CN1267372A - 混合实时控制系统的体系结构及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于状态机器,混合实时控制系统,及其操作方法的多种系统体系结构被开发出来了,在一个用在能够控制实时过程并且有多个状态和管理多个状态之间跃迁的处理程序的状态机器的系统体系结构实施例中,调用其中一个处理程序的系统包括监视实时过程条件的一调用跃迁,当条件与预定的处理程序将被调用的一条件相匹配时,这个调用跃迁会造成处理程序的自动调用,因此这个调用跃迁允许处理程序在没有显式命令时被调用。

Description

混合实时控制系统的体系结构及其操作方法
发明技术领域
本发明在总体上涉及计算和处理系统，尤其是基于状态机器，混合实时控制系统的多种系统体系结构及其控制方法。
发明背景
自动工厂控制系统包括一套综合算法，或软件可定义过程控制程序，用来控制和监视其中多种过程。例如，一台生产设备。控制系统可以被制做成满足全局性大范围的过程需要或者设备中某个具体部分的需要。通常，控制系统包括各种模块，每个模块都有自己的处理器或固件，用通讯总线将它们连接在一起，就构成了分布式过程控制系统。该系统的分布式特性通过其递增地扩展系统以满足设备的增长或修正的能力表现出良好的性能。
为了允许用户制做用于特殊处理环境的过程控制系统，提供一种高度可配置的系统和适应性的系统是非常重要的。过程控制系统一般提供一种方法，使用它用户可以创造并定制控制策略，例如，软件可定义过程控制程序。在面向目标的编程环境中，一种完全控制策略可以从较小的部件建立，例如“块”和“参数”。块是软件体系结构或“目标”，用来压缩单元控制计算的数据和算法；参数定义到一块中每条数据的接口。尽管传统上的面向目标的过程控制系统提供给用户一些制做系统的方法用来满足他们的特殊需要，传统的过程控制系统仍然朝着可满足大范围处理环境的特殊需要的高度可配置性和灵活性的系统发展。
因此，技术上需要的是用于分布式实时过程控制系统的更加有力和灵活的体系结构特征。
发明技术方案
为了弥补上述现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供用于分布式实时过程控制系统的更为有力和灵活的体系结构特征。
为了达到以上主要目的，本发明提供多种用于基于状态机器，混合实时控制系统的系统体系结构及其操作方法。在一个使用能够控制实时过程并且拥有多个状态和管理多个状态之间跃迁的处理程序的状态机器的实施例中，调用其中一个处理程序的系统包括一个监视实时过程条件的调用跃迁，当条件与预定的处理程序将被调用的一条件相匹配时，这个调用跃迁会造成处理程序的自动调用，因此这个调用跃迁允许处理程序在没有显式命令时被调用。调用跃迁可以包含在一个处理程序的跃迁块中，也可以概括在数据处理和存储电路中可执行的一序列指令中。
在用在能够控制一个作为实时过程部分的器件并且拥有多个状态的状态机器上的另一实施例中，驱动器件达到一个具体状态的系统，该系统包括：(1)一个状态机器监视器，与该器件相联系，用来监视状态机器的状态和(2)一个器件状态控制器，与该器件相联系，并且与状态机器监视器相耦合，在状态机器的状态基础上驱动器件达到一个具体状态，状态机器因此能免除不得不顺序驱动该器件达到具体状态。器件状态控制器可以在一种异常作用(function)下驱动该器件。状态机器和该器件可以存在于混合实时控制系统的不同体系结构层中。
在另一实施例中，使用至少有第一和第二体系结构层的混合实时控制系统，用于协调层与层之间作用的系统，包括：(1)层内监视器，与每个体系结构层中的目标相联系，接收关于在其它体系结构层中的器件的状态和赋值信息和(2)目标控制器，与层内监视器相耦合，管理状态基础上的块操作和赋值信息。在各种示例性实施中，第一层可以从一单元执行层及一器件层的组成的群中选择，第二层可以是一个序列层。
赋值信息可以包括保留信息，关于一个与被监视目标相联系的器件是否已被保留，只有当保留信息指示器件未被保留时，目标控制器能够保留该器件。目标控制器可以有能力忽略来自未授权目标的请求。目标控制器也可以包含有关这些目标从前所达到过的状态的信息。目标控制器能够响应在其它体系结构层发生的模式变换而变换模式。
在另一实施例中，本发明提供了一个能够控制实时过程并且拥有已停止状态及达到停止状态的跃迁的状态机器。该状态机器包括一个处理程序，提供从已停止状态到运行状态的跃迁，处理程序允许状态机器从停止状态中恢复而无须从已停止状态异常终止。已停止状态可以是异常状态并且处理程序可以概括在数据处理和存储电路中可执行的一系列指令中。处理程序可以被自动调用，跃迁可以导致在一序列中的一可配置位置。
在另一个实施例中，本发明提供了一个能够控制作为实时过程部分的器件的状态机器。状态机器包括：(1)异常和当前跃迁和当前阶跃目标的第一层和(2)条件、中断/阶跃条件和输出目标的第二层，状态机器从而组织成一个多目标集合分级。
