CN102073538B - 实时运转时间系统以及此运转时间系统功能性模块 - Google Patents

Abstract

一种实时运转时间系统，其包含多个功能性模块以及一管理模块。该多个功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的过渡状态期间通过指定的模块识别而登录至该管理模块，以及用以在预操作与初始化之间的过渡状态期间退出登录。该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在预操作与试验操作之间的过渡状态期间通过该管理模块而与另外的功能性模块建立通信连接、用以在试验操作与预操作之间的该过渡状态期间打断该通信连接、用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态期间登录至该另外的功能性模块、以及用以在实时操作与试验操作之间的该过渡状态期间退出登录。

Description

实时运转时间系统以及此运转时间系统功能性模块

技术领域

本发明关于用于数据处理系统的运转时间系统，用以在控制程序描述的基础上实时地进行机器控制程序，以及关于在这种运转时间系统中使用的功能性模块。

背景技术

在工业自动化中，来自存储器以及数控（SPS/NC）的控制可编程被实施作为功能强大之标准硬件（例如工业PC）上的软件的情况逐渐增加。相对于常规的SPS/NC(其在独立的计算单元上进行)，已知为软SPS/NC的SPS/NC在该数据处理系统的主机操作系统上执行，例如，Windows或Unix。为了此目的，该主机操作系统通过实时核心延伸，该实时核心也可通过软SPS/NC提供，且该实时核心控制由该主机操作系统发散至该SPS/NC的计算时间。

相较于常规的SPS/NC，软SPS/N的优势在于它对于所使用之硬件的广泛独立性。因此，在需要的情况下，该硬件分别可被交换而没有进一步的麻烦，或以更强大的硬件取代。因此，软SPS/NC自动地从硬件的稳定功率增加而得到益处。此外，软SPS/NC通常使该用户独立于该硬件提供者。除此之外，比起常规SPS/NC的情况，在软SPS/NC中对于将被控制之过程的修饰可使用较简单的方式实现。常规的SPS/NC通常需要特定的编程装置，以编程SPS/NC的组件。此外，SPS/NC经常被散布到计算机组件中的多个计算机，从而SPS/NC的组件也经常通过不同的计算机语言而被产生，因此也需要不同的配偶工具。相对地，在软SPS/NC的例子中，该配置工具也可位在作为该控制软件的相同硬件上。

为了减少牵涉于常规以及软SPS/NC解决方案之编程的时间以及工作(该解决方案用于复杂机器的开放回路或封闭回路控制以及安装)，逐渐增加使用模块化的概念。分别机器的聚集或设备单元及/或功能性被视为独立的模块(对于每个模块产生外部包裹的控制软件)。该分别的程序部分可因此通过不同的发展工具及/或计算器语言而产生，从而以相关的编译器将来源文字翻译成执行程序码。这些可执行程序模块一起形成该系统控制程序。当启动时，所有的程序模块被加载，并在该运转时间系统中通过额外提供的软件环境执行，以及时地进行该系统控制程序。在本文中，该分别的程序模块包含已定义的接口，该已定义的接口用以彼此通信，以及与该软件环境通信。

SPS/NC的模块配置考虑到分别发展分别的模块并因而选择最适当计算机语言及/或发展目的所需要的工具。因此，有可能转而依赖标准化组件。在发展逻辑控制工具的时候，例如是高级语言被使用，或例如用于闭回路控制过程的波德图或模型调节器。然而，分别的程序模块通过分别的计算机而被转换成可执行的程序，该可执行的程序在SPS/NC的框架内是固定且不改的。当启动该SPS/NC时，所有的程序模块已经必须以可执行形式存在。此外，程序模块的分别执行需要程序模块之间正确执行的数据交换，而且为了这目的，需要特别谨慎，以确实地保证所使用的数据类型彼此兼容。由于分别的程序模块完全地彼此分离，因此有必要的是通过接口而发生数据交换。此外，为了连带地连接程序模块并结合程序模块来获得共享的程序，所谓的连接程序是需要的。连接程序规定如果一个程序模块使用另一个程序模块，则函数的地址以及模块的变量被转换成存储器地址。

发明内容

本发明关于运转时间系统以及功能性模块，该运转时间系统用于数据处理系统的运转时间系统而用以在控制程序描述的基础上实时进行机器程序，以及该功能性模块使用于这种运转时间系统中，该运转时间系统较开放、较具弹性以及较容易延伸。

本发明的一个具体实施例提供了包含多个功能性模块以及管理模块的实时运转时间系统。该多个功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的过渡状态期间通过指定的模块识别而登录至该管理模块，以及在预操作与初始化之间的过渡状态期间退出登录。该多个功能性模块中的至少一者被配置成用以在预操作与试验操作之间通过该管理模块而与另外的功能性模块建立通信连接、用以在试验操作与预操作之间的该过渡状态期间打断该通信连接、用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态期间登录至该另外的功能性模块、以及用以在实时操作与试验操作之间的该过渡状态期间，从该另外的功能性模块退出登录。

本发明的另一个具体实施例提供了运转时间系统，该运转时间系统被配置成用以在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序，以及该运转时间系统包含多个功能性模块。每个功能性模块包含有限状态机，该有限状态机包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态，其中该初始化、预操作与试验操作状态，以及初始化与预操作之间的过渡状态以及预操作与试验操作之间的过渡状态被指定至非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的过渡状态被指定至实时情境。每个功能性模块更包含含有该模块特性与独特模块识别的模块描述以及用以接入该有限状态机以及该模块描述的功能性模块接口。

本发明的又另一个具体实施例提供了包含有限状态机的功能性模块，该有限状态机包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态，其中该初始化、预操作与试验操作状态，以及初始化与预操作之间的过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态被指定至非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间过渡状态被指定至实时情境。该功能性模块包含含有该模块特性与独特模块识别的模块描述，以及用以接入该有限状态机以及该模块描述的功能性模块接口。

附图说明

为了细节了解上述提及之本发明特征所使用的方式，可通过参照具体实施例而得到上述简短摘要之本发明更特定的描述，其中一些具体实施例在所附带的附图中描绘。然而，应注意的是，所附带的附图只描绘了此发明的典型具体实施例，且因此不被视为限制其范围，对于本发明可容许其它相等有效的具体实施例。

图1描绘了根据本发明之运转时间系统的具体实施例。

图2示出了根据本发明之功能性模块的可能设计。

图3描绘了根据本发明之功能性模块的有限状态机。

具体实施方式

在下述中，对于本发明的具体实施例做出了参照。然而，应了解的是，本发明不限于特定描述的具体实施例。相反地，下述特征以及组件的任何组合，无论是否相关于不同的具体实施例，被考虑用以实施以及实行本发明。此外，在各种具体实施例中，本发明提供了许多优于现有技术的优势。然而，虽然本发明的具体实施例可达到优于其它可能解决方案及/或优于该现有技术的优势，无论是否通过给定的具体实施例达成特定优势，本发明的具体实施例不限制本发明。因此，下述方面、特征、具体实施例以及优势仅为示例性的，且不被认为是所附带之权利要求的组件或限制，除非明确地列举于权利要求中。同样地，提及到「本发明」不应被理解为本文中所揭露任何创造性之标的物的概括，且不应被视为所附带之权利要求的组件或限制，除非明确地列举于权利要求中。

在工业自动化中，即，科技处理的控制以及监控中，存储器可编程以及数控（SPS/NC）已被使用很长的一段时间。因此要被监控与控制的技术过程可以在机器或复杂的生产在线运行。然而，SPS/NC可以也是清单控制或建筑控制系统。下文中，系统与系统控制程序的用语广泛用来描述对象运行的技术过程。因此，SPS/NC可以不同方式实现：作为具有私有操作系统以及用以加载将被执行之该系统机器控制程序的接口的独立计算单元。此外，SPS/NC使用连接至传感器的输入，该传感器通知该SPS/NC关于将被控制之安装中的事件。SPS/NC输出连接至将被控制之安装的作动器。作为输入以及输出组件的替代方案，连接至将被控制之该机器的连接可通过现场总线系统实行。

在此情境中，依据该输入上的信号，通过该系统控制程序决定哪一个信号在该输出上输出，使得将被控制的该机器以想要的方式操作。该SPS/NC的运转时间系统确保该系统控制程序被正确地处理，并确保目前的处理状态总是准时为该系统控制程序可用的。

代替自足单元的SPS/NC也可被配置成只是在标准数据处理系统上运作的软件仿真（软SPS/NC），标准数据处理系统例如是工业PC或嵌入式PC(该工业PC或嵌入式PC的主机操作系统上可运作例如Windows或Unix)。该软SPS/NC因此提供了该主机操作系统的实时延伸，并将该输入与输出及/或现场总线系统连接至将被控制之该机器的该传感器及/或作动器。

如同常规SPS/NC的情况中，该软SPS/NC的运转时间系统在控制程序描述的基础上决定了将被控制之该安装的处理顺序。该控制程序描述可因此通过独立的工程工具而从外部产生，或其可由该软SPS/NC的接口提供，或其可通过该软SPS/NC本身的相应编程工具而产生。

为了能够实时地控制复杂的安装(特别是通过软SPS/NC控制)以及为了能够同时在程序产生期间减少牵涉于工程的时间以及努力，模块化的概念被使用于该SPS/NC配置。为了此目的，分别的功能性、聚集以及将被控制之安装的单元被视为分开的应用，对于该分开的应用产生自足的功能性模块。该功能性模块因此包含用以在彼此之间通信的接口以及额外提供的软件环境，该功能性模块被嵌入该额外提供的软件环境，以形成整个系统。在此情境中，可能阶级式地配置该功能性模块，包含基本的功能性模块以及位于这种基本功能性模块上位的功能性模块，该基本的功能性模块用以进行在将被控制之安装中常发生的功能性，该上位的功能性模块转而依赖该基本功能性模块进行复杂的工作。

根据具体实施例，用于数据处理系统的运转时间系统包含多个功能性模块，用以在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序。每个功能性模块包含有限状态机，该有限状态机包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态、以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态、包含该模块特性以及独特模块识别的模块描述以及用以接入有限状态机以及模块描述的功能性模块接口，该初始化、预操作与试验操作状态，以及初始化与预操作之间的过渡状态以及预操作与试验操作之间的过渡状态被指定至非实时情境，以及该实时操作状态以及该试验操作与实时操作之间的过渡状态被指定至实时情境。

