LAMOST博士論文答辯演講稿.ppt

1、中國科技大學(xué)博士論文答辯,1,LAMOST觀測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),答辯人： 萬長勝 導(dǎo)師： 金革 教授,中國科技大學(xué)博士論文答辯,2,內(nèi)容提要,LAMOST工程背景 LAMOST觀測控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) OCS消息總線 OCS命令解析器 OCS命令執(zhí)行器 OCS視圖控制器 OCS其他組件 OCS與子系統(tǒng)的接口 OCS-2級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 工作總結(jié),中國科技大學(xué)博士論文答辯,3,LAMOST工程背景,中國科技大學(xué)博士論文答辯,4,大口徑兼?zhèn)浯笠晥鐾h(yuǎn)鏡,對(duì)天體性質(zhì)和行為的認(rèn)識(shí)，光學(xué)波段光譜最有用 目前只有約1:104進(jìn)行過光譜觀測 以往的望遠(yuǎn)鏡大多一次只能觀測一個(gè)目標(biāo),中國科技大學(xué)博士論文答辯,5,國際

2、上同類望遠(yuǎn)鏡比較,國際上同類望遠(yuǎn)鏡比較 美國的SDSS 英國和澳大利亞的AAT 美國的SST 中國的LAMOST 性能指數(shù)QI 在同樣的光譜儀、同樣的探測器、同樣的臺(tái)址條件下，對(duì)同一亮度的一批天體，在同樣信噪比的要求下和在某一給定曝光時(shí)間里，所能記錄下的光譜數(shù)量,中國科技大學(xué)博士論文答辯,6,LAMOST觀測流程,控制系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致觀測流程的復(fù)雜性 觀測流程 觀測前準(zhǔn)備工作 觀測過程 結(jié)束觀測,中國科技大學(xué)博士論文答辯,7,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,8,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,9,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,

3、10,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,11,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,12,LAMOST觀測流程示意圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,13,LAMOST觀測控制概念的引入,控制系統(tǒng)的復(fù)雜性 LAMOST運(yùn)作過程中需要調(diào)整多個(gè)部件的狀態(tài) 觀測流程的復(fù)雜性 全自動(dòng)觀測 觀測控制系統(tǒng)的基本任務(wù) 協(xié)作望遠(yuǎn)鏡各部件完成觀測任務(wù),中國科技大學(xué)博士論文答辯,14,LAMOST觀測控制系統(tǒng)進(jìn)度要求,OCS-0級(jí)系統(tǒng) 原型系統(tǒng) OCS-1級(jí)系統(tǒng) 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) OCS-2級(jí)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) OCS-3級(jí)系統(tǒng) 功能完備的系統(tǒng),中國科技大學(xué)博士論文答辯,15,LAMOST

4、觀測控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì),中國科技大學(xué)博士論文答辯,16,LAMOST控制系統(tǒng)模型,中國科技大學(xué)博士論文答辯,17,LAMOST控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)功能簡介,觀測控制系統(tǒng)（OCS） OCS是控制系統(tǒng)的核心，它協(xié)作子系統(tǒng)完成天文學(xué)家的觀測任務(wù) 觀測戰(zhàn)略系統(tǒng)（SSS） 制定觀測計(jì)劃 望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)(TCS) 控制望遠(yuǎn)鏡的各機(jī)械系統(tǒng) 焦面儀器控制系統(tǒng)（ICS） 光纖定位、光譜儀控制、CCD曝光、信號(hào)讀出等 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DHS） 光譜數(shù)據(jù)的在線處理和保存,中國科技大學(xué)博士論文答辯,18,OCS命令驅(qū)動(dòng)模型基本思想,LAMOST對(duì)OCS的功能要求 協(xié)調(diào)子系統(tǒng)完成觀測流程 OCS的基本做法 在OCS中，命令起著