前述已经重点概述了本发明相当广泛的特征和技术优势以便本领域技术人员能够更好地理解以下对本发明的详细描述。以下将对形成本发明主题及权利要求的其他特征和优点进行描述。本领域技术人员应该理解他们可以直接使用公开的远离和具体实施例作为基础来修正或设计其它体系结构来实现与本发明相同的目的。本领域技术人员也应该意识到在最广泛的形式上，这样的等效体系结构不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
为了更加完全地理解本发明及其优势，以下参考结合附图进行详细描述，其中的相似数字表示相似的部件，附图中：
图1是使用本发明适用的示例性分布式实时过程控制系统的功能图，
图2是用于执行体现本发明原理的软件自定义过程控制程序的示例性数字处理系统的高级方框图；
图3是采用本发明原理的示例性控制体系结构的方框图；和
图4是由本发明揭示的各种过程控制状态和过程控制体系结构特征的示例性状态图。
详细描述
在对本发明的系统和方法的示例性实施例进行描述之前，对适合本发明使用或实现的计算或处理系统环境进行描述是很有帮助的，首先参考图1，这是一个本发明适合使用的分布式实时过程控制系统(总地标识为100)功能图。
过程控制系统100说明性地包括一个计算机网络，其有服务器110和控制器网络111。控制器网络111在服务器110和过程控制器(总地标识为121)之间提供一个接口；控制器网络111可以，例如，传递服务器110和过程控制器121之间的管理性消息，和过程控制器121之间的对等关系消息。过程控制器121经过I/O网络112与输入/输出(“I/O”)器件122相通讯。过程控制器121适合执行软件可定义过程控制程序，用来控制和接收经过I/O器件122和I/O网络112的来自过程传感器和致动器130的数据。本领域技术人员熟悉各种型号的过程传感器和致动器130，例如电控马达，电子管，泵等，可以在各种产品的生产中被采用；本发明的原理并非只限于特定过程或处理系统，而是，可以容易地在任何这样的系统中被利用。
在一个实施例中，过程控制系统100还包括一个局域网络(“LAN”)113，在服务器110和远程工作站(总地标识为140)之间提供接口。远程工作站140可以由系统操作者用来控制和监视过程控制系统100的操作。虽然被说明成一个独立的网络，LAN112可以与控制器网络120相同；例如，远程工作站140和过程控制器120可分享同一个网络传输媒介。不过本领域技术人员将承认为控制系统和操作者工作站提供分离的网络可以加强分布式，实时过程控制系统的可靠性；例如，与从服务器110到操作者工作站140的分布式过程一相关数据相联系的LAN12上的网络阻塞，将不会干扰经过控制网络111在服务器110和远程过程控制器120之间传输的过程控制信息。
软件可定义过程控制程序可以由任何数字处理系统执行，例如服务器110，工作站140，或过程控制器121。图2是被采用来执行概括了本发明原理的软件自定义过程控制程序的示例性数字处理系统的高级方框图。示例性数字处理系统200包括微处理器210，非易失存储器220和随机存取存储器(“RAM”)230，非易失存储器220用于存储软件可定义过程控制程序，可以包括，例如，可编程只读存储器(“PROM”)，闪速ROM，或磁存储媒介。存储在非易失存储器220中的软件可定义过程控制程序可以被微处理器210执行。微处理器利用RAM230以在程序被执行时存储过程控制程序的全部或部分，同时储存与过程传感器及致动器130相联系的过程控制数据。对示例性数字处理系统200的描述仅仅是例示性的；本领域技术人员将认识到采用本发明原理的软件可定义过程控制程序并非仅限于数字处理系统200的特定硬件实现，所有这样的系统都在后述的权利要求的范围之内。
本发明公开了用于混合实时过程控制系统的一种灵活而有力的体系结构；用于基于状态机器，混合实时控制系统的多种系统体系结构及其操作方法。当软件可定义过程控制程序通过一个数字处理系统，例如服务器110，工作站140，或过程处理器121可执行时，实时过程控制系统可以得以实现。这样的软件可定义过程控制程序最好使用面向目标的编程而被实现，其中算法和它们的相关数据可以被实现作为称作“块”的目标。
现在参考图3，这是采用本发明原理的示例性控制体系结构300的方框图。示例性体系结构300包括一个“单元执行”层310，一个“序列”层320，和一个“器件”层330。器件层330包括器件控制块，总地标识为340，用于控制例如各种器件(未示出)；以图1中的过程传感器和致动器130为参考)，例如，处理环境中使用的泵，电机和电子管的操作。序列，或“序列控制模块”(“SCM”)，层320提供阶跃序列和操作器件在正确的命令和时间序列下开和关的动作；例如，SCM层320控制器件控制块340的执行。与SCM层320相似的，单元执行层310的作用是协调多于一个SCM的操作。因此，单元执行层310，SCM层320，和器件层330形成一个分级的过程控制系统，其中一层可操作以直接或间接地控制较低层的操作，或控制这样的较低层中的块。
单元执行层310，SCM层320，和器件层330可以在一个独特的数字处理系统中被执行，例如服务器110，工作站140或过程控制器121。或者，层处理可以分散在组成过程控制系统的数字处理系统中；例如，当SCM层320和器件层330在单元执行的指示下于每个控制器121中被执行时，单元执行层310可以在服务器110中被执行。本领域技术人员熟悉分布式处理系统的原理和技术；本发明的原理并非仅限于具体的分布方案，所有这样的方案都在以下局面陈述的权利要求书范围之内。
