DE2522343C3

DE2522343C3 - Anordnung zur Steuerung Von Verfahrensabläufen

Info

Publication number: DE2522343C3
Application number: DE19752522343
Authority: DE
Inventors: Dieter 8500 Nuernberg Engelhard; Klaus-Dieter 8520 Erlangen Herhold; Joannis Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Papatolis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-05-20
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2522343B2; FR2312061B3; FR2312061A1; DE2522343A1

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-Zeitschriit 1974, Seite 657, ist ein freiprogrammierbares Steuersystem bekannt, das binär arbeitet, d. h., bei dem die an die Peripherie abgegebenen 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 Eingabe ihr?r 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 mil ihnen die Ausführung von Befehlen für digitale Funktionen, z. B. digitale Steuerungen, Protokollieraufgaben, Meßwerterfassen, wenn überhaupt, nur in beschränktem Umfange 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.

Eine weitere wortweise arbeitende Datenverarbeitungsanlage ist in der DE-OS 23 50 871 beschrieben. Diese enthält eine Recheneinheit, an welche ein Speicher und eine periphere Einheit angeschlossen sind, welche die Befehle decodiert und je nach Befehl eine von mehreren auf die Bearbeitung spezieller Befehle ausgelegte Einheiten ansteuert und von dieser den Befehl ausführen läßt. Die in der DE-OS 17 74 640 beschriebene Datenverarbeitungsmaschine weist Bausteine auf, die parallel an Sammelleitungen angeschlossen sind, die aber keine selbständige Bearbeitung von unterschiedlichen Befehlstypen zulassen. Eine weitere wortweise arbeitende Datenverarbeitungsanlage ist aus der DE-AS 14 99 288 bekanntgeworden. Diese enthält zwar mehrere selbständig arbeitende Datenverarbeitungseinheiten, diese sind aber unter sich im wesentlichen gleich.

In der Zeitschrift »Regelungstechnische 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

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Pigitalvorsätze, die im wesentlichen Parailel-Serien- aber auch in getrennten Speicherbereichen unterge-

wandler sind, zugeführt werden, oder nur einen bracht werden.

Wortprozessor, der mit Hilfe eines speziellen Unterpro- Es brauchen nicht die vollständigen Programme im

gramms Bitbefehle versteht und verarbeiten kann. Die Speicher enthalten sein, es genügt, daß Kennzeichen für

einen Steueranordnungen haben die Vor- und Nachteile 5 bestimmte Unterprogramme enthalten sind, die in

der binären Arbeitsweise, die anderen die der digitalen weiteren, den einzelnen Prozessoren zugeordneten

Arbeitsweise. Der vorliegenden Erfindung liegt die Speichern abgelegt sind. Nach Auftreten eines solchen

Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche Kennzeichens im Programm bearbeitet der angespro-

die Vorteile der binär arbeitenden Datenverarbeitungs- chene Prozessor das zugehörige Unterprogramm,

anlagen und die der digital arbeitenden gleichzeitig io Von den Prozessoren hat jeweils nur einer Zugriff

aufweist. zum Speicher. Im einfachsten Fall sind die Zugriffszeiten

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, gleich und konstant. Man kann auch den einzelnen daß das Steuerwerk einen Wort-und einen Bitprozessor Prozessoren unterschiedliche, ihren Arbeitszeiten entumfaßt, von denen der Wortprozessor nur die Daten mit sprechende Zugriffszeiten zuordnen. Ferner können einem Informationsgehalt von mehreren Bit (Wörter) 15 sich während des Programmablaufs die Zeiten ändern, und der Bitprozessor nur die Daten mit einem Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, einem Prozessor erst Informationsgehalt von 1 Bit empfängt, verarbeitet und dann Zugriff zum Speicher zu geben, wenn er selbst an die peripheren Geräte sendet, und daß ein bestimmte Aufgaben intern erledigt hat oder wenn ein Koordinierer wechselweise dem Bitprozessor und dem anderer Prozessor ein im gemeinsamen Speicher Wortprozessor Zugriff zum Programmspeicher gibt, der *o enthaltenes Unterprogramm abgeschlossen hat.
so aufgebaut ist, daß er Wortbefehle für den Anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele Wortprozessor und Bitbefehle für den Bitprozessor der Erfindung gezeigt sind, werden im folgenden die enthält. Erfindung sowie weitere Ergänzungen und Vorteile