5、至關(guān)重要的作用。為了使整個(gè)觀測流程順利完成，OCS發(fā)送一系列的命令來驅(qū)動(dòng)各個(gè)子系統(tǒng)完成其相應(yīng)的命令。同時(shí)，OCS監(jiān)視各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，根據(jù)運(yùn)行狀況，在必要時(shí)向各個(gè)子系統(tǒng)發(fā)送命令，完成需要調(diào)整的行為或命令。,中國科技大學(xué)博士論文答辯,19,命令的分層,分層的原因 OCS協(xié)調(diào)子系統(tǒng)完成天文學(xué)家的觀測任務(wù)的過程中，既要面對(duì)天文學(xué)家又要面對(duì)子系統(tǒng) 觀測命令 觀測命令面對(duì)的是天文學(xué)家，它是最上層的命令 基本命令 基本命令面對(duì)的是子系統(tǒng) 子系統(tǒng)命令 子系統(tǒng)命令定義了子系統(tǒng)中具體操縱硬件的命令,中國科技大學(xué)博士論文答辯,20,命令驅(qū)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)觀測流程過程中需要考慮的問題,命令的發(fā)送 如何把天文學(xué)家的觀測

6、任務(wù)轉(zhuǎn)換成子系統(tǒng)的任務(wù) 如何按照一定的觀測邏輯執(zhí)行觀測任務(wù) 如何制定OCS與子系統(tǒng)進(jìn)行命令通訊的協(xié)議 命令相關(guān)的數(shù)據(jù)集的格式與數(shù)據(jù)的定義 子系統(tǒng)反饋信息的處理 如何從子系統(tǒng)獲得狀態(tài)信息 如何對(duì)子系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合分類 如何完成子系統(tǒng)信息在OCS內(nèi)部各組件間的分發(fā) 子系統(tǒng)狀態(tài)信息的格式與數(shù)據(jù)的定義,中國科技大學(xué)博士論文答辯,21,命令驅(qū)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)圖,中國科技大學(xué)博士論文答辯,22,命令驅(qū)動(dòng)模型中的關(guān)鍵問題,軟件構(gòu)架 消息總線 語義轉(zhuǎn)換 命令解析器 協(xié)作子系統(tǒng) 命令執(zhí)行器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,23,OCS消息總線,中國科技大學(xué)博士論文答辯,24,消息總線在命令驅(qū)動(dòng)模型中的位置,中國科技大學(xué)博

7、士論文答辯,25,消息總線的優(yōu)點(diǎn),便于統(tǒng)一管理控制信息 組件間的松耦合,中國科技大學(xué)博士論文答辯,26,消息總線的實(shí)現(xiàn)技術(shù),CORBA事件服務(wù) 生產(chǎn)者組件把產(chǎn)生的控制信息交給消息總線，消息總線把該信息交給感興趣的消費(fèi)者組件 CORBA通知服務(wù) 通知服務(wù)是事件服務(wù)的擴(kuò)展集，提供事件過濾等高級(jí)功能,中國科技大學(xué)博士論文答辯,27,OCS消息總線組件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,28,消費(fèi)者組件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,29,生產(chǎn)者組件接口,生產(chǎn)者組件的基本功能是通過消息總線組件提供的接口發(fā)布信息，因此，它所做的工作就是獲得消息總線組件引用，并通過消息總線接口發(fā)布信息。生產(chǎn)者組件不需要為消息總線提供

8、接口操作，采用消息總線模式對(duì)生產(chǎn)者組件的實(shí)現(xiàn)沒有任何影響。,中國科技大學(xué)博士論文答辯,30,OCS命令解析器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,31,命令解析器在命令驅(qū)動(dòng)模型中的位置,中國科技大學(xué)博士論文答辯,32,命令解析器概述,命令的分層 觀測命令 基本命令 子系統(tǒng)命令 基本功能 天文學(xué)家觀測語言到子系統(tǒng)基本命令的轉(zhuǎn)換（即觀測命令到基本命令的轉(zhuǎn)換）,中國科技大學(xué)博士論文答辯,33,命令解析算法要求,各層命令集可以擴(kuò)充 命令間映射關(guān)系允許改變 上下層命令的映射關(guān)系必須唯一 解析后的結(jié)果對(duì)運(yùn)行觀測是合理的，沒有冗余命令 對(duì)解析的結(jié)果，需要判斷和防止硬件沖突,中國科技大學(xué)博士論文答辯,34,命令格式,命