SCM层320是一个软件实体，其包含并执行序列逻辑。SCM包括一个或更多“处理程序”，它(们)与子程序相似；每个处理程序都由一套“跃迁”和“阶跃”块组成。跃迁块与条件性语句相似，并选通下一个阶跃块的执行；阶跃块是根据过程控制变量而编写的一套可执行语句，并且通常由过程工程人员在他的/她的控制域内进行定义。
图4是一个示例性状态图400，对各种过程控制状态下定义；状态之间的跃迁由SCM层320来管理。关于状态图400，提供了以下信息：(1)跃迁至异常终止401是经过命令或调用条件；(2)跃迁至已异常终止的402是基于一个异常终止处理程序的完成；(3)跃迁至保持403是在经过命令或调用条件；(4)跃迁至已保持404是基于一个保持处理程序的完成；(5)跃迁至停止405是经过命令或调用条件；(6)跃迁至已停止406是基于一个停止处理程序的完成；和(7)当有“命令＝”被示出时，跃迁必须被命令。除了以下描述的几个独特跃迁之外，示例性状态图400符合美国仪器协会关于批控制的标准ISA-ds88。然而，本发明原理并非仅限于某个具体状态图或过程，本领域技术人员将毫无困难地想到那些采用这里所揭示的原理的替换的状态图和/或过程，这样的变换的实施例在以下引用的权利要求书的范围之内。
由本发明原理揭示的几个独特过程控制系统体系结构特征之一是提供“自动处理程序调用”。在ISA-ds88标准中使用的传统方法学是通过显式命令引导到一序列目标从而造成状态间的跃迁；本发明的自动处理程序调用是不需要这样的显式命令的。再参考图3，SCM层处理程序350包括第一跃迁块351，或“调用跃迁”，用来监视实时过程的条件并且当条件与预定的处理程序将被调用的条件相匹配时，造成处理程序350的自动调用，这就允许处理程序350在没有显式命令时被调用，这就允许处理程序350在没有显式命令时被调用。提供自动处理程序调用允许更多的分散处理，这样加强了过程控制系统的分布的特点和效率。表1提供了一个使用C++编程语言编码的示例性自动处理程序调用程序。
    表1
int clsCsco∷DetectException(void){//Note：The InvokeTransition does not use the new Trans[].Ready()concept//(problems with steps in Edit could occur)//on the other hand，it could be verified that all first steps of a handler//are not in edit，before making the handler available for usage//this will leave the exception detection like it is and save CPU time.int iEvent＝kHndTypeNull；//0 is interpreted as no eventif((Mode！＝kManual)‖(ExceptionModeOption＝kExcModeAuto)){//exception conditions and commands are scanned with decrementingpriority//currently index and priority are equivalent，which makes the codefasterenmHandlerReason＝kReasonUnknown；iThread＝0；assert((int)ScoCommand＞＝0)；assert((int)ScoCommand＜＝kMaxHandlerType+1)；//+1 for Resume command(does not invoke handler)，//but resumes from paused state//look for commandif     (      (ScoCommand！＝kCmdNone)//                  &&     boEventEnabled[(int)ScoCommand]  //EventEnabled is
propagated to HndCmdEnabled&&    boHndCmdEnabled  [(int)ScoCommand]){iEvent＝(int)ScoCommand；enmHandlerReason＝kReasonCommand；}int i＝kMaxHandlerType；//event type loop index//look for higher events than iEvent onlywhile(i＞iEvent){if(boHndCondEnabled[i])//current enabled handlers{//check for command and/or conditions//check for local condition