DE2522343B2 - Anordnung zur steuerung von verfahrensablaeufen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung von Verfahrensabläufen mit einem zentralen Steuerwerk, das Daten mit einem Informationsgehalt von mehreren Bit (Wörter) sowie Daten mit einem Informationsgehalt von 1 Bit von peripheren Geräten empfängt, aufgrund eines in einem Programmspeicher enthaltenen Programms verarbeitet und an periphere Geräte sendet

Aus der Siemens-Zeitschrift 1974, Seite 657, ist ein freiprogrammierbares Steuersystem bekannt, das binär arbeitet, d. h„ bei dem die an die Peripherie abgegebe nen Befehle und die von dort eingehenden Meldungen jeweils nur einen Informationsgehalt von 1 Bit haben. Periphere Geräte können daher einfach durch Ausgabe ihrer Adresse auf eine Sammelleitung aufgerufen werden oder die peripheren Geräte geben durch Eirgabe ihrer Adressen eine Meldung ab. Derartige Systeme haben den Vorteil, daß sie einfach programmierbar sind und daß sie wegen ihrer einfachen Befehle eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit haben. Da sie auf die Lösung von binären Verknüpfungen zugeschnitten sind, sind ihre Nachteile vor allem darin zu sehen, daß mit ihnen die Ausführung von Befehlen für digitale Funktionen, z. B. digitale Steuerungen, Protokollieraufgaben, Meßwerterfassen, wenn überhaupt, nur in beschränktem Urrfange möglich sind.

Solche digitalen Funktionen können von wortweise arbeitenden Datenverarbeitungsanlagen, z. B. Prozeßrechnern, wie sie in der Siemens-Zeitschrift 1974, Seite 675, beschrieben sind, ausgeführt werden. Diese haben aber, falls sie nur binäre Verknüpfungen herstellen sollen, den Nachteil des größeren Geräte- und Programmieraufwandes und einer geringeren Arbeitsgeschwindigkeit.

In der Zeitschrift »Regelungftechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik«, Bd. 16, H. 5, 1974, Seiten 120 bis 125, sind Steueranordnungen beschrieben, mit denen sowohl binäre als auch digitale Daten verarbeitet werden. Die bekannten Anordnungen enthalten entweder nur einen Bitprozessor, dem Digitalwerte über Digitplvorsätze, die im wesentlichen Parallel-Serienwandler sind, zugeführt werden, oder nur einen Wortprozessor, der mit Hilfe eines speziellen Unterprogramms Bitbcfehle versteht und verarbeiten kann. Die einen Steueranordnungen haben die Vor- und Nachteile der binären Arbeitsweise, die anderen die der digitalen Arbeitsweise. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche die Vorteile der binär arbeitenden Datenverarbeitungsanlagen und die der digital arbeitenden gleichzeitig aufweist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Steuerwerk einen Wort- und einen Bitprozessor umfaßt, von denen der Wortprozessor nur die Daten mit einem Informationsgehalt von mehreren Bit (Wörter) und der Bitprozessor nur die Daten mit einem Informationsgehalt von 1 Bit empfängt, verarbeitet und

an die peripheren Geräte sendet, und daß ein Koordinierer wechselweise dem Bitprozessor und dem Wortprozessor Zugriff zum Programmspeicher gibt, der so aufgebaut ist, daß er Wortbefehle für den Wortprozessor und Bitbefehle für den Bitprozessor S enthält

Die Prozessoren sind also über den Programmspeicher gekoppelt, der für alle Prozessoren einen gemeinsamen Verständigungsbereich darstellt Zwischen den Prozessoren besteht eine programmterhnisch ι ο klare Trennung, und die einzelnen Prozessoren können weitgeheci zeitlich unabhängig voneinander arbeiten.

Im Speicher sind Befehle für den Bitprozessor und den Wortprozessor enthalten. Mit dem bitweise arbeitenden Teil der Anordnung werden solche is Funktionen ausgeführt, für die nur eine Information von 1 Bit übertragen werden muß. Digitale Funktionen werden von dem den Wortprozessor enthaltenden Teil der Anordnung durchgeführt In diesem Bereich werden also Informationen für die Funktionen von mehreren Bit to übertragen. Entsprechend können die Befehle zur Ausführung der erstgenannten Funktion so codiert sein, daß sie vom Bitprozessor interpretiert und ihre Ausführung von diesem veranlaßt werden kann. Auf diese Weise kann die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Bitprozessors ausgenützt werden, da keine Umcodierungen erforderlich sind.