Die Prozessoren sind also über den Programmspei- näher beschrieben und erläutert.

eher gekoppelt, der für alle Prozessoren einer. 25 F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsgemeinsamen Verständigungsbereich darstellt. Zwi- beispiels der Erfindung; in den

sehen den Prozessoren besteht eine programmtechnisch F i g. 2 und 3 ist die Anordnung von Befehlen im

klare Trennung, und die einzelnen Prozessoren können Speicher veranschaulicht,

weitgehend zeitlich unabhängig voneinander arbeiten. In Fig. 1 ist mit WP der Wortprozessor einer

Im Speicher sind Befehle für den Bitprozessor und 3° digitalen Datenverarbeitungsanlage bezeichnet, der den Worlprozessor enthalten. Mit dem bitweise über Digitalschnittslellen DSmit üblichen Peripheriegearbeitenden Teil der Anordnung werden solche raten für Prozeßrechner, das sind die Standürd-Periphe-Funktionen ausgeführt, für die nur eine Information von rie STP, wie Blattschreiber, Sichtgeräte. Bandspeicher 1 Bit übertragen werden muß. Digitale Funktionen usw.. die Prozeß-Peripherie PRP. wie Multiplexer, werden von dein den Wortprozessor enthaltenden Teil js Digital- und Analogein- und -ausgabe und ggf. ein der Anordnung durchgeführt. In diesem Bereich werden weiterer Rechner LJER, der z.B. ein übergeordneter also Informationen für die Funktionen von mehreren Bit Rechner sein kann, angeschlossen ist. Im Ausführungsübcrlragen. Entsprechend können die Befehle zur beispiel ist nur eine Digitalschnittstelle DS gezeichnet Ausführung der erstgenannten Funktion so codiert sein, an die wie an eine Sammelleitung der Wortprüzessor, daß sie vom Bitprozessor interpretiert und ihre 40 die Peripheriegeräte usw. angeschlossen sind. Ferner Ausführung von diesem veranlaßt werden kann. Auf sind mit der Digitalschnittstelle ein Programmspeicher diese Weise kann die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des PSP und ein Koordinierer KOR verbunden. Letzterer Bitprozessors ausgerützt werden, da keine Umcodie- arbeitet mit einem Bitprozessor SPzusammen, der über rungen erforderlich sind. eine Bit-Schniastelle ßSmit den Einheiten eines binären

Eine solche Anlage hat den Vorteil, daß eine bitweise 45 Steuersystems verbunden ist. Diese Einheiten sind z. B.

arbeitende Anlage durch die peripheren Geräte eines solche für die binäre Eingabe BE oder die binäre

wortweise arbeitenden Digitalrechners ergänzt wird. Ausgabe BA oder ein Speicher BSP für binäre Signale.

Betriebssysteme und Standardprogramme des Rechners Über diese Schnittstellen können nur Informationen

können übernommen werden. Mit dem Wortprozessor von jeweils I Bit übertragen werden. Während bei der

können beliebige und komplexe Aufgaben gelöst .so Digital-Schnittstelle DS außer den Adressen der

werden; auch ist die Kopplung zu übergeordneten angesprochenen oder sich meldenden peripheren

Rechnern leicht möglich. Zwischen binärer und digitaler Geräte Daten, z.B. Meßwerte, übertragen werden, ist

Steuerung besteht eine programmtechnisch klare die Aufschaltung einer Adresse auf die Binar-Schnitt-