of the external active locationif(    clsStep∷kLocalExcCondExists[i]        ){for(int t＝0；t＜ExtActiveLocation.nThreads；t++){if(GlobalStatus&＝Step[ExtActiveLocation.hStep[t]].Exception(i)){iEvent＝i；enmHandlerReason＝kReasonLocalCond；iThread＝t；break；}}if(enmHandlerReason＝＝kReasonLocalCond)break； //discontinuesearch for events}//check for global condition
                           if      (kCscoGlobalCondition[i]     &&((GlobalStatus&＝Handler[hHandler[i]].Ready(0))＝clsPart∷kPositive)){iEvent＝i；enmHandlerReason＝kReasonGlobalCond；break；           //discontinue search forevents}}i--；}//end while.no higher events found(no at all if iEvent＝0)}//end ifreturn iEvent；}
本发明所揭示的另一个独特过程控制系统体系结构性特征是提供“异常处理程序序列支持”。再次参考图3，器件层330包括多个器件控制块，总地标识为240，用来控制或监视过程传感器和致动器130，就如图1中所示。传统上的过程控制体系结构使用异常作用的“序列—驱动”处理；即如果过程期间发生异常事件，可具有与SCM相同的能力的一用户定义的序列可以在异常条件的基础上被执行。
这里揭示的异常处理程序序列支持为“状态—驱动”提供异常作用。SCM层320包括一个状态机器，能够控制作为实时过程的一部分的一器件(例如，过程致动器130)；状态机器有多个状态并且希望用来驱动器件达到一具体状态。用来驱动器件达到一具体状态的系统包括与器件，例如，作为器件控制块340的一部分，相联系的状态机器监视器342。用来监视状态机器(例如，SCM层320)的状态；和一个器件状态控制器343，用来在状态机器的状态基础上驱动器件达到一个具体状态。状态机器(例如，SCM层320)因此能免除不得不顺序驱动器件达到具体状态。
状态机器和器件状态控制器可以存在于一个混合实时控制系统中的不同体系结构层之中。例如，序列层，或起到状态机器作用的SCM层320和器件层330包括含有器件状态控制器343的器件控制块340。因此，提供异常处理程序序列支持允许更多的分散处理，因此而加强了过程控制系统的分布特点和效率。表2提供了一个用C++编程语言编码的示例性异常处理程序序列支持的程序。
                                表2
void clsCfDigComp∷AbnormalHandling(void){//Determine if the present Starus requires checking an abnormal//option.if(pScmParameter-＞ScmState！＝LastScoState){enmDdOptions      CheckOption＝kDdOptNone；BOOLEAN           IsAbnormalOption＝TRUE；int ResetOpStats＝0；switch(pScmParameter-＞ScmState){case kStsChecking：case kStsIdle：case kStsComplete：CheckOption＝StartOption；break；case kStsStopping：case kStsStopped：
            CheckOption＝StopOption；break；case kStsHolding：case kStsHeld：CheckOption＝HoldOption；break；//Can I check this any time state has changed and new state arethese？case kStsRunning：//The code corresponding to Restarting should be executed when thereis//transition of SCM from Held to Restart to Running.Hence the strange//constructif(LastScoState！＝kStsHeld)break；case kStsRestarting：case kStsRestarted：IsAbnormalOption＝FALSE；if(RestartOpt＝kLastRequest){if((LastOpTyPe＝kOpTypeSet)‖((LastOpType＝kOpTypeNotStored)&&(LastStep＝ActiveStepId))){OpRequest＝LastOpRequest；OpType＝LastOpType；ExtendedProcessing＝TRUE；}else{ResetOpStats＝1；}
