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Verfahren zur Steuerung von Prozessen mit einer zen-
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tralen Steuereinrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Steuerung von Prozessen mit einer zentralen Steuereinrichtung, die aus mehreren
mit gespeicherten Programmen arbeitenden Prozessoren besteht, welche ihre Anforderungen
von peