)送命令取編碼器脈沖數(shù) 命令字為1 2 主機(jī)向圓網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令取工藝數(shù)據(jù) 狀態(tài)信息等 命令字為2 3 主機(jī)向圓網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制數(shù)據(jù) 命令字為3 4 主機(jī)向?qū)Ч?jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào) 命令字為4 采用等優(yōu)先級(jí)的報(bào)文傳輸策略 則得到主機(jī)發(fā)送的任務(wù)列表為 unsignedchartask tab N 2 2 1 2 4 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 二 人機(jī)界面技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)可分為 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中有采用專用系統(tǒng)人機(jī)界面 如機(jī)床行業(yè) 大多采用PLC 人機(jī)界面 另外配組態(tài)軟件 過(guò)程控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組態(tài)目前現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的人機(jī)界面開(kāi)發(fā) 1 PLC制造商提供的現(xiàn)場(chǎng)總線 如Profibus ControlNet采用專用的組態(tài)軟件 如RSview32等 2 采用過(guò)程控制的組態(tài)軟件 如Intouch Fix 國(guó)內(nèi)研華genie 組態(tài)王 杰控FameView Mcgs 3 自主開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 匯編 c vc vb硬件 單片機(jī) pc104嵌入式計(jì)算機(jī) pc工控機(jī) 1 布鋏絲光機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 2 蠟印機(jī) 3 圓網(wǎng)印花機(jī)CANBUS控制系統(tǒng) 4 76M陶瓷輥邊窯CANBUS控制系統(tǒng) 人機(jī)界面對(duì)陶瓷輥道窯各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和故障報(bào)警 顯示溫度實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線 對(duì)風(fēng)機(jī) 傳動(dòng)電機(jī)等進(jìn)行啟停控制 與WEB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn) PLC接受人機(jī)界面操作信息以及來(lái)自CANIO 2416 CANIO 0808的輸入信息 進(jìn)行邏輯運(yùn)行 輸出開(kāi)關(guān)量至IO2