DD209367A3 - Schaltungsanordnung zur maximalen auslastung von recheneinheiten bei zeitscheibengesteuerter mehrprogrammbearbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur maximalen Auslastung der zur Verfuegung stehenden Zeit bei der zeitscheibenbesteuerten, simultanen Bearbeitungmehrerer Programme in einer Rechenanlage. Die Erfindung bezweckt, eine maximale Auslastung der einer Recheneinheit zur Verfuegung stehenden Zeitbei der gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme zu erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung fuer eine im Echtzeitbetrieb arbeitende Recheneinheit mit Zeitscheibensteuerung zur simultanen Bearbeitung mehrerer Programme zu schaffen, die eine von akuellen Programmzustaenden abhaengige Zuteilung von Rechenzeit ermoeglicht. Diese Aufgabe wirddurch eine Echtzeitsystemsteuerung zur folgerichtigen Zuteilung der Zeitscheiben an die bearbeitenden Baugruppen geloest. Die Echtzeitsystemsteuerung beinhaltet einen Prioritaetsvergleicher,der die Umschaltung der Recheneinheit nach einem konstanten Zeitabschnitt innerhalb jeder Zeitscheibe auf die in diesem Moment prioritaetshoechste Baugruppe bewirkt. Nach Ablauf der Zeitscheibe wird in der Rangfolge der Prioritaetskette weitergearbeitet.

Description

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Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur maximalen Auslastung von Recheneinheiten bei zeitscheibengesteuerter Mehrprogrammbearbeitung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die' Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur maximalen Auslastung der zur Verfügung stehenden Zeit bei der zeitscheibengesteuerten, simultanen Bearbeitung mehrerer Programme in einer Rechenanlage. Mehrere gleichzeitig ablaufende Programme sind beispielsweise von CNC-Steuerungen für Werkzeugmaschinen oder bei rechnergesteuerten Prozessen innerhalb. eines festen Zeitabschnittes zu bearbeiten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, zur dynamischen Zuteilung von Rechenzeit für mehrere im Zeitteilbetrieb mittels Zeitscheiben bearbeitete Aufgaben oder Programme eine Schaltungsanordnung zu verwenden,

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die in Abhängigkeit von in Registern gespeicherten, den Aufgaben oder Programmen zugeordneten Steuerwerten, die Zeitscheiben nach den Erfordernissen der Aufgaben oder Programme an diese zuteilt. Dabei bestehen die Steuerworte aus einem die Anzahl der Zeitscheiben angebenden Zeigerteil und einem Adreßteil . Der Adreßteil des laufenden Programms wird^ über eine Marki erungs se haltung mit den Verzweigungen angebenden'. Anforderungssignalen logisch zur Adresse des nächsten Steuerwortes verknüpft (DE-AS 22 47 735). Die Zeitscheiben können dabei für jede Aufgabe gleich., oder unterschiedlich, entsprechend der jeweils notwendigen Arbeitszeitanforderung der zu bearbeitenden Programme oder Aufgaben, festgesetzt werden;(DE-OS 25 55 963).

Der Nachteil dieser Schaltungsanordnungen ist in der trotzdem im Programm festzulegenden Dauer der Zeitscheiben zu sehen. Die. Dauer der Zeitscheiben kann zwar nach- dem jeweils zu bearbeitenden Programm unterschiedlich sein, sie läßt sich aber nicht aufgrund aktueller Programmzustände verändern. Diese Notwendigkeit ergibt sich beispielsweise bei der numerischen Steuerung von Be- und Verarbeitungsmaschinen und bei Proz.eßsteuerungen unter Echtzeitbedingungen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, eine maximale Auslastung der einer Recheneinheit zur Verfügung stehenden Zeit, die durch das Gesamtsystem begrenzt ist, bei der gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme, deren Bearbeitung nach einer für jede Baugruppe spezifischen Maximalzeit beendet sein muß, zu erreichen. ·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung füj eine im Echtzeitbetrieb arbeitende Recheneinheit mit Zeit-

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Scheibensteuerung zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme innerhalb einer spezifischen Maximalzeit, durch verschiedene, zu einer Prioritätskette zusammengeschalteter Baugruppen zu schaffen, die durch eine Echtzeituhr und ein Echtzeitsteuersystem eine von aktuellen'Programmzuständen abhängige, dynamische Zuteilung von Rechenzeit, bei Einhaltung einer fest vorgegebenen Zeitscheibentaktfolge 'für die Baugruppen, zuläßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Echtzeitsteuersystem einen, mit seinem Aufrufeingang mit einem eingangsseitig an den Zeitscheibentaktausgang der Echt-z.eituhr angeschlossenen Zeitglied, mit einer zur Zeitscheibendauer kurzen Eigenzeit, verbundenen. Prioritätsvergleicher beinhaltet. Die Eingänge des Prioritätsvergleichers sind mit den programmbearbeitenden Baugruppen und dessen Ausgänge sind über eine Umschalteinrichtung mit den Aktivierungseingängen der programmbearbeitenden Baugruppen verbunden.

Jede der vorgesehenen Baugruppen bearbeitet innerhalb eines Bearbeitungsumlaufes eine ihr übertragene Aufgabe oder ein ihr übertragenes Programm,, wofür jeweils eine bestimmte Zeitscheibe vorgesehen ist. Innerhalb jeder Zeitscheibe wird eine durch die Eigenzeit des Zeitgliedes bestimmte Mindestdauer an der betreffenden Aufgabe gearbeitet und dann infolge eines Interruptsignals der Prioritätsvergleich durchgeführt,- mit dessen Ergebnis eine Umschaltung für-den Zeitscheibenrest auf ein dringender zu bearbeitendes Programm oder die routinemäßige Weiterbearbeitung des begonnenen Programmes bis zur nächsten Unterbrechung zum Start der Zeitscheibe für die- in der Prioritätskette - folgende Baugruppe veranlaßt wird...