9、令 命令由命令動(dòng)詞(CmdVerb)，選項(xiàng)(op)，參數(shù)(para)組成，格式如下：CmdVerb op1 para1 op2 para2 命令動(dòng)詞 CmdVerb的首字母使用子系統(tǒng)的名稱，每個(gè)單詞的首字母大寫，CmdVerb要能反映命令的內(nèi)容，CmdVerb允許簡寫。 選項(xiàng) op不區(qū)分大小寫，op包括一個(gè)字符-，后跟一個(gè)英文字母, 不支持單詞選項(xiàng)。 參數(shù) para位于選項(xiàng)后，para可為空，para應(yīng)符合特定選項(xiàng)的要求，一個(gè)選項(xiàng)至多只能跟一個(gè)para。,中國科技大學(xué)博士論文答辯,35,觀測命令到基本命令的解析,基本步驟 掃描：檢驗(yàn)命令串 推導(dǎo)：把觀測命令串中的符號(hào)逐步轉(zhuǎn)換成基本命令串的符號(hào),

10、中國科技大學(xué)博士論文答辯,36,命令解析過程涉及的數(shù)據(jù)集,觀測命令動(dòng)詞集Cobv 觀測命令選項(xiàng)集Oobv 基本命令動(dòng)詞集Cbas 基本命令選項(xiàng)集Obas 命令動(dòng)詞推導(dǎo)集D1 選項(xiàng)推導(dǎo)集D2,中國科技大學(xué)博士論文答辯,37,命令解析文法,命令解析文法G由四元式(VT,VN,S,P)組成。其中： VT是基本命令符號(hào)，在命令符號(hào)表中，Cbas和Obas中定義的基本命令動(dòng)詞和選項(xiàng)屬于VT。在推導(dǎo)過程中它是終結(jié)符。 VN是觀測命令符號(hào)，在命令符號(hào)表中，Cobv和Oobv中定義的觀測命令動(dòng)詞和選項(xiàng)屬于VN，另外待解析的觀測命令字符串s也屬于VN。在推導(dǎo)過程中它是非終結(jié)符。 S是命令解析器的輸入。S=s在推

11、導(dǎo)過程中它是開始符號(hào)。 P是從觀測命令符號(hào)到基本命令符號(hào)的推導(dǎo)關(guān)系，由命令推導(dǎo)表定義。在推導(dǎo)過程中它是產(chǎn)生式。,中國科技大學(xué)博士論文答辯,38,推導(dǎo)過程,命令檢查推導(dǎo) 命令動(dòng)詞推導(dǎo) 選項(xiàng)推導(dǎo),中國科技大學(xué)博士論文答辯,39,命令解析器組件外部接口,中國科技大學(xué)博士論文答辯,40,命令解析器內(nèi)部結(jié)構(gòu),中國科技大學(xué)博士論文答辯,41,掃描器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,42,推導(dǎo)器,從掃描器獲得待解析元素 把解析結(jié)果交給結(jié)果處理類,中國科技大學(xué)博士論文答辯,43,結(jié)果處理類,中國科技大學(xué)博士論文答辯,44,OCS命令執(zhí)行器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,45,命令執(zhí)行器在命令驅(qū)動(dòng)模型中的位置,中國科技大

12、學(xué)博士論文答辯,46,命令執(zhí)行器基本功能,OCS的要求 OCS的基本功能是協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)共同工作，協(xié)調(diào)任務(wù)由命令執(zhí)行器實(shí)現(xiàn),中國科技大學(xué)博士論文答辯,47,命令執(zhí)行器要解決的問題,基本命令交給命令執(zhí)行器后必須在一定的時(shí)間段內(nèi)被執(zhí)行 基本命令開始執(zhí)行后必須在一定的時(shí)間段內(nèi)結(jié)束 同時(shí)執(zhí)行的多個(gè)基本命令，需要判斷和防止硬件沖突 沒有冗余命令 多個(gè)基本命令的執(zhí)行順序?qū)\(yùn)行觀測是合理的，一個(gè)命令只有等相關(guān)的命令已開始執(zhí)行或執(zhí)行完畢才能開始執(zhí)行 命令在執(zhí)行過程中要能響應(yīng)中斷 基本命令被子系統(tǒng)拒絕執(zhí)行后的處理,中國科技大學(xué)博士論文答辯,48,命令執(zhí)行器需要完成的控制,系統(tǒng)資源控制 命令執(zhí)行時(shí)間控制 命令關(guān)聯(lián)控

