6. Структура средств диагностирования навигационной системы

Структура средств диагностирования, используемых в отношении любой информационно-управляющей системы, в том числе и навигационной, определяется особенностями объекта, на котором она используется, а также этапом жизненного цикла системы [2]. Так, например, если объект или, по крайней мере, сама система необслуживаемые, то и средства диагностирования могут быть только встроенными, когда они являются неотъемлемой частью диагностируемой системой. Если система обслуживаема, то дополнительно к встроенным могут быть использованы внешние средства диагностирования, подключаемые к системе в случае необходимости (рис. 4.25). К их помощи всегда прибегают на этапе изготовления системы, когда в диагностируемой системе могут присутствовать отказы, вызванные ошибками проектирования, диагностирование которых может оказаться существенно более трудным, нежели, например, возникающих в процессе функционирования системы аппаратурных отказов. Также уместны внешние средства и при ремонте системы.

Еще одна особенность НС должна быть обязательно отмечена при обсуждении структуры ее средств диагностирования. Она заключается в том, что НС относится к так называемым системам реального времени, т.е. к таким информационно-управляющим системам, темп работы (темп обработки информации или выработки управляющих сигналов) которых должен быть адекватен темпу измеряемых или управляемых процессов. В случае навигационной системы частота выработки навигационных параметров должна быть адекватна скорости перемещения объекта, в управлении которым она принимает участие. Эта особенность НС влечет за собой определенную организацию вычислений, при которой процессы съема информации с датчиков, обработки информации и выдачи ее потребителям происходят с определенным периодом. Причем в общем случае для разной информации эти периоды различны. На рис.4.26 приведен простейший пример решения с периодом T₀ трех равноприоритетных задач. Здесь прямоугольниками отмечены временные интервалы, на которых решаются задачи обработки информации (Обр.), обмена с внешней средой (Обм.) и диагностирования (Д). На рис. 4.27 приведен более сложный случай, когда исполняется набор разноприоритетных задач в одной из систем НС. Причем задачи одинакового приоритета объединены в потоки (ВЧП – высокочастотный поток, НЧП – низкочастотный поток, ФП – фоновый поток). С каждым потоком соотнесена своя временная диаграмма, где прямоугольниками отмечены временные интервалы, занятые решением задач данного потока. Здесь период НЧП равен T₀, а периоды ВЧП отмечены вертикальными штриховыми линиями. При этом самым высоким приоритетом обладает ВЧП, далее следует НЧП, и самым низким приоритетом обладает ФП. Поток более низкого приоритета запускается после окончания потока с более высоким приоритетом.

Среди прочих задач в НС решаются также и задачи диагностирования. На рис. 4.26 такая задача указана явно. В этом случае можно говорить, что задача диагностирования решается в реальном времени и силами встроенных средств. Однако всё может быть иначе, если по тем или иным причинам используются внешние средства диагностирования (рис. 4.28). При этом в общем случае информация из НС во внешние средства диагностирования может поступать в двух видах – трассы выявленных аномальных событий от встроенных средств диагностирования для проведения постанализа всей диагностической информации в целом и последовательностей отсчетов параметров НС для процедур диагностирования в реальном времени, но уже в составе внешних средств. Кроме того, допускается, чтобы внешние средства диагностирования осуществляли бы не только пассивный анализ поступающей от НС информации, но и формировали бы в ее адрес необходимые тестовые воздействия. Для формирования окончательного вывода о техническом состоянии НС по результатам диагностирования с использованием внутренних и внешних средств может быть использована интеллектуальная обработка информации на основе ЭС.

Функциональное диагностирование по последовательности отсчетов параметров может быть реализовано различным образом, например, с использованием так называемых наблюдателей (рис. 4.29). Этот вопрос будет подробно рассмотрен в разделе 6. При этом в зависимости от загруженности процессора диагностической системы ФД может быть реализовано как в режиме реального времени, так и в режиме постанализа. В последнем случае предполагается, что в процессе функционирования НС в реальном времени записывает в некоторый файл реализации важных для ее функционирования параметров. Запись осуществляется в виде отсчетов, оцифрованных метками времени, для последующего исследования в режиме постанализа посредством диагностической системы.