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung ist das Blockschaltbild dargestellt.

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Der Taktausgang einer Echtzeituhr CP ist auf'vier jeweils ein gesondertes Programm oder ein Teilprogramm bearbeitende Baugruppen PS 1 bis PR 4-und an ein Zeitglied ZG in einem Echtzeitsteuersystem EZS geführt. Das Schtzeitsteuersystem EZS besteht weiter aus einem Prioritätsvergleicher PrV und einer Umschalteinrichtung U. Der Prioritätsvergleicher PrV ist mit je einem Eingang mit den Baugruppen PR 1 bis PR 4 verbunden und weist ebensoviele Ausgänge auf, die über die Umsehalteinrichtung-U zurück auf 'die Baugruppen PR 1 bis PR 4-geführt sind. Zur Synchronisation des Echtzeitsteuersystems EZS mit den Baugruppen PR 1 bis PR 4 bei Datenaustausch mit peripheren Geräten ist das Echtzeitsteuersystem EZS mit einer Ein-/Ausgabeeinheit E/A, die an die Ausgänge der Baugruppen PR1 bis PR 4 angeschlossen ist, verbunden. Eine zentrale Recheneinheit RE ist wahlweise mit allen Baugruppen PR 1 bis PR 4 verbindbar.

Die Bchtzeituhr CP beaufschlagt das Zeitglied ZG in dem Echtzeitsteuersystem EZS, die der Recheneinheit RE zunächst die erste Baugruppe PR 1 zuweist. Die für diese Baugruppe PR 1 vorgesehene Zeitscheibe wird jedoch für diese selbst nur zu einem Teil,· beispielsweise einem Viertel der dafür vom Gesamtprogramm vorgesehenen D.äuer, ausgenutzt. In dieser Zeit wird ein spei.cherfähiges Zwischenergebnis erzielt. Danach wird, ausgelöst durch ein Signal vom Zeitglied ZG, von dem Prioritätsvergleicher PrV im Echtzeitsteuersystem EZS geprüft, ob das von einer anderen Baugruppe PR 2 bis PR 4 ZM bearbeitende Programm in diesem Moment eine höhere Priorität besitzt. Ist das der Fall, so wird das in der ersten Baugruppe PR 1 gewonnene Zwischenergebnis gespeichert und die Recheneinheit RE auf die Baugruppe PR 2 bis PR 4 mit dem ranghöheren Programm urng-e se haltet, das dann für den Rest der Zeitscheibe bearbeitet wird. Danach wird die Recheneinheit RB, entsprechend der Reihenfolge in der festliegenden Prioritätskette an die zweite Baugruppe PR 2 angeschlossen und in gleicher Weise verfahren.

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.Die für die.einzelnen Baugruppen PR 1 bis PR 4 vorgesehenen Zeitscheiben können zueinander von unterschiedlicher Dauer sein. Dagegen ist die Mindestbearbeitungsdauer nach dem in der Prioritätskette festgelegten Zuschalten der Baugruppen PPt 1 bis PR 4 zur Recheneinheit RS durch die Eigenzeit des Zeitgliedes ZG bestimmt und damit für jedes von den Baugruppen PR 1 bis PR 4 zu bearbeitende Programm konstant.

Nachdem für jedes Programm der in der Prioritätskette angeordneten Baugruppen PR Λ bis PR 4 eine Zeitscheibe beendet wurde, ist ein Rechenzyklus durchlaufen und der nächste wird mit dem Zuschalten der ersten Baugruppe PR 1 an die Recheneinheit RE gestartet. Der Datenaustausch mit der Peripherie erfolgt über die Ein-/Ausgabeeinheit E/A in den Bearbeitungspausen· der Baugruppen PR 1 bis PR 4.

Verschiedene von den Baugruppen PR 1 bis PR 4 zu bearbeitende Programme benötigen keine so schnelle Zyklusfolge als die übrigen.. Durch eine zusätzliche Steuerschaltung ist es möglich., eine oder mehrere Zeitscheiben in einem Rechenzyklus in. wechselnder Folge an verschiedene Baugruppen PR 1 bis PR 4,. deren Aufgabe eine geringere Gesamtbearbeitungszeit erfordert, zuzuteilen.

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch

   Schaltungsanordnung zur. maximalen Auslastung einer im Echtzeitbetrieb arbeitenden Recheneinheit, zur. von einer Echtzeituhr und einem Echtzeitsteuersystem zeitscheibengesteuerten, simultanen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme mit dynamisch wechselnder Priorität, deren Bearbeitung nach einer jeweils spezifischen Maximalzeit beendet sein muß, durch voneinander unabhängige, zu einer Prioritätskette zusammengeschalteter Baugruppen, insbesondere für Steuerungen von Be- und Verarbeitungsmaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß das Echtzeitsteuersystem (EZS) einen, mit seinem Aufrufeingang mit einem eingangsseitig an den Zeitscheibentaktausgang der Bchtzeituhr (CP) angeschlossenen Zeitglied (ZG), mit einer zur Zeitscheibendauer kurzen Eigenzeit, verbundenen Prioritätsvergleicher (PrV) beinhaltet, dessen Eingänge mit den programmbearbeitenden Baugruppen (PR 1 bis PR 4) und dessen Ausgangs über eine Umschalteinrichtung (U) mit den Aktivierungseingängen der programmbearbeitenden Baugruppen (PR 1 bis PR 4) verbunden sind..

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