          }break；//A Comm Error from monitoring the SCO will require//resetting OpRequest if OpType is NotStored.//A mechanism is required for when kStsCommErr resets.case kStsCommErr：IsAbnormalOption＝FALSE；if(OpType＝kOpTypeNotStored){ResetOpStats＝1；}default：break；}//check conditions of the Abnormal Option.//This should not be done for the restart option.if(IsAbnormalOption &&((CheckOption＝kDdOptSafeOp)‖((CheckOption＝kDdOptNone)&&(OpType＝kOpTypeNotStored)))){ResetOpStats＝1；}if(ResetOpStats){OpRequest＝SafeOp；OpType＝kOpTypeDefault；OpReqPending＝TRUE；ExtendedProcessing＝TRUE；}}  //pScmParameter-＞ScmState！＝LastScoStateLastScoState＝pScmParameter-＞ScmState；
  }
本发明所揭示的另一个独特过程控制系统体系结构特征是提供SCM层320的作用与器件层330和/或单元执行层310的作用的“集成”。
为了CSM层320和器件层330集成，SCM的关键元件是与通过器件层330，在控制模块中作为功能块建立起来的器件的连接。该体系结构性特征的重要性中，注意到SCM最好在直接命令一个器件之前，先保留它。为了报告相对于该单元的通知，器件追踪SCM的单元赋值。器件也会证实输送给它的控制请求命令，以保证只有经过识别的SCM才能改变其状态；来自不正确的SCM的命令将被拒绝。器件还能检测SCM状态的改变，例如，从正常状态到异常状态，并且了为过程操作的安全，被配置成可修正这种状态改变行为；行为修正包括像设置它的输出到一个安全值，这可为每个SCM的异常状态而配置，以及改变器件的模式，例如，允许操作者控制等这样的事情。在一个优选实施例中，器件驱动器是“灵巧的”，例如，驱动器保持有关最后一个命令的正常配置的信息，这样当异常条件被消除时，能致使器件自动回到正常状态。在器件和序列层之间的这个集成，大幅降低了客户在设计和维持序列控制策略方面所需付出的工程努力。
与SCM层320通过器件层330和器件的集成相似的是SCM层和单元执行层310的集成，这在同一个控制环境中是不必要的。在对该体系结构性特征的重要性中，注意到SCM可以被一个单元执行层310保留起来，且SCM能监视单元执行层的状态，并执行异常处理程序。SCM还能支持单元赋值，并且在由SCM产生的所有通知中识别当前赋值。通过序列层(即SCM)320和单元执行层310的集成，过程控制系统使客户能够通过策略配置，使单元一宽度(unit-wide)协调生效，从而消除了对处理这种作用所典型要求的定制编程的一般性需要。
用于层的“集成”，或作用的协调的示例性系统包括：(1)层内监视器，总地标识为360，与其它目标相联系，总地标识为370，在每个体系结构层内，接收在其它体系结构层中目标的状态和赋值信息；和(2)目标控制器，总地标识为380，与层内监视器360相耦合，根据状态和赋值信息管理块操作。
赋值信息可以包括关于与目标370相联系的器件是否已被保留的保留信息；只有当保留信息指示出一个器件未被保留时，目标控制器380才能保留一器件。目标控制器380能够忽略来自未授权目标的请求。目标控制器380还可以包含关于由目标370以前所达到过的状态的信息。目标控制器380还能响应发生在其它体系结构层中发生的模式变化而改变模式。
本发明所揭示的再一个独特的过程控制系统体系结构特征是提供“从停止执行返回”。再次参考图4，ISA-ds88状态跃迁模块包括一个异常“已停止”状态410；但是，ISA-ds88模块并没有提供一个机构以返回到运行状态420。为实现这里所揭示的“从停止执行返回”的体系结构性特征，SCM层320包括一个处理程序用来提供从“已停止”状态410到运行状态420的跃迁；处理程序允许状态机器400从停止状态410中恢复，不需经过异常终止状态430或已异常终止状态440。在一个实施例中，处理程序使状态机器400从已停止状态410发生跃迁，该跃迁经过保持状态450，已保持状态460和重新开始状态470，返回到运行状态420。处理程序能够被自动调用，例如，通过在停止状态410的处理程序中，实施命令以返回到运行状态420。表3提供了用C++编辑语言编码的从停止执行返回的示例性程序。