根据进一步的具体实施例，管理模块被提供于该运转时间系统内，该运转时间系统包含管理模块接口，并在该控制程序描述的基础上管理该功能性模块。在此情境中，该功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的过渡状态期间以它们的模块识别登录至该管理模块，以及在预操作与初始化之间的过渡状态期间退出登录，以在预操作与试验操作之间的过渡状态期间通过该管理模块而与其它的功能性模块建立通信连接，以及在试验操作与预操作之间的该过渡状态期间打断通信连接，以及在试验操作与实时操作之间的过渡状态期间登录至另外的功能性模块，以及在实时操作与试验操作之间的过渡状态期间退出登录。

通过用于数据处理系统的该运转时间系统而在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序，用以在该运转时间系统内进行该系统控制程序的功能性模块可被动态地管理。不再需要的是在启动该运转时间系统之前将该功能性模块翻译成分别的、独立执行的程序码，以及将它们结合而获得共享运转时间系统。该功能性模块可分别在运转时间或关闭以及开启期间产生、启动以及执行。该分别的功能性模块可进一步通过不同的工具及/或通过不同的计算器语言产生。功能性模块运作于相同的时间情境，并使用共享存储器区域与共享数据类型，以使得数据交换是可能的而不需要额外的连接。由于所有功能性模块的标准设计，修饰以及适应可利用简单的方式在该运转时间系统内进行。

根据进一步的具体实施例，该管理模块被配置成用以在实体描述的基础上产生功能性模块的实体。该执行应用可因此随选地以简单的方式在实时情境中被编译。

根据进一步的具体实施例，至少一功能性模块被配置成功能性系统模块，其提供该系统控制程序的基本服务，其中该基本服务优选地为实时控制。通过将该功能性系统模块当成功能性模块，可利用简单的方式在该运转时间系统内加入或修饰基本服务。

根据进一步的具体实施例，至少一功能性模块被配置为代表至少一机器功能性的功能性用户模块。因此，另外的有限状态机可位于该功能性用户模块之该有限状态机的下位，其中该另外的有限状态机可在该功能性用户模块之该有限状态机的该实时操作状态中启动。通过该功能性用户模块的此配置，甚至是具有复杂行为的应用可利用简单且可靠的方式而产生。

根据进一步的具体实施例，该功能性模块在初始化与预操作之间的过渡状态期间占用了处理系统的数据资源，并在预操作与初始化之间的过渡状态期间释放所占用的资源。此外，该功能性模块在试验操作与实时操作之间的该过渡状态期间锁住另外功能性模块的资源，并在实时操作与试验操作之间的该过渡状态期间回复所占用的资源。此程序确保该运转时间系统可靠的操作以及资源的有效管理。

根据进一步的具体实施例，该功能性模块可包含进一步的组件：接口、接口指示器、参数区域、数据区域、数据区域指示器、时间情境描述区域、配置区域以及参考计数器。该参考计数器因此监控该功能性模块的寿命，并被配置成用以当接口登录时将所计数的值增加1，以及当该接口退出登录时将所计数的值减少1。当所计数的值达到0时，该功能性模块可独立地删除其本身。以此方式，该功能性模块可利用简单的方式而以模块化系统的形式产生。

根据具体实施例，用于数据处理系统的运转时间系统包含多个功能性模块，用以在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序。每个功能性模块包含有限状态机，该有限状态机包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态、以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态、包含模块特性以及独特模块识别的模块描述以及用以接入该有限状态机以及该模块描述的功能性模块接口，该初始化，预操作与试验操作状态，以及初始化与预操作之间的该过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态被指定至非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态被指定至实时情境。

根据进一步的具体实施例，在该运转时间系统内提供了管理模块，该运转时间系统包含管理模块接口，并在该控制程序描述的基础上管理该功能性模块。在此情境中，该功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的过渡状态期间以它们的模块识别而登录至该管理模块，以及用以在预操作与初始化之间的过渡状态期间退出登录，以在预操作与试验操作之间的过渡状态期间通过该管理模块而与其它的功能性模块建立通信连接，以及在试验操作与预操作之间的该过渡状态期间打断通信连接，以及在试验操作与实时操作之间的该过渡状态期间登录至另外的功能性模块，以及在实时操作与试验操作之间的该过渡状态期间退出登录。

通过用于数据处理系统的该运转时间系统而在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序，用以在该运转时间系统内进行该系统控制程序的功能性模块可被动态地管理。不再需要的是在启动该运转时间系统之前将该功能性模块翻译成分别的、独立执行的程序码。该功能性模块可分别在运转时间或关闭以及开启期间产生、启动以及执行。该分别的功能性模块可进一步通过不同的工具及/或通过不同的计算器语言产生。由于所有功能性模块的标准设计，修饰以及适应可利用简单的方式在该运转时间系统内进行。

根据进一步的具体实施例，该管理模块被配置成用以在实体描述的基础上产生功能性模块的实体。该执行应用可因此随选地以简单的方式在实时情境中被编译。

根据进一步的具体实施例，至少一功能性模块被配置成功能性系统模块，其提供该系统控制程序的基本服务，其中该基本服务优选地为实时控制。通过将该功能性系统模块当成功能性模块，可利用简单的方式在该运转时间系统内加入或修饰基本服务。

根据进一步的具体实施例，至少一功能性模块被配置为代表至少一机器功能性的功能性用户模块。因此，另外的有限状态机可位于该功能性用户模块之该有限状态机的下位，其中该另外的有限状态机可在该功能性用户模块之该有限状态机的该实时操作状态中启动。通过该功能性用户模块的此配置，甚至是具有复杂行为的应用可利用简单且可靠的方式而产生。