Eine solche Anlage hat den Vorteil, daß eine bitweise arbeitende Anlage durch die peripheren Geräte eines wortweise arbeitenden Digitalrechners ergänzt wird. Bet rifbssysterne und Standardprogramme des R ichners können übernommen werden. Mit dem Wortprozessor können beliebige und komplexe Aufgaben gelöst werden; auch ist die Kopplung zu übergeordneten Rechnern leicht möglich. Zwischen binärer und digitaler js Steuerung besteht eine programmtechnisch klare Trennung und der Bit- und Wortprozessor können zeitlich unabhängig voneinander arbeiten.

Die Befehle für die digitalen Funktionen können in entsprechender Weise wie die für den Bitprozessor codiert sein, was den Nachteil hat, daß bei der Ausführung der Befehle eine Umcodierung in die Sprache des Wortprozessors erforderlich ist. Will man dies vermeiden, müssen die Befehle für den Wortprozessor in einer diesem angepaßten Weise codiert werden. Unabhängig von der Codierung ist zwischen Bit- und Wortbefehlen zu unterscheiden ilso zwischen den Befehlen, die der Bitprozessor und denen, die der Wortprozessor ausführt. Diese Befehle können im Speicher gemischt in der Reihenfolge, in der sie abgearbeitet werden sollen, abgelegt sein, sie können aber auch in getrennten Speicherbereichen untergebracht werden.

F.s brauchen nicht die vollständigen Programme im Speicher enthalten sein, es genügt daß Kenn/eichen für hestimmte Unterprogramme entha'ten sind, die in weiteren, den einzelnen Prozessoren zugeordneten Speichern abgelegt sind. Nach Auftreten eines solchen Kennzeichens im Programm bearbeitet der angesprochene Prozessor das zugehörige Unterprogramm. '<"

Von den Prozessoren hat jeweils nur einer Zugriff zum Speicher. Im einfachsten Fall sind die Zugriffszeiten gleich und konstant. Man kann auch den einzelnen Prozessoren unterschiedliche, ihren Arbeitszeiten entsprechende Zugriffszeiten zuordnen. Ferner können <>5 sich während des Programmablaufs die Zeiten ändern. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, einem Prozessor erst dann Zueriff zum Speicher zu geben, wenn er selbst bestimmte Aufgaben intern erledigt hat oder wenn ein anderer Prozessor ein im gemeinsamen Speicher enthaltenes Unterprogramm abgeschlossen hat

Anhand der Zeichnung, in dei Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ergänzungen und Vorteile näher beschrieben und erläutert

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; in den

Fig.2 und 3 ist die Anordnung von Befehlen im Speicher veranschaulicht

In F i g. 1 ist mit WP der Wortprozessor einer digitalen Datenverarbeitungsanlage bezeichnet der über Digitalschnittstellen DSmit üblichen Peripheriegeräten für Prozeßrechner, das sind die Standard-Peripherie STP wie Blattschreiber, Sichtgeräte, Bandspeicher usw, die Prozeß-Peripherie PRP, wie Multiplexer, Digital- und Analogein- und -ausgabe und ggf. ein weiterer Rechner UER, der z. B. ein übergeordneter Rechner sein kann, angeschlossen ist Im Ausführungsbeispiel ist nur eine Digitalschnittstelle DS gezeichnet, an die wie an eine Sammelleitung der Wortprozessor, die Peripheriegeräte usw. angeschlossen sind. Ferner sind mit der Digitalschnittstelle ein Programmspeicher PSP und ein Koordinierer KOR verbunden. Letzterer arbeitet mit einem Bitprozessor BPzusammen, der über eine Bit-Schnittstelle BS mit den Einheiten eines binären Steuersystems verbunden ist Diese Einheiten sind z. B. solche für die binäre Eingabe BE oder die binäre Ausgabe BA oder ein Speicher BSP für binäre Signale. Über diese Schnittstellen können nur Informationen von jeweils 1 Bit übertragen werden. Während bei der Digital-Schnittstelle DS außer den Adressen der angesprochenen oder sich meldenden peripheren Geräte Daten, z. B. Meßwerte, übertragen werden, ist die Aufschaltung einer Adresse auf die Binär-Sihnittstelle BS selbst eine Information, d. h. die Einheit mit der auf der Binär-Schnittstelle BS liegenden Adresse hat eine bestimmte Funktion auszuüben. Gibt eine Einheit ihre Adresse auf die Bit-Schnittstelle, so bedeutet dies eine bestimmte Meldung. Ks ist einzusehen, daß ein Befehl über die Bit-Schnittstelle BS weit schneller abgewickelt werden kann als über die Digital-Schnittstelle DS. Man wird daher, soweit wie möglich, Steuerbefehle und Meldungen über die Bit-Schnittstelle mit Hilfe des Bitprozessors BPabwickeln. Wird dies zu aufwendig, z. B. beim Drucken von Protokollen, Ansteuern von digitalen Ausgaben und dergleichen, verwendet man den Wortprozessor IVPund die diesem angepaßten digitalen, peripheren Geräte. Zweckmäßig sind die Wortlängen des Bit- und des Wortprozessors gleich. In einem Wortspeicher M-SP werden Daten für den Wortprozessor WPund in einem Bitspeichc Daten für den Bitprozessor abgespeichert.

Das Arbeiisprogramm ist im Programmspeicher PSP abgelegt Der Koordinierer KOR gibt wechselweise dem Bit prozessor BP und dem Wortprozessor IVP Zugriff /um Speicher. Außerdem kann er die Signale des binären Teils der Anlage an die des digitalen Teils und umgekehrt anpassen Der Bitprozessor braucht nicht unbedingt über den Koordinator KOR mit der Digilal-Schnittstelle DSverbunden zu sein; er kann auch unmittelbar auf die Digital-Schniuslelle arbeiten, wobei er über die Digital-Schnittstelle den Zugriff zum Speicher steuert.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten der Nicderlegung des Programms im Programmspeicher PSP und dessen Bearbeitung beschrieben. In den

beiden folgenden Figuren sind jeweils die Zellen des Speichers PSP gezeigt, in denen das Programm niedergelegt ist. Es werden die Bitbefehle, die vom Bitprozessor ausgeführt werden, mit 6, und die vom Wortprozessor JVPauszuführenden Wortbefehle mit w, bezeichnet.

Nach Fig.2 sind die digitalen Programmteile w\...wA und die binären Programmteile 61... 64 gemischt in den Speicher eingetragen. Zwecks einer einfachen Programmierung können die Wortbefehle entsprechend den Bitbefehlen codiert sein. Dies hat zwar den Nachteil, daß der Wortprozessor vor Ausführung eines Befehls diesen erst interpretieren muß, dafür kann aber das Programm in der einfachen Weise geschrieben werden, wie es bei bitweise arbeitenden Anlagen möglich ist. Außerdem kann die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Bitprozessors und der an ihn angeschlossenen peripheren Geräte ausgenützt werden. Im Beispiel nach F i g. 2 arbeitet der Bitprozessor zunächst die Bitbefehle b 1 und b 2 ab und führt sie aus. Der nächste Befehl w 1 ist ein Wortbefehl, der vom Koordinierer als solcher erkannt wird. Dieser sperrt den Bitprozessor und ruft den Wortprozessor auf, der nun die Wortbefehle wl...w4 abarbeitet. Danach weist der Koordinierer dem Bitprozessor die Weiterbearbeitung des Programms mit den Befehlen b3 und 64 zu. Der Koordinierer kann selbstverständlich auch Bestandteil des Bit- oder des Wortprozessors sein.

