6 Особенности оборудования, на котором работают осрв

Вычислительные установки, на которых применяются ОСРВ, можно условно разделить на три группы.

1. "Обычные" компьютеры. По логическому устройству совпадают с настольными системами. Аппаратное устройство несколько отличается. Для обеспечения минимального времени простоя в случае технической неполадки процессор, память и т.д. размещены на съемной плате, вставляемой в специальный разъем так называемой "пассивной" основной платы. В другие разъемы этой платы вставляются платы периферийных контроллеров и другое оборудование. Сам компьютер помещается в специальный корпус, обеспечивающий защиту от пыли и механических повреждений. В качестве мониторов часто используются жидкокристаллические дисплеи, иногда с сенсочувствительным покрытием.

По экономическим причинам среди процессоров этих компьютеров доминируют семейство Intel 80x86.

Подобные вычислительные системы обычно не используются для непосредственного управления промышленным или иным оборудованием. Они в основном служат как терминалы для взаимодействия с промышленными компьютерами и встроенными контроллерами, для визуализации состояния оборудования и технологического процесса.

На таких компьютерах в качестве операционных систем часто используются «обычные» операционные системы с дополнительными программными комплексами, адаптирующими их к требованиям "реального времени".

2. Промышленные компьютеры. Состоят из одной платы, на которой размещены: процессор, контроллер памяти, память 4-х видов:

— ПЗУ, постоянное запоминающее устройство (ROM, read-only memory), где обычно размещена сама ОСРВ; типичная емкость – 500Kb;

— ОЗУ, оперативное запоминающее устройство (ДАМ, random access memory), куда загружается код н данные ОСРВ; обычно организована на базе динамической памяти (dynamic RAM, DRAM); типичная емкость – 16Mb;

— статическое ОЗУ (static RAM, SRAM) (то же, что и ОЗУ, но питается от имеющейся на плате батарейки), где размещаются критически важные данные, которые не должны пропадать при выключении питания; типичная емкость - 3Mb; типичное время сохранения данных - 5 лет;

— флеш-память (flash RAM) (электрически программируемое ПЗУ), которое играет роль диска для ОСРВ; типичная емкость – 4Mb;

Контроллеры периферийных устройств: SCSI (Small Computer system interface), Ethernet, COM портов, параллельного порта, несколько программируемых таймеров. На плате находится также контроллер и разъем шины, через которую компьютер упpавляет внешними устройствами. В качестве тины в подавляющем большинстве случаев используется шина VME, которую в последнее время стала теснить шина Compact PCL.

Отметим, что, несмотря на наличие контроллера SCSI, обычно ОСРВ работает бея дисковых накопителей, поскольку последние не удовлетворяют предъявляемым к системам реального времени требованиям по надежности, устойчивости к вибрации, габаритам и времени готовности после включения питания.

Плата помещается в специальный корпус (крейт), в котором разведены разъемы шины и установлен блок питания. Корпус обеспечивает надлежащий температурный режим, защиту от пыли и механических повреждений. В тот же корпус вставляются платы аналого-цифровых и/или цифро-аналоговых преобразователей (АПП и/или ЦАП) (analog to digital and/or digital and analog converters, ADC and/or DAC), через которые осуществляется ввод/вывод управляющей информации, платы управления электромоторами и т.п. В тот же корпус могут вставляться другие такие же (или иные) промышленные компьютеры, образуя многопроцессорную систему.

Среди процессоров промышленных компьютеров доминируют процессоры семейств PowerPC (Motorola - IBM) и Motorola 68xxx (Motorola).Также присутствуют процессоры семейств SPARC (SUN), Intel 80x86 (Intel), ARM (ARM), Intel 80960x (Intel) При выборе процессора определяющими факторами являются получение требуемой производительности при наименьшей тактовой частоте, а, значит, н наименьшей рассеиваемой мощности, а также наименьшее время переключения задач и реакции на прерывания. Подчеркнем важность малой рассеиваемой мощности процессора с точки зрения получения высокой отказоустойчивости системы в целом, поскольку малый нагрев процессора позволяет обойтись бея охлаждающего вентилятора, который является достаточно ненадежным механическим устройством.

Промышленные компьютеры используются для непосредственного управления промышленным или иным оборудованием. Они часто не имеют монитора и клавиатуры, и для взаимодействия с ними служат "обычные" компьютеры, соединенные с ними черта последовательный порт (COM порт) или Ethernet.

3. Встраиваемые системы. Устанавливаются внутрь оборудования, которым они управляют. Для крупного оборудования (например, локомотив или самолет) могут по исполнению совпадать с промышленными компьютерами. Для оборудования поменьше (например, принтер) могут представлять собой процессор с сопутствующими элементами, размещенный на одной плате с другими электронными компонентами этого оборудования. Для миниатюрного оборудования (например, мобильный телефон) процессор с сопутствующими элементами может быть частью одной из больших интегральных схем этого оборудования.

В дальнейшем под компьютером для ОСРВ мы будем понимать промышленный компьютер. Отметим основные особенности ОСРВ, диктуемые необходимостью ее работы на промышленном компьютере. Система часто должна работать на бездисковом компьютере, осуществлять начальную загрузку из ПЗУ. В силу этого:

— критически важным является размер системы;

— для экономии места в ПЗУ часть системы часто хранится в сжатом виде и загружается в ОЗУ по мере необходимости;

— система часто позволяет исполнять код как в ОЗУ, так и в ПЗУ;

— при наличии свободного места в ОЗУ система часто копирует себя из медленного ПЗУ в более быстрое ОЗУ;

— сама система компилируется, линкуется и превращается в загрузочный модуль на другом, "обычном" компьютере, связанном с промышленным компьютером через последовательный порт или Ethernet это требует специального кроссплатформенного инструментария разработчика, поскольку типы процессоров и/или операционных систем на этих двух компьютерах не совпадают.

Система по возможности должна поддерживать как можно более широкий ряд процессоров, что дает возможность потребителю выбрать процессор подходящей мощности

Система по возможности должна поддерживать как можно более широкий ряд специального оборудования (периферийные контроллеры, таймеры и т.д.), которые могут стоять на плате компьютера и платах, которыми он управляет через обитую шину.

• Очевидно, что для получения законченной системы управления не достаточно промышленного компьютера, АЦП и/или ЦАП платы, крейта и ОСРВ. Нужно еще написать программу, которая будет непосредственно управлять конкретным промышленным оборудованием. Для этого необходим (кроссплатформенный) инструментарий разработчика, цена которого может превосходить цену перечисленных выше компонент, вместе взятых. Правда, этот инструментарий нужен только разработчику, и полученная программа может работать на многих компьютерах.

• Критически важным параметром для ОСРВ является время ее реакции на прерывания (которое складывается из аппаратного времени задержки и программных задержек), а также предсказуемость этого времени.