根据进一步的具体实施例，该功能性模块在初始化与预操作之间的过渡状态期间占用了数据处理系统的资源，并在预操作与初始化之间的过渡状态期间释放所占用的资源。此外，该功能性模块在试验操作与实时操作之间的该过渡状态期间锁住另外功能性模块的资源，并在实时操作与试验操作之间的该过渡状态期间回复所占用的资源。此程序确保该运转时间系统可靠的操作以及资源的有效管理。

根据进一步的具体实施例，该功能性模块可包含进一步的组件：接口、接口指示器、参数区域、数据区域、数据区域指示器、时间情境描述区域、配置区域以及参考计数器。该参考计数器因此监控该功能性模块的寿命，并被配置成当接口登录时将所计数的值增加1，以及当该接口退出登录时将所计数的值减少1。当所计数的值达到0时，该功能性模块可独立地删除其本身。以此方式，该功能性模块可利用简单的方式而以模块化系统的形式产生。

图1示意性地描绘出用于数据处理系统之运转时间系统的结构，用以在控制程序描述的基础上实时地进行包含功能性模块的系统控制程序。图1因此描绘了在该系统控制程序执行期间于特定阶段的该运转时间系统。该运转时间系统可分成系统区域以及用户区域。在图1的该用户区域中，五个功能性用户模块1为有效的，以及在该系统区域中，三个功能性系统模块2以及一个管理模块3为有效的。所有的模块统过通信层而彼此连接，到各自模块的接入通过该通信层而发生。如果数据处理系统形成统一的存储器区域，则直接的接入被执行于模块之间。对比之下，如果数据处理系统以散布的方式被配置，并且包括多个以网络连接的计算机组件，则通信层4被配置成信息路由器，该信息路由器通过接口而连接到功能性模块。然而，如果有一些模块位于数据处理系统的相同存储器区域，而且其它的模块位于该数据处理系统的其它模块，则通信层4可能也由直接的接入与信息路由器组成。

因此该功能性用户模块以及该功能性系统模块被同等地建构。每个该功能性模块是由一组组件所构成，从而三个组件，即有限状态机、模块描述以及功能性模块接口为强制必要的，而另外的组件只为随选的。因此，该功能性模块的所有组件被标准化。

图2显示了该功能性模块的可能配置，该功能性模块包含该三个强制的以及另外随选的组件。每个功能性模块包含该有限状态机10，该有限状态机10描述该功能性模块的行为，并由状态以及过渡状态所构成。该过渡状态可因此被外部地触发。该有限状态机10包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态。

该功能性模块有限状态机10可位于另外的有限状态机的上位，该另外的有限状态机可在该实时操作状态中启动。因此，该功能性模块有限状态机10以这种方式配置，使得该初始化、预操作与试验操作状态，以及初始化与预操作之间的该过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态在非实时情境中发生，然而该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态在实时情境中发生。

除了决定该功能性模块事件过程的该功能性模块有限状态机10之外，该功能性模块包含该模块描述11作为另外强制的组件，其决定该模块的特性，并额外地包含识别，特别是在该运转时间系统内对于该功能性模块独特的模块识别。因此该模块特性可在于通过类别识别的该模块描述，该类别识别依次意指可为该控制程序描述一部分的类别描述，或可嵌入于该模块本身内的类别描述。该类别描述尤其指示了该功能性模块的所有组件，特别是其后所具体说明的组件，即在该模块内实施哪个接口、可设定哪个接口指示器、该模块包含哪个数据区域、提供了哪个数据区域指示器、在该模块内设定哪个参数，以及在该模块在哪个时间情境中操作。如同另外的识别，该模块描述也可包含世袭的识别，其指示该功能性模块源自另外的功能性模块。

除了该有限状态机10以及该模块描述11之外，此功能性模块强制地包含该功能性模块接口12，其用以接入该有限状态机10以及该模块描述11。除了此强制性的功能性模块接口12之外，该功能性模块可包含另外的接口13以作为随选的组件。每个这些另外的接口13指示该功能性模块的一或更多的组件，其可从外部寻址及/或其可从外部接入。每个接口13可因此通过相关的独特接口识别而被识别。这些接口识别允许另外的功能性模块决定与该功能性模块的通信是否为可能的。该功能性模块的所有接口因此基于基本的接口配置，该接口配置提供至少两个基本服务，即接口请求功能以模块寿命功能。这两个基本服务也由该功能性模块接口12支持，以接入该有限状态机10以及该模块描述11。

可提供于该功能性模块中的可能另外接口特别是用以循环接入该功能性模块的接口以及相应的接口，另外的功能性模块可通过该相应的接口登录，以通过该功能性模块接收循环接入。此外，通常提供了用以请求及/或释放处理数据的接口。这两个接口用于更新该功能性模块的输入以及输出。另外的接口允许接入该功能性模块的随选组件，其于后述中解释，即，数据区域、参数区域、时间情境描述区域以及参考计数器。

此外，实时接口可被提供为该功能性模块的通用接口。如果实时的工作被指定至该功能性模块，则该循环时间、该优先性以及该实时工作的进一步信息可通过该实时接口取样。

除了这些通用接口之外(其服务被精确地决定，且其可在中心被交换以及修饰及/或被传递至另外的接口)，该功能性模块也可包含分别的接口，该接口可只与另外功能性模块的被相同地配置的分别接口通信。