13、制 執(zhí)行中斷控制 子系統(tǒng)拒絕處理,中國科技大學(xué)博士論文答辯,49,命令執(zhí)行器涉及的控制信息集,系統(tǒng)資源集 由于協(xié)調(diào)過程要解決子系統(tǒng)硬件沖突問題，因此OCS必須定義系統(tǒng)資源集R 基本命令與系統(tǒng)資源的映射集 附錄6,中國科技大學(xué)博士論文答辯,50,命令執(zhí)行算法原理,命令執(zhí)行過程特點(diǎn) OCS命令執(zhí)行過程，本質(zhì)就是C bas中的基本命令在時(shí)間、觀測邏輯等約束條件下訪問資源R的問題 命令執(zhí)行算法原理與執(zhí)行過程 OCS采用局域網(wǎng)介質(zhì)訪問的時(shí)槽環(huán)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)時(shí)槽環(huán)由一系列的時(shí)槽構(gòu)成，每個(gè)時(shí)槽代表一個(gè)資源，可容納一個(gè)基本命令。環(huán)的周圍是命令發(fā)送站（TCSS,ICSS,DHSS）、命令接收站和監(jiān)控站。每一個(gè)

14、子系統(tǒng)有一個(gè)命令發(fā)送站，子系統(tǒng)代理(SSA)是命令接收站，監(jiān)控站根據(jù)子系統(tǒng)命令執(zhí)行的情況監(jiān)視執(zhí)行過程。時(shí)槽環(huán)不停的運(yùn)行，把環(huán)周圍子系統(tǒng)發(fā)送站的待發(fā)送基本命令帶到子系統(tǒng)代理，子系統(tǒng)代理再把該命令發(fā)往子系統(tǒng)執(zhí)行。 協(xié)作過程的關(guān)鍵是綜合觀測邏輯等各種因素制定時(shí)槽環(huán)周圍的站對(duì)時(shí)槽環(huán)的讀寫規(guī)則，并根據(jù)讀寫規(guī)則的需要完善時(shí)槽定義。,中國科技大學(xué)博士論文答辯,51,資源控制,獲取資源 子系統(tǒng)命令發(fā)送站完成 執(zhí)行命令 子系統(tǒng)代理 釋放資源 監(jiān)控站,中國科技大學(xué)博士論文答辯,52,命令執(zhí)行時(shí)間控制,基本命令開始執(zhí)行的時(shí)間 由子系統(tǒng)命令發(fā)送站控制 基本命令執(zhí)行超時(shí) 由監(jiān)控站控制,中國科技大學(xué)博士論文答辯,53,命

15、令關(guān)聯(lián)控制,人工控制觀測邏輯與自動(dòng)識(shí)別觀測邏輯 人工控制觀測邏輯是強(qiáng)制性觀測邏輯 自動(dòng)識(shí)別觀測邏輯是建議性觀測邏輯 同步命令 某些基本命令需要與其它基本命令同時(shí)執(zhí)行 前驅(qū)命令 某些基本命令需要在其它一些命令執(zhí)行后執(zhí)行,中國科技大學(xué)博士論文答辯,54,執(zhí)行中斷控制,中斷控制的原因 觀測過程中有時(shí)需要中斷正在執(zhí)行的基本命令 中斷控制的實(shí)現(xiàn) 時(shí)槽的修改：中斷標(biāo)志位、中斷開始時(shí)間、中斷允許的最大時(shí)間 命令發(fā)送站：啟動(dòng)中斷過程 監(jiān)控站：監(jiān)視中斷情況 子系統(tǒng)代理：執(zhí)行中斷,中國科技大學(xué)博士論文答辯,55,子系統(tǒng)拒絕執(zhí)行處理,子系統(tǒng)代理：獲得拒絕信息 監(jiān)控站：提交拒絕信息,中國科技大學(xué)博士論文答辯,56,其

16、它讀寫規(guī)則,沒有控制要求的基本命令的執(zhí)行 命令的強(qiáng)制執(zhí)行,中國科技大學(xué)博士論文答辯,57,命令執(zhí)行器設(shè)計(jì),中國科技大學(xué)博士論文答辯,58,命令分發(fā)器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,59,子系統(tǒng)命令發(fā)送站,中國科技大學(xué)博士論文答辯,60,時(shí)槽環(huán),中國科技大學(xué)博士論文答辯,61,監(jiān)控站,中國科技大學(xué)博士論文答辯,62,子系統(tǒng)代理,中國科技大學(xué)博士論文答辯,63,OCS視圖控制器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,64,視圖控制器在命令驅(qū)動(dòng)模型中的位置,中國科技大學(xué)博士論文答辯,65,功能與設(shè)計(jì)要求,視圖控制器基本功能 為天文學(xué)家提供控制LAMOST觀測過程的界面 設(shè)計(jì)要求 良好的擴(kuò)展性，易于修改 與OCS內(nèi)部