Мониторинг временной диаграммы НС

В силу того, что НС относится к числу систем реального времени при их проектировании большое внимание уделяется вопросам формирования корректной временной диаграммы для вычислительного процесса. Как следствие, возникает задача ее мониторинга, содержанием которого является контроль средствами диагностирования ряда параметров временной диаграммы. К числу параметров, которыми характеризуется временная диаграмма НС, можно отнести перечень и последовательность решаемых задач, длительность и периодичность задач и потоков, временную привязку задач в пределах периода и т.п. При мониторинге любое отклонение этих параметров от номинальных значений считается аномальным событием во временной диаграмме. Эти события могут быть следствием отказов аппаратуры и ошибок проектирования, среди которых:

• ошибки прикладного программного обеспечения, приводящие к существенному увеличению продолжительности исполнения программ или их зацикливанию;

• ошибки в программном обеспечении операционной системы реального времени (ОС РВ);

• ошибки проектирования и, в частности, ошибки планирования вычислительного процесса.

Возможны различные подходы к мониторингу временной диаграммы НС, которые можно разбить на две группы – тестовые и функциональные. В первом случае используются, а во втором случае не используются специальные тестовые воздействия для мониторинга временной диаграммы НС. Подход к решению задачи тестового мониторинга будет рассмотрен достаточно подробно в разделе 5, а сейчас коротко остановимся на вопросах функционального мониторинга.

Функциональный мониторинг временной диаграммы НС.

Рассматриваемый вариант функционального мониторинга временной диаграммы характеризуется применением постанализа результатов.

Предполагается, что при реализации вычислений в каждой из систем НС информация о возникающих событиях (имя события, момент появления события, момент завершения события и др.) накапливается в трассе, записываемой в специально отведенную область памяти этой системы. Базовый принцип формирования контрольной информации состоит в фиксации ее с помощью специальных программных вставок в начале и конце программы (рис. 4.30). В результате получаемая трасса имеет вид таблицы (табл. 4.3). Трассы систем НС передаются по каналу мониторинга во внешние средства диагностирования для постанализа.

Процедуру постанализа трасс удобно представить как состоящую из двух этапов – предварительной и финальной обработки. На каждом из этих этапов решается своя задача. Задача первого этапа состоит в обнаружении в анализируемой трассе элементарных аномальных событий. На втором этапе на основе анализа обнаруженных событий решается несколько задач:

• уточнение условий эксперимента;

• выбор эталона временной диаграммы, соответствующей этим условиям;

• сопоставление реальной и эталонной временных диаграмм с выделением аномальных событий;

• установление первопричин обнаруженных аномалий.

  Таблица 4.3.

  № п.п.	Имя события	Время съема	Номер периода	Признак начала/ окончания
  1	7	25300	0	0
  …
  n	13	19100	7	1

Условия эксперимента могут быть уточнены, если на анализируемом временном интервале произошли некоторые характерные события: перезапуск процессора, грубая синхронизация, подключение или отключение систем интегрированной НС и т.п. Любое из этих событий порождает временную диаграмму, которая предсказуема, но существенно отличается от номинальной, а, значит, для ее проверки должен быть использован соответствующий эталон. При сопоставлении реальной временной диаграммы с эталонной не может быть точного совпадения, поэтому для анализа может быть выбран нечеткий подход, реализованный на языке нечетких продукционных правил. Применение подхода в общем случае порождает набор нечетких фактов об аномальных событиях.

Решение задачи второго этапа – поиска первопричины обнаруженной аномалии может осуществляться на языке нечетких рассуждений. Причем с каждой аномалией сопоставляется своя цепочка нечеткого логического вывода.

Возможны и другие подходы к мониторингу временной диаграммы и, в частности, с помощью сторожевого таймера. В этом случае сторожевой таймер, настроенный, например, на интервал несколько больший периода низкочастотного потока, запускается процессором в начале каждого периода и в случае пропуска хотя бы одного акта запуска включает сигнализацию об отказе. Возможны и другие приемы мониторинга временной диаграммы, которые, будучи полезными при обнаружении отказов, оказываются мало эффективными при их поиске.