除了该接口13之外，该功能性模块包含作为另外随选组件的接口指示器14，该接口指示器14作用为该接口的配对物。通过所述接口指示器14，该功能性模块可接入另外功能性模块的接口，该另外功能性模块的特征在于所述接口指示器。因此，所有的功能性模块包含接口指示器，该接口指示器在该运转时间系统中该管理模块3的管理模块接口处被指示，以能够将该功能性模块登录至所述管理模块以及从所述管理模块退出登录。该接口指示器在该非实时情境中之该功能性模块的启动期间设定，即，在该初始化、预操作、试验操作状态以及之间的过渡状态中设定。

作为另外随选的组件，该功能性模块包含该参数区域15。在该参数区域15内，特定参数的数据类型由参数识别以及实际的参数值指示。该参数识别以及该参数值可通过上述为了此目的而提供的参数区域接口而从外部接入。

该功能性模块的一个另外的随选组件是该数据区域16，其也可通过为了此目的而提供的该数据区域接口而从外部接入。该数据区域16的结构由该模块描述11决定。在功能性用户模块中，该数据区域16用以读进以及读出处理影像。在此情境中，该数据区域也可包含细节描述该数据区域配置的符号数据。

为了接入另外功能性模块的数据区域，该功能性模块可包含数据区域指示器17作为随选的组件，该数据区域指示器17意指想要数据区域，到该想要数据区域的接入可通过相应提供的数据区域接口而做出。类似于该接口指示器17，所述数据区域指示器17在该功能性模块内的该非实时情境中被设定。

作为另外的随选组件，该功能性模块可包含时间情境描述区域18。如果该功能性模块可在多个时间情境中为有效的，即，如果该功能性模块支持多个时间独立的应用，或如果封闭回路应用以不同的循环时间处理封闭控制回路，则所述时间情境描述区域18被特别地提供。如果该功能性模块包含这种时间情境描述区域18，则此组件被指示为该模块描述11中该功能性模块的特性。

作为另外的随选组件，该功能性模块包含该参考计数器19，其监控该功能性模块的寿命。因此，该参考计数器19优选地以这种方式配置：如果发布该功能性模块的接口，即，如果该功能性模块登录至另外的功能性模块或登录至管理模块，该参考计数器19被增加1。当接下来通过该功能性模块从该接口退出登录，该参考计数器19则接着被减少1。当减少时，如果该参考计数器19到达值0，该功能性模块独立地删除其本身。这通常发生在从该管理模块3退出登录之后。此外，然而，该参考计数器19以这种方式配置：只要另外功能性模块的接口指示器指向该功能性模块的接口，则其阻挡了该功能性模块的删除。一旦该另外的功能性模块的接口指示器被致能，该参考计数器19使该功能性模块的删除变无效。

配置区域20也可为该功能性模块的随选组件。此配置区域20包含决定该功能性模块可连接至哪个另外功能性模块类型的配置识别。在这些也储存在模块描述11中之配置识别的基础上，其可利用简单的方式决定哪个该功能性模块可被结合，以实施系统控制程序。

如同已解释过的，该运转时间系统的所有功能性模块–在该用户区域中的该功能性用户模块以及该系统区域中的该功能性系统模块–被相同地配置，且配备有该三个强制性的组件以及另外的随选组件。该分别的功能性模块可因此通过不同的工具及/或通过不同的计算器语言而产生，例如C/C++、I/O配置、PLC控制、模拟或IEC61131-3。此外，可提供额外的工程工具，通过该工程工具，以任何想要的计算器语言所产生的应用可被转置入上述的标准化功能性模块，以在根据图1的该实时运转时间系统中使用。该工程工具然后可根据所描述之该功能性模块的形式化配置而包装以各自计算器语言产生的该应用，并加入该严谨强制的组件有限状态机、模块描述以及用以接入该有限状态机以及该模块描述的功能性模块接口，以及另外随选的功能性模块组件。

该功能性模块可利用非常简单以及利用非常复杂的方式配置。该用户区域的该功能性模块用以作为设备功能性及/或机器聚集的开放回路以及封闭回路控制，例如进料单元、柄轴、工具转换器或其它机械电子单元。在该模块描述所具体指定的特性然后提供算法，该算法反映所述机械电子单元的行为。因此，可能该功能性用户模块只控制简单功能性，或也控制非常复杂的处理流程。该功能性用户模块然后可包含数个有限状态机，该数个有限状态机彼此套迭，并受到该功能性模块有限状态机的管制，以及依据该功能性模块有限状态机的状态而启动。因此，例如功能性用户模块可包含两个下位的有限状态机，用以控制两个连接的装置，从而所述两个有限状态机互相依赖。

除了这种功能性用户模块之外，该运转时间系统包含该功能性系统模块，该功能性系统模块的配置相应于该功能性用户模块的配置，且该功能性系统模块提供该运转时间系统的基本服务，以实时地进行该系统控制程序。用于该SPS/NC之这些基本服务的其中一者是实时监控，其确保在该运转时间系统中的应用实时地进行。然后该实时功能性系统模块额外地提供实时接口作为功能性模块组件，其可通过该另外的功能性模块接入，以确保由该各自功能性模块进行的该应用实时地发生，及/或允许该功能性模块产生这种实时应用。另外的功能性系统模块是用于该输入与输出及/或该现场总线系统的驱动器。此外，可提供功能性系统模块，该功能性模块登录至该功能性系统模块，且该功能性系统模块控制该功能性模块所连接至的该总线4。至于另外的系统模块，功能性监控模块、功能性文件模块或功能性管理模块可被提供用于该模块描述中的不同识别。