17、的松散耦合 要求既能方便的控制觀測過程，還要能方便的監(jiān)測觀測情況，同時(shí)還要能提供在線工具,中國科技大學(xué)博士論文答辯,66,視圖控制器的設(shè)計(jì)模式,SVC的模式 S(subject)為應(yīng)用主體，即根據(jù)命令驅(qū)動(dòng)模型定義的觀測控制框架模型 V(view)即顯示給天文學(xué)家的控制視圖 C(controller)把用戶的輸入轉(zhuǎn)換成主體的操作 優(yōu)點(diǎn) 把實(shí)現(xiàn)不同功能的組件分離開來，提高了靈活性和復(fù)用性,中國科技大學(xué)博士論文答辯,67,視圖組件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,68,菜單類,狀態(tài)顯示器 命令流生成器 編輯工具 數(shù)據(jù)庫 網(wǎng)絡(luò),中國科技大學(xué)博士論文答辯,69,流程類,基本任務(wù) 觀測流程控制步驟 類定義,中國

18、科技大學(xué)博士論文答辯,70,狀態(tài)監(jiān)控類,監(jiān)視命令執(zhí)行情況 類定義,中國科技大學(xué)博士論文答辯,71,Shell類,字符界面 類定義,中國科技大學(xué)博士論文答辯,72,OCS其他組件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,73,命令流生成器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,74,日志記錄器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,75,日志管理器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,76,命令管理器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,77,狀態(tài)管理器,中國科技大學(xué)博士論文答辯,78,OCS與子系統(tǒng)的接口,中國科技大學(xué)博士論文答辯,79,接口類別,命令接口 OCS如何把命令發(fā)送給子系統(tǒng) 狀態(tài)接口 OCS如何從子系統(tǒng)獲取命令執(zhí)行的狀態(tài)信息,中國科技大學(xué)

19、博士論文答辯,80,接口命令協(xié)議,命令的接收/拒絕協(xié)議 這是一種異步接口模式，OCS不等待子系統(tǒng)執(zhí)行完畢。 命令的執(zhí)行反饋協(xié)議 提供命令的執(zhí)行完成情況信息 開始、完成、出錯(cuò)、正在執(zhí)行、中斷,中國科技大學(xué)博士論文答辯,81,接口狀態(tài)協(xié)議,主動(dòng)式狀態(tài)獲取 由于子系統(tǒng)狀態(tài)信息的改變對(duì)于OCS而言具有很大的隨機(jī)性，為對(duì)子系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)作出反應(yīng)，OCS要求子系統(tǒng)具有一定的主動(dòng)性功能,中國科技大學(xué)博士論文答辯,82,接口數(shù)據(jù)集,子系統(tǒng)狀態(tài)集 OCS中最底層的命令執(zhí)行信息 子系統(tǒng)事件集 子系統(tǒng)中出現(xiàn)的階段性的事件 觀測事件集 觀測過程的階段性事件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,83,子系統(tǒng)事件的獲得,過濾的方式獲得 開始執(zhí)行基本命令 基本命令執(zhí)行完畢,中國科技大學(xué)博士論文答辯,84,觀測事件的獲得,從子系統(tǒng)事件對(duì)應(yīng)的基本命令獲得相關(guān)的觀測命令 通過命令解析器提供的工具獲得該觀測命令相關(guān)的基本命令集 從OCS觀測數(shù)據(jù)庫中獲得上一步中觀測命令對(duì)應(yīng)的基本命令集的執(zhí)行情況綜合出觀測事件,中國科技大學(xué)博士論文答辯,85,接口軟件模塊的設(shè)計(jì),中國科技大學(xué)博士論文答辯,86,OCS-2級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),中國科技大學(xué)博士論文答辯,87,OCS開發(fā)平臺(tái),linux操作系統(tǒng) Linux遵從posix標(biāo)準(zhǔn) 開放源代碼 C/C+開發(fā)語言 靈活 快速 軟件系統(tǒng)架構(gòu)