    表3
////       current handler transient/final  event handler
const BOOLEANkEventEnabled[kMaxHandlerType+1][kStatesPerHandler][kMaxHandlerType+1]＝{//Event Type             Null  Edit    Main Check Int    RestartHold   Stop   Abort/*nulling*/       {{     ，FALSE     ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE     ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE}/*nulled*/        ，{    FALSE       ，TRUE      ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE     ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE}       }/*editing*/       ，{{   FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE     ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE}/*edited*/        ，{    FALSE       ，TRUE      ，FALSE        ，TRUE，FALSE       ，FALSE     ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE}       }/*running*/       ，{{   FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，TRUE，FALSE        ，TRUE，TRUE，TRUE}/*complete*/      ，{    FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，TRUE，FALSE       ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE     ，FALSE}      }/*checking*/      ，{{   FALSE       ，TRUE，FALSE     ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE     ，FALSE}/*idle*/          ，{    FALSE       ，TRUE，TRUE，TRUE，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，FALSE     ，FALSE}    }/*interrupting*/    ，{{   FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，TRUE，TRUE，TRUE}/*interrupted/ing*/ ，{    FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，TRUE，TRUE，TRUE}     }/*restarting*/，{{  FALSE        ，FALSE     ，FALSE     ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，TRUE，TRUE，TRUE}/*restarted/ing*/   ，{    FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，TRUE，TRUE，TRUE}     }/*holding*/         ，{{   FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，FALSE      ，FALSE     ，TRUE，TRUE}/*held*/            ，{    FALSE       ，FALSE     ，FALSE        ，FALSE，FALSE       ，TRUE，FALSE      ，TRUE，TRUE}     }