该功能性系统模块通常在启动该运转时间系统之后自动地加载，而另一方面，该功能性用户模块也可在较晚的时间点由该管理模块或由其它的功能性模块启动。如上所解释的，原则上该功能性模块可彼此独立地发展；然而，它们都具有上述标准化的配置。

除了该功能性模块的所述标准化配置之外，需要该识别的一致数据类型系统以及一致管理，该识别用于该功能性模块所使用的接口、参数区域、数据区域、配置区域。为了允许在该运转时间之该框架内该功能性模块之间的交互作用，该识别必须清楚地定义。在此情境中，可能通过长随机数而产生每个识别，该长随机数确保不会因为大的数字范围而发生相同的识别。然而，长随机数识别，例如具有128比特长度的随机数，需要复杂且耗时的处理，其在用于进行实时系统控制程序的运转时间系统之该框架内可能是特别扰乱的。

然而，为了能够以较短的数字组合替换性地操作(该较短的数字组合允许节省资源以及省时的处理)，需要主动地管理该识别。具有例如只有32比特长度的数字识别被划分至中央管理的区域(例如对于前16比特)，以及划分至局部管理的区域(例如对于后16比特)。从该中央管理的区域，该分别功能性模块的开发者然后被指定至一或更多个具有16比特长度的数字，其被用于在该功能性模块的编程期间在该功能性模块所提供的识别。该32比特长之数字的另外16比特然后可在该功能性模块产生期间被分别地决定，且必定只在该功能性模块内是独特的。

当决定该功能性模块所使用之数据类型的数据类型识别时，使用可一般地由长随机数构成，例如具有128比特长度的随机数。所述数据类型识别实际上不在实时情境中由该运转时间系统及/或该功能性模块评估，而是在系统启动期间的非实时情境中评估，使得剩下足够的时间用于评估。通过该数据类型识别，确保的是一致的数据类型系统被所有的功能性模块使用，从而该数据类型总是被清楚地描述，以确保该功能性模块之间以及与外部的可靠数据交换。该数据类型识别确保该功能性模块相同地、独立地从它们的数据名称而诠释该数据。该功能性模块通过各种计算器语言而产生，该各种计算器语言对于不同的数据类型可能常使用相同的数据名称，使得只利用该数据名称的数据类型描述不清楚。此外，该数据类型常改变，而不改变该数据名称。

如同图1中所描绘的，除了该功能性模块之外，该运转时间系统包含该中央管理模块3。该管理模块3在其配置不同于该标准化功能性模块，且包含特别的管理模块接口。该管理模块3允许该运转时间系统之该框架内该功能性模块的动态管理，用以在控制程序描述的基础上进行实时的系统控制程序。当启动该运转时间系统时，该管理模块是被启动的第一模块，且接入该控制程序描述，该控制程序描述在该功能性模块的基础上实时地决定该系统控制程序的执行。该控制程序描述包含该机器控制程序之该框架内将被进行之该功能性模块实体的描述数据。每个实体描述决定功能性模块的精确设定，即，将使用的参数、接口、接口指示器、数据区域、数据区域指示器、时间情境，等等。

在该实体描述的基础上，该管理模块3然后在其启动之后，或在该控制程序描述的进一步规范的基础上的较晚时间点直接产生该功能性模块的各自实体。该实体产生可因此通过该模块类别识别而由该管理模块进行。为了此目的，该管理模块通过其管理接口而接入模块类别系统模块，该模块类别系统模块允许模块类别的产生。如同其它系统模块的情况，所述模块类别系统模块在该运转时间系统启动之后被自动地启始，并以如同其它系统模块的相同方式，在初始化与预操作之间的过渡状态期间通过其模块识别而登录至该管理模块。为了产生实体，该管理模块然后从该模块类别系统模块选择与该类别识别相关的模块类别产生组件，并引发该功能性模块实体的配置。

图3显示该功能性模块的有限状态机以及其由该管理模块管理之该运转时间系统框架内的过渡状态。该功能性模块实体的产生在该初始化状态101中进行。在结束该功能性模块的实体产生之后，该功能性模块立即地从该初始化状态101切换至该预操作状态104。在此过渡状态102中，该功能性模块通过其模块识别而登录至该管理模块。回馈的是，该功能性模块从该管理模块接收参数120。此外，在初始化与预操作之间的该过渡状态102期间，该功能性模块完全从该另外的功能性模块隔离，且不能与这些功能性模块进行任何通信。在初始化101以及预操作104之间的该过渡状态102期间，如果需要的话，该功能性模块被该管理模块指定实时操作所需的资源，特别是该数据处理系统的该存储器区域。在该预操作过渡状态104中，该功能性模块被完全地配置，且通常也被参数化成大的范围。该功能性模块被登录至该管理模块，但不与其它的功能性模块联系。