Eine solche Anordnung der Befehle im Speicher hat den Vorteil, daß die Programmierung sehr einfach ist, da kein gesonderter Verständigungsbereich zwischen dem Bit- und dem Wortprozessor im Speicher notwendig ist Ärderungen des Programms sind einfach durchzuführen.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung der Befehle im Speicher, bei der im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 1 die digitalen und die binären Programmteile in getrennten Speicherbereichen untergebracht sind. Die aufgespaltenen Programmteile sind über Merkerbefehle miteinander verbunden. Das Programm läuft z. B. wie folgt ab:

Der Bitprozessor bearbeitet nacheinander die Befehle b 1 und b 2. Der Befehl b(m7s) besagt daß, wenn der Befehl 62 zu einem bestimmten Ergebnis führt ein Merkersignal 7 gesetzt werden soll. Für dieses Merkersignal ist ein gesonderter Speicherbereich M vorgesehen. In die siebte Zelle dieses Bereiches wird demgemäß ein Signal eingeschrieben. Dies ist da im Ausführungsbeispiel eine Speicherzelle des Speichers PSP fünf Stellen enthält die zweite Stelle der zweiten Speicherzelle im Bereich M. Danach kann der Bitprozessor die Bitbefehle 63, 64 usw. bis zum Prograrranende b(pe) ausführen. Der Wortprozessor fragt währenddessen den Bereich Af nach Merkersignalen ab, wozu er das mit WA bezeichnete Programm verwendet Mit dem Befehl wfml) prüft er, ob to der ersten Steüe der ersten ZeSe des Bereiches M ein Merkers^na! eingetragen ist Ist dies nicht der Fail. fährt er anschließend den Befehl nfoiZ) aas and so fort MH dem Befehl wfraT) prüft er die siebte ZeBe. Dort ist das Merkersigna! eingetragen, so daß er aufgrund eines Sprungbefehls wßPWT) zu der Speicherzelle Wl springt, in der ein bestimmtes Unterprogramm ntn den Befehlen w\, w 2... beginnt Mit dem letzten Befeh w(m 71) wird das Merkersignal gelöscht und der Befeh w(rrß) ausgeführt. Der Wortprozessor wiederhol zyklisch die Abfrage des Speicherbereichs M nad S Merkcrsignalen. Über die jeweilige Stelle im Bereich M in welche die Merkersignale eingetragen sind, besteh eine Zuordnung der einzelnen Programmteile.

Da die Befehle nur in einem Speicher untergebrachi sind, kann entweder nur der Wortprozessor oder nui

ίο der Bitprozessor Zugriff zum Speicher haben. Vorteil haft werden vom Koordinator den beiden Prozessorer jeweils bestimmte Zeiten zugeordnet z. B. jeweils zwe Mikrosekunden. Dies bedeutet nicht daß der eine Prozessor, während der andere Zugriff hat stillsteht

■} Zum Beispiel kann der Wortprozessor, während dei Bitprozessor die Bitbefehle dem Speicher PSP ent nimmt einen Drucker oder einen Blattschreibei ansteuern oder einen Meßwert von einem Analog-Digi tal-Umsetzer empfangen.

*o Unabhängiger können die beiden Prozessoren arbeiten, wenn z. B. der Wortprozessor einen eigener Programmspeicher hat in dem die in F i g. 3 mit w bezeichneten Wortbefehle stehen. Der Wortprozessoi braucht dann nur zum Abfragen und zum Löschen der

z) Merkersignale in den gemeinsamen Speicher einzugrei fen. Es wird, was auch beim oben beschriebenen Programmablauf möglich ist dies nicht bitweise tun sondern er wird jeweils eine ganze Speicherzelle aus dem Bereich M abrufen und intern auf das Vorhanden-

jo sein von Merkersignalen prüfen.

In den bisher beschriebenen Beispielen sind die Wortbefehle entsprechend den Bitbefehlen codiert Dies hat wie schon erwähnt den Nachteil, daß vor Ausführung eines Wortbefehls dieser vom Wortprozes-

sor interpretiert werden muß. Es ist auch möglich, die Wortbefehle in einer dem Wortprozessor angepaßten Art zu codieren. Dies hat zwar den Nachteil, daß das Bedienungsprogramm sehr umfangreich wird, da es Merkersignale einfügen, zuordnen und verwalten muß, hat aber andererseits eine Verkürzung der Bearbeitungszeit der Wortbefehle zur Folge, da die Interpretationszeit der Befehle entfällt Auch in diesen Fällen können die Wort- und die Bitbefehle gemischt im Speicher oder gesonderten Speicherbereichen unterge-

bracht werden. Die Befehle können in der Reihenfolge des Programms eingegeben werden und automatisch mit Hilfe des Codierers in den getrennten Speicherbereichen abgelegt werdea Es ist selbstverständlich auch möglich, Wort- und Bitbefehle getrennt einzugeben und

in gesonderte Speicherbereiche einzuschreiben.

Anstelle der anhand von Fig.3 beschriebene}! Abfrage der Merkersignale ober die Sprnngiiste WA können die digitalen Programme bzw. Programmteile m der Weise aufgebaut sein, daS sie jeweäs nut emem

SS Befiehl zur Merkerabfrage beghmen and mit einem Befehl zum Löschen des Merkersignals enden. Danach wird die Adresse des nachfolgenden PrograsHBteüs ermittelt und, sofern das zugehörige Merleersignai gesetzt ist t oder, «esa das Merkersignal

«0 nicht gesetzt ist, die zugehörigen Wortbefehle fibersprüngen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung von Verfahrensabiäufen mit einem zentralen Steuerwerk, das Daten mit einem Informationsgehalt von mehreren Bit (Wörtern) sowie Daten mit einem Informationsgehalt von 1 Bit von peripheren Geräten empfängt, aufgrund eines in einem Programmspeicher enthaltenen Programms verarbeitet und an periphere >o Geräte sendet, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerwerk einen Won-(WP) und einen Bitprozessor (BP) umfaßt, von denen der Wortprozessor (WP) nur die Daten mit einem Informationsgehalt von mehreren Bit (Wörter) und der Bitprozessor (BP) nur die Daten mit einem Informationsgehalt von 1 Bit empfängt, verarbeitet und an die peripheren Geräte (WSP, STP, PRP, UER, BA) sendet, und daß ein Koordinierer (KOR) wechselweise dem Bitprozessor (BP) und dem Wortprozessor (WP) Zugriff zum Programmspeicher (PSP) gibt, der so aufgebaut ist, daß er Wortbefehle (w,) für den Wortprozessor (WP) und Bitbefehle (bjfür den Bitprozessor (BP) enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle (b_h w,) für die Prozessoren (BP. WP) gemischt in der Reihenfolge des Programmablaufs in die Speicherzellen des Programmspeichers (PSP)eingetragen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmspeicher so aufgebaut ist, daß die von den Prozessoren (WP, BP) auszuführenden Befehle (w„ b,) in nach den Prozessoren gesonderten Bereichen (B, W) des Programmspeichers (PSPJeingetragen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmspeicher so ausgebildet ist, daß einer der Prozessoren, vorzugsweise der Bitprozessor (BP), während der ihm zugeteilten Zugriffszeit zum Programmspeicher (PSP) die gespeicherten Befehle (w„ b,) liest, bei Vorliegen eines ihm zugeordneten Befehls (b,) diesen ausführt und hei Vorliegen eines von dem anderen Prozessor (WP) auszuführenden Befehls in dem diesem Prozessor zugeordneten Programmspeicherbereich (M) ein Merkersignal einschreibt, das in einer der folgenden, dem anderen Prozessor (WP) zugeteilten Zugriffszeiten von diesem abgefragt und ein dem Merkersignal zugeordnetes Unterprogramm ausgeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Länge von 1 Bit aufweisende Merkersignal in eine durch einen Befehl gegebene Stelle einer Speicherzelle des Programmspeicherbereiches (M) eingetragen wird und daß der den Speicherbereich (M) abfragende Prozessor (WP) aufgrund der Stelle, in die ein Merkersignal einget^ragen ist. ein bestimmtes Unterprogramm ausführt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ⁽⁾° dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinator (KOR) so ausgebildet ist, daß er jeweils dem Prozessor Zugriff zu dem Programmspeicher (PSP) gibt, der den jeweils zu bearbeitenden Befehl ausführen soll. ⁶S

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinator (KOR) so ausgebildet ist, daß er den Prozessoren

(BP. WP) zyklisch Zugriffszeiten zuteilt

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinator (KOR) so ausgebildet ist, daß die Zugriffszeiten konstant sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinator (KOR) so ausgebildet ist, daß die Zugriffszeiten gleich sind.