/*stopping*/  ，{{   FALSE     ，FALSE    ，FALSE     ，FALSE，FALSE    ，FALSE    ，FALSE     ，FALSE    ，TRUE}/*stopped*/   ，{    FALSE     ，FALSE    ，FALSE     ，TRUE，FALSE    ，FALSE    ，TRUE，FALSE    ，TRUE}     }/*aborting*/  ，{{   FALSE     ，FALSE    ，FALSE     ，FALSE，FALSE    ，FALSE    ，FALSE     ，FALSE    ，FALSE}/*aborted*/   ，{    FALSE     ，FALSE    ，FALSE     ，TRUE，FALSE    ，FALSE    ，FALSE     ，FALSE    ，FALSE}    }}；
本发明的另一方面，SCM，它本身，被提供一个分级体系结构。SCM参数STATE和MODE表示SCM正在做什么和其如何被自动地做，正如前面所解释的。由SCM提供的近一步的状态信息有两种形式：当前执行范围的状态和目前配置的状态。
SCM的状态是在当前的执行范围中所有较低水平状态的组合。这个状态是动态的，当SCM的执行范围变化时，它也变化；来自从前范围的状态对SCM的组合状态不再有影响。SCM当前执行范围包括：(a)评价的异常调用跃迁，(b)在活动的处理程序中的评价的(那些被使能的)跃迁和(c)在活动的处理程序中的所有活动的阶跃。
随着当前范围变化，SCM推进，因从前致使SCM执行状态达到“绕过”的绕过条件，所产生的跃迁(例如，“TransA”)将不再影响SCM执行状态。取而代之地，状态返回到正常状态，假设在当前范围内的所有操作都被放置在正常状态。然而，只要TransA的条件被绕过，TransA的执行状态会假设一个绕过状态。
SCM的执行状态单纯地是当前执行范围的一个函数。当SCM完成(达到完成状态)时，执行状态处在一个正常状态，因为当前没有任何正在被执行/评价的东西。这同样适用于SCM的空闲状态。一但SCM又重新开始，当前执行范围会确定SCM的执行状态的值。如果所有操作都是正常状态，那么SCM的执行状态是被设置在一个正常状态，或者如果一个可能的跃迁仍然拥有一绕过的条件，那么SCM的执行状态将反映带有一绕过值。
针对每个SCM目标，状态被提供都与目标的当前配置相关。这个信息是静态的，只有当SCM未被启动或者被启动时，才会发生变化。
提供的参数有：CONFIGSTS，CONFIGCODE和CONFIGDESC。这些都与执行范围参数EXECSTS，EXECCODE，EXECDESXC非常类似，提供一个相似的2—水平状态指示和消息。
就如较早对执行状态的描述一样，相同的分级原理应用于配置状态。
总结上述，非常明显，本发明为基于状态机器，混合实时控制系统及其操作方法提供了多种系统体系结构。尽管本发明及其优点已被详尽描述，本领域技术人员应该理解，在最广泛形式上，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对其进行各种变化替换和变更。

Claims (42)

1、为用在一个能够控制实时过程并且拥有多个状态，以及管理所述多个状态之间跃迁的处理程序的状态机器上，一种用于调用其中一个所述处理程序的系统，包括：
调用跃迁，用来监视所述实时过程的条件，当所述条件与预先设定的所述处理程序之一将被调用的一条件相匹配时，所述调用跃迁使所述处理程序之一的自动调用，所述调用跃迁因此允许所述处理程序之一在没有显式命令时被调用。
2、如权利要求1中所述的系统，其中所述调用跃迁被包含在所述处理程序之一的一跃迁块中。
3、如权利要求1中所述的系统，其中所述调用跃迁被概括在数据处理和存储电路中可执行的一序列指令中。
4、为用在一个能够控制实时过程并且拥有多个状态，以及管理所述多个状态之间跃迁的处理程序的状态机器上，一种调用所述处理程序之一的调用方法，包括以下步骤：
监视所述实时过程的至少一个条件；
将预先设定的所述处理程序之一将被调用的条件与所述至少一个被监视的条件相比较；和
如果所述至少一个被监视的条件与所述预先设定的条件相匹配，则自动调用所述处理程序之一，这时所述处理程序之一在没有显式命令时被调用。
5、如权利要求4中所述的方法，其中所述预先设定的条件是作为所述实时过程的条件函数地被动态—变更。
6、如权利要求4中所述的方法，其中监视，比较和自动调用步骤通过在数据处理和存储电路中执行一序列指令而被执行。
7、为用在能够控制作为实时过程一部分的器件，并且拥有多个状态的状态机器上，一种用于驱动所述器件达到具体状态的系统，所述系统包括：
状态机器监视器，与所述器件相联系，监视所述状态机器的状态；和
器件状态控制器，与所述器件相联系，并且与所述状态机器监视器相耦合，用来根据所述状态机器驱动所述器件达到所述具体状态，所述状态机器从而免除不得不序列驱动所述器件达到所述具体状态。
8、如权利要求7中所述的系统，其中所述器件状态控制器在一异常作用下驱动所述器件。
9、如权利要求7中所述的系统，其中所述状态机器和所述器件存在于一个混合实时系统的不同体系结构层之中。
10、为用在能够控制作为实时过程一部分的器件，并且拥有多个状态的状态机器上，一种调用所述处理程序之一的方法，包括以下步骤：
监视所述状态机器的状态；和