在预操作104与试验操作107之间的该过渡状态105期间，该功能性模块可与另外的功能性模块联系。该功能性模块在相关初始化数据的基础上决定所需的连接，该相关初始化数据包含将被联系之该功能性模块的模块识别。该功能性模块之间的连接因此由该管理模块产生，该管理模块通过该管理模块接口而利用它们的模块识别来识别该功能性模块。预操作104以及试验操作107之间的该过渡状态105因此被该管理模块触发。在预操作104以及试验操作107之间的该过渡状态105期间，其它的参数121可进一步被转置至该功能性模块。因此，如果该模块描述包含例如世袭的识别，来自下面功能性模块的参数可被转置至该衍生的功能性模块。

在该试验操作状态107中，该功能性模块等待直到其功能性被满足。该初始化状态101、预操作状态104以及试验操作状态107，以及初始化与预操作之间或预操作与试验操作之间分别的该过渡状态102、105然后发生于该非实时情境中，即，在指定至该功能性模块的应用在该机器控制的框架内使用之前。

为了在实时情境中进行其应用，该功能性模块在该控制程序描述的基础上通过该管理模块或通过另外的功能性模块而被转置入该实时操作状态110。在试验操作107以及实时操作110之间的该过渡状态108期间，该功能性模块可能因此通过设定该参数区域以及数据区域接口指示器而请求来自另外功能性模块的资源。此外，该功能性模块也可登录至另外的功能性模块，并设定该分别的接口指示器，以例如被此功能性模块循环地接入。在该实时操作状态110中，该功能性模块然后进行其应用，从而连接下游的可能有限状态机被启动。

在结束该应用之后，该功能性模块然后将其本身从该实时操作状态110重设至该试验操作状态107。此过渡状态109也可通过另外的功能性模块或通过该管理模块而触发。在试验操作与实时操作之间的该过渡状态108期间，该功能性模块撤回其已进行的所有动作，并释放其从另外功能性模块请求的所有资源，及/或从这些另外的功能性模块退出登录。

如果该功能性模块，例如由于该控制程序描述而在该试验操作状态107期间不使用较长延伸的时间，则该功能性模块从该试验操作状态107回复到该预操作状态104。此过渡状态106可通过该管理模块触发。该功能性模块然后在预操作104与试验操作107之间的过渡状态105期间撤回其已进行的所有动作，并释放因此所请求的所有资源。

如果接下来在该控制程序描述的该框架内，不再需要该功能性模块，或该运转时间系统一起被终止，则该功能性模块从该预操作状态104回复到该初始化状态102。在此过渡状态103期间，该功能性模块撤回其在初始化与预操作之间的过渡状态102期间已进行的所有动作，且特别地释放所请求的系统资源。如果该功能性模块的该参考计数器具有值0，则该功能性模块从该管理模块退出登录并删除其本身。

通过用于数据处理系统的该运转时间系统而在控制程序描述的基础上实时地进行系统控制程序，用以执行该系统控制程序的功能性模块可在该运转时间系统内被动态地管理，即，分别在运转时间期间产生、启动以及执行或关闭与开启。当该运转时间系统被启动时，不需要该分别的功能性模块是已完全加载并可执行。所有的功能性模块以兼容的数据类型与统一的存储器区域运作于相同的时间情境，该统一的存储器区域不再使得通过连接程序连接分别的功能性模块是必要的。

虽然前述是针对本发明的具体实施例，可设计出此发明的其它以及进一步的具体实施例而不背离本发明的基本范围，本发明的范围由下述的权利要求书决定。

Claims (25)

1.一种实时运转时间系统，包含：

多个功能性模块，以及

一管理模块，

其中该多个功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的一过渡状态的期间，通过一指定的模块识别而登录至该管理模块，以及用以在预操作与初始化之间的一过渡状态的期间退出登录，以及

其中该多个功能性模块的至少其中一者被配置成用以在预操作与试验操作之间的该过渡状态的期间通过该管理模块而与另外的功能性模块建立通信连接、用以在试验操作与预操作之间的该过渡状态的期间打断该通信连接、用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态的期间登录至该另外的功能性模块、以及用以在实时操作与试验操作之间的该过渡状态的期间，从该另外的功能性模块退出登录，

其中每个功能性模块包含：

一有限状态机，其包含该初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态，其中该初始化、预操作与试验操作状态以及初始化与预操作之间的该过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态被指定至一非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态被指定至一实时情境，

一模块描述，其包含该功能性模块的该模块特性以及一独特的模块识别，以及

一功能性模块接口，其用以接入该有限状态机以及该模块描述。

2.根据权利要求1所述的实时运转时间系统，

其被配置以在控制程序描述的基础上利用该多个功能性模块实时地进行一系统控制程序，

其中该管理模块在该控制程序描述的基础上管理该多个功能性模块。

3.根据权利要求1或2所述的实时运转时间系统，该管理模块被配置成用以在一实体描述的基础上产生一功能性模块的该实体。

4.根据权利要求2所述的实时运转时间系统，该多个功能性模块中的至少一者被配置成一功能性系统模块，该功能性系统模块提供该系统控制程序的一基本服务。

5.根据权利要求4所述的实时运转时间系统，该功能性系统模块的该基本服务是一实时控制。

6.根据权利要求1或2所述的实时运转时间系统，该多个功能性模块中的至少一者被配置成反映至少一机器功能性的一功能性用户模块。

7.根据权利要求1或2所述的实时运转时间系统，该多个功能性模块中的至少一个被配置成为包括至少一机器功能性的一功能性用户模块，其中至少一另外的有限状态机位于该功能性用户模块的该有限状态机的下位，其中该另外的有限状态机可在该功能性用户模块的该有限状态机的该实时操作状态的期间被启动。

8.根据权利要求1或2所述的实时运转时间系统，其中该实时运转时间系统使一数据处理系统操作，且该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在初始化与预操作之间的该过渡状态的期间占用该数据处理系统的资源，并在预操作与初始化之间的该过渡状态的期间释放所占用的该数据处理系统的资源。

9.根据权利要求1或2所述的实时运转时间系统，其中该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态的期间占用另外的功能性模块的资源，并在实时操作与试验操作之间的该过渡状态的期间释放所占用的该另外的功能性模块的资源。

10.一种运转时间系统，其被配置成用以在一控制程序描述的基础上实时地进行一系统控制程序，且包含多个功能性模块，

每个功能性模块包含：

一有限状态机，其包含初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态，其中该初始化、预操作与试验操作状态以及初始化与预操作之间的该过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态被指定至一非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态被指定至一实时情境，

一模块描述，其包含该功能性模块的该模块特性以及一独特的模块识别，以及

一功能性模块接口，其用以接入该有限状态机以及该模块描述。

11.根据权利要求10所述的运转时间系统，

更包含一管理模块，该管理模块具有一管理模块接口，该管理模块在该控制程序描述的基础上管理该功能性模块。

12.根据权利要求11所述的运转时间系统，

其中该多个功能性模块被配置成用以在初始化与预操作之间的该过渡状态的期间通过它们的模块识别而登录至该管理模块，以及用以在预操作与初始化之间的该过渡状态的期间退出登录，

其中该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在预操作与试验操作之间的该过渡状态的期间通过该管理模块而与另外的功能性模块建立通信连接、用以在试验操作与预操作之间的该过渡状态的期间打断该通信连接、用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态的期间登录至该另外的功能性模块、以及用以在实时操作与试验操作之间的该过渡状态的期间，从该另外的功能性模块退出登录。

13.根据权利要求11所述的运转时间系统，其中该管理模块被配置成用以在一实体描述的基础上产生一功能性模块的实体。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的运转时间系统，至少一功能性模块被配置成一功能性系统模块，该功能性系统模块提供该系统控制程序的一基本服务。

15.根据权利要求14所述的运转时间系统，该功能性系统模块的该基本服务是一实时控制。

16.根据权利要求10-13任一项所述的运转时间系统，其中至少一功能性模块被配置成反映至少一机器功能性的一功能性用户模块。

17.根据权利要求16所述的运转时间系统，其中至少一另外的有限状态机位于该功能性用户模块的该有限状态机的下位，其中该另外的有限状态机可在该功能性用户模块的该有限状态机的该实时操作状态的期间被启动。

18.根据权利要求10-13任一项所述的运转时间系统，其中该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在初始化与预操作之间的该过渡状态的期间占用一数据处理系统的资源，并在预操作与初始化之间的该过渡状态的期间释放所占用的该数据处理系统的资源。

19.根据权利要求10-13任一项所述的运转时间系统，其中该多个功能性模块中的其中一者被配置成用以在试验操作与实时操作之间的该过渡状态的期间占用另外的功能性模块的资源，并在实时操作与试验操作之间的该过渡状态的期间释放所占用的该另外的功能性模块的资源。

20.一种功能性模块，包含：

一有限状态机，包含初始化、预操作、试验操作与实时操作状态，以及初始化与预操作之间、预操作与试验操作之间以及试验操作与实时操作之间的过渡状态，其中该初始化、预操作与试验操作状态以及初始化与预操作之间的该过渡状态以及预操作与试验操作之间的该过渡状态被指定至一非实时情境，以及该实时操作状态以及试验操作与实时操作之间的该过渡状态被指定至一实时情境，

一模块描述，包含该功能性模块的该模块特性以及一独特的模块识别，以及

一功能性模块接口，其用以接入该有限状态机以及该模块描述。

21.根据权利要求20所述的功能性模块，其被配置成用以

在初始化与预操作之间的该过渡状态的期间通过一模块识别而登录，以及在预操作与初始化之间的该过渡状态的期间退出登录，

在预操作与试验操作之间的该过渡状态的期间通过一管理模块而与另外的功能性模块建立通信连接，以及在试验操作与预操作之间的该过渡状态的期间打断通信连接，以及

在试验操作与实时操作之间的该过渡状态的期间登录至另外的功能性模块，以及在实时操作与试验操作之间的该过渡状态的期间，从该另外的功能性模块退出登录。

22.根据权利要求20或21所述的功能性模块，其被配置以反映至少一机器功能性。

23.根据权利要求20或21所述的功能性模块，其包含至少一个另外的组件：接口、接口指示器、参数区域、数据区域、数据区域指示器、时间情境描述区域、配置区域以及参考计数器。

24.根据权利要求23所述的功能性模块，其中该参考计数器监控该功能性模块的寿命，且被配置成用以当一接口登录时将所计数的值增加1，以及用以当一接口退出登录时将所计数的值减少1，其中当到达所计数的值0时，该功能性模块可删除其本身。

25.根据权利要求20或21所述的功能性模块，其是一运转时间系统的一部分，该运转时间系统被配置成用以在控制程序描述的基础上实时地进行一系统控制程序。

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