Trennung und der Bit- und Wortprozessor können stelle BSselbst eine Information, d. h. die Einheit mit der

zeitlich unabhängig voneinander arbeiten. 55 auf der Binär-Schnittstelle BS liegenden Adresse hat

Die Befehle für die digitalen Funktionen können in eine bestimmte Funktion auszuüben. Gibt eine Einheit

entsprechender Weise wie die für den Bitprozessor ihre Adresse auf die Bit-Schnittstelle, so bedeutet dies

codiert sein, was den Nachteil hat, dnß bei der eine bestimmte Meldung. Es ist einzusehen, daß ein

Ausführung der Befehle eine Umcodierung in die Befehl über die Bit-Schnittstelle ÖS weit schneller

Sprache des Wortprozessors erforderlich ist. Will man 60 abgewickelt werden kann als über die Digital-Schnitt-

dies vermeiden, müssen die Befehle für den Wortprozes- stelle DS. Man wird daher, soweit wie möglich,

sor in einer diesem angepaßten Weise codiert werden. Steuerbefehle und Meldungen über die Bit-Schnittstelle

Unabhängig von der Codierung ist zwischen Bit- und mit Hilfe des Bitprozessors BPabwickeln. Wird dies zu

Wortbefehlen zu unterscheiden, also zwischen den aufwendig, z. B. beim Drucken von Protokollen,

Befehlen, die der Bitprozessor und denen, die der 65 Ansteuern von digitalen Ausgaben und dergleichen,

Wortprozessor ausführt. Diese Befehle können im verwendet man den Wortprozessor WPund die diesem

Speicher gemischt in der Reihenfolge, in der sie angepaßten digitalen, peripheren Geräte. Zweckmäßig

abgearbeitet werden sollen, abgelegt sein, sie können sind die Wortläneen des Bit- und des Wortnrozessnrs

gleich. In einem Wortspeicher WSP werden Daten für den Wortprozessor IVPund in einem Bitspeicher Daten für den Bitprozessor abgespeichert.

Das Arbeitsprogramm ist im Programmspeicher PSP abgelegt. Der Koordic'.-icr KOR gibt wechselweise dem uiuvozessor BP und dem WorlDrozes^or WP Zi'2^riff/uiii Speicher. Auüerdem kann er die Signale des binären Teils der Anlage an die des digitalen Teils und iimgekciiii anpassen. Der Bitprozessor braucht nicht unbedingt über den Koordinator KOR mit der Digitai-Sclinittstelle DS verbunden zu sein; er kann auch unrniuelbar auf die Digital-Schnittsteile arbeiten, wobei er lioer die Digital-Schnittstelle den Zugriff zum Speicher steuert.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten 1$ der Niederiegung 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 niedcgelegt ist. Es werden die Bitbefehle, die vom to Bitprozessor ausgeführt werden, mit b, und die vom Wortprozessor VWauszuführenden Wortbefehle mit w, bezeichnet.

Nach Fig. 2 sind die digitalen Programmteile n·· 1... η·4 und die binären Programmteile 61... 64 gemisch! 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 jo 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 Fig. 2 arbeitet der Bitprozessor zunächst die Bitbefehle b\ 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 Wortbefehie w\...wA abarbeitet. Danach weist der Koordinierer dem Bitprozessor die Weiterbearbeitung des Programms mit den Befehlen 63 und b4 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. Änderungen des Programms sind einfach durchzuführen.