根据所述状态机器的所述状态，驱动所述器件达到一具体状态，所述状态机器因此能免除不得不顺序驱动所述器件达到所述具体状态。
11、如权利要求10中所述的方法，其中所述驱动步骤包括在一异常作用下驱动所述器件的步骤。
12、如权利要求10中所述的方法，其中所述状态机器和所述器件存在于混合实时控制系统的不同体系结构层中。
13、为用在至少拥有第一和第二体系结构层的混合实时控制系统上，一种用于协调所述层之间作用的系统，包括：
层内监视器，与每个所述体系结构层内的目标相联系，用于接收在其它体系结构层内被监视目标的状态和赋值信息；和
目标控制器，与所述层内监视器相耦合，用于根据所述被监视目标的所述状态和赋值信息，管理所述目标的操作。
14、如权利要求13中所述系统，其中所述赋值信息包括关于与所述被监视目标相联系的器件是否已被保留的保留信息，只有当所述保留信息指示出所述器件未被保留时，所述目标控制器才能保留所述器件。
15、如权利要求13中所述系统，其中所述目标控制器能够忽略来自未授权目标的请求。
16、如权利要求13中所述系统，其中所述目标控制器包含关于所述目标从前所达到过的状态的信息。
17、如权利要求13中所述系统，其中所述第一层是从由一单元执行层和一器件层组成的群中选择出来的，所述第二层是序列层。
18、如权利要求13中所述系统，其中所述目标控制器能够响应发生在所述其它体系结构层中的模式变换而改变模式。
19、为用在至少拥有第一和第二体系结构层的混合实时控制系统，一种协调所述层之间作用的方法，包括以下步骤：
接收在其它体系结构层中的被监视目标的状态和赋值信息到每个体系结构层中；和
根据所述状态和赋值信息，管理目标的操作。
20、如权利要求19中所述的方法，其中所述赋值信息包括关于与所述被监视目标相联系的器件是否已被保留的保留信息，所述方法包括只有当所述保留信息指示出所述器件未被保留时，才保留所述器件的步骤。
21、如权利要求19中所述方法，还包括忽略来自未授权目标的请求的步骤。
22、如权利要求19中所述的方法，还包括存储所述目标从前所达到过的状态的步骤。
23、如权利要求19中所述的方法，其中所述的第一层是从由一单元执行层和一器件层组成的群中选择出来的，所述第二层是一个序列层。
24、如权利要求19中所述的方法，还包括响应在所述其它体系结构层中发生的模式变换而改变模式的步骤。
25、能够控制实时过程，并拥有一已停止状态和一到所述停止状态的跃迁的状态机器，包括：
处理程序，用于提供从所述已停止状态至运行状态的跃迁，所述处理程序允许所述状态机器从所述停止状态中恢复，而无须从所述已停止状态异常终止。
26、如权利要求25中所述的机器，其中所述已停止状态是一个异常状态，所述处理程序被概括在数据处理和存储电路中可执行的一序列指令中。
27、如权利要求25中所述的机器，其中所述处理程序能够被自动调用。
28、如权利要求25中所述的机器，其中所述跃迁导致在一序列中的一可配置位置。
29、一种操作能够控制实时过程，并拥有一已停止状态和到所述停止状态的一跃迁的状态机器的方法，包括以下步骤：
提供一个从所述已停止状态到一运行状态的跃迁；和
经过从所述已停止状态发生的所述跃迁，将状态机器从所述停止状态恢复过来，无需从所述已停止状态异常终止。
30、如权利要求29中所述的方法，其中所述已停止状态是一个异常状态，所述方法通过在数据处理和存储电路中执行一序列指令而被实现。
31、如权利要求29中所述的方法，其中所述恢复步骤包括自动调用一处理程序的步骤。
32、如权利要求29中所述的机器，其中所述跃迁导致在一序列中的一可配置位置。
33、一种能够控制作为实时过程一部分的器件的状态机器，包括：
异常及当前跃迁和当前阶跃目标的第一层；和
条件、中断/阶跃条件和输出目标的第二层，所述状态机器因而组织成一个多目标集合分级。
34、如权利要求33中所述的状态机器，其中所述第二层的所述条件目标，与所述第一层的所述异常跃迁目标相联系。
35、如权利要求33中所述的状态机器，其中所述第二层的所述条件目标与所述第一层的所述当前跃迁目标相联系。
36、如权利要求33中所述的状态机器，其中所述第二层的所述中断/停止条件目标与所述第一层的所述当前阶跃目标相联系。
37、如权利要求33中所述的状态机器，其中所述第二层的所述输出目标与所述第一层的所述当前阶跃目标相联系。
38、一种操作能够控制作为实时过程一部分的器件状态机器的方法，包括以下步骤：
在异常及当前跃迁和当前阶跃目标的第一层中处理与所述实时过程相关的信息；
在条件、中断/阶跃条件和输出目标的第二层中处理与所述实时过程相关的信息，所述状态机器因而组织成一个多目标集合分级。
39、如权利要求38中所述的方法，其中所述第二层的所述条件目标与所述第一层的所述异常跃迁目标相联系。
40、如权利要求38中所述的方法，其中所述第二层的所述条件目标与所述第一层的所述当前跃迁目标相联系。
41、如权利要求38中所述的方法，其中所述第二层的所述中断/停止条件目标与所述第一层的所述当前阶跃目标相联系。
42、如权利要求38中所述的方法，其中所述第二层的所述输出目标与所述第一层中的所述当前阶跃目标相联系。
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