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

Der Bitprozessor bearbeitet nacheinander die Befehle b 1 und b2. Der Befehl b(m7s)besagt, daß, wenn der Befehl ft 2 zu einem bestimmten Ergebnis führt, ein Merkersignal 7 gesetzt werden soli. 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 6 3, b4 usw. bis zum Prc'frammende b(pc) ausführen. Der vVoripro/.essor fragt währenddessen den Bereich M nach Merkersiennlen ao. wo/n er das mit WA bezeichnete P-ogr;rnir verwendet. Mit dein Befehl w(m\) prüft er, üb in der ersten Stelle der ersten Zelle des Bereiches M ein Merkersignal eingetragen ist. lsi dies nicht der Fall, tührt ei anschließend den Befehl H','ir>2) aus und so fort. Mit dem Befehl w(m7) prüft er die siebie Zelle. Dort ist das Mcrk-vsignal eingetragen, so daß er aufgrund eines Sprungbefehls w(SPWl) zu der Speicherzelle Wl spring;, in der ein bestimmtes Unterprogramm mit den Befehlen ivi. w 2... beginnt. Mit dem letzten Befehl w(m7l) wird da* Merkersignal gelöscht und der Befehl w(mS) ausgeführt. Der Wortprozessor wiederholt zyklisch die Abfrage des Speicherbereichs M nach Merkersignalen. Über die jeweilige Stelle im Bereich M, in welche die Merkersignale eingetragen sind, besteht eine Zuordnung der einzelnen Programmteile.

Da die Befehle nur in einem Speicher untergebracht sind, kann entweder nur der Wortprozessor oder nur der Bitprozessor Zugriff zum Speicher haben. Vorteilhaft werden vom Koordinator den beiden Prozessoren jeweils bestimmte Zeiten zugeordnet, z. B. jeweils zwei Mikrosekunden. Dies bedeutet nicht, daß der eine Prozessor, während der andere Zugriff hat, stillsteht. Zum Beispiel kann der Wortprozessor, während der Bitprozessor die Bitbefehle dem Speicher PSP entnimmt, einen Drucker oder einen Blattschreiber ansteuern oder einen Meßwert von einem Analog-Digital-Umsetzer empfangen.

Unabhängiger können die beiden Prozessoren arbeiten, wenn z. B. der Wortprozessor einen eigenen Programmspeicher hat, in dem die in Fig. 3 mit w, bezeichneten Wortbefehle stehen. Der Wortprozessor braucht dann nur zum Abfragen und zum Löschen der Merkersignale in den gemeinsamen Speicher einzugreifen. Es wird, was auch beim oben beschriebenen Programmablauf möglich ist, dies nicht bitweise tun. sondern er wird jeweils eine ganze Speicherzeile aus dem Bereich M abrufen und intern auf das Vorhandensein 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 Wortprozessor 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 Wortbefehie zur Folge, da die Interpretationszeit der Befehle entfällt. Auch in diesen Fällen können die Wort- und die Bitbefehle gemischt im Speicher oder gesonderten Speicherbereichen untergebracht werden. Die Befehle können in der Reihenfolge des Programms eingegeben werden und automatisch mit Hilfe des Codierers in den getrennten Speicherbereichen abgelegt werden. Es ist selbstverständlich auch möglich. Wort- und Bitbefehle getrennt einzugeben und in gesonderte Speicherbereiche einzuschreiben.

Anstelle der anhand von F i g. 3 beschriebenen Abfrage der Merkersignale über die Sprungliste WA können die digitalen Programme bzw. Programmteile in der Weise aufgebaut sein, daß sie jeweils mit einem Befehl zur Merkerabfrage beginnen und mit einem Befehl zum Löschen des Merkersignals enden. Danach wird die Adresse des nachfolgenden Programmteils

ermittelt und, sofern das zugehörige Merkersigna! gesetzt ist. abgearbeitet oder, wenn das Merkersignal nicht gesetzt im, die zugehörigen Wortbetehie übersprungen

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung von Verfahrensabläufen 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 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 is Bitprozessor (BP) nur die Daten mit einem Informationsgehalt von 1 Bit empfängt, verarbeitet und an die peripheren Geräte (WSP, STP, PRP, UtR, 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(b,)für den Bitprozessor (ß/^ enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle (bi, 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 fPSAVeingetragen 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 (wj, b,) liest, bei Vorliegen eines ihm zugeordneten Befehls (bi) diesen ausführt und bei 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 eingetragen 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.

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

(BP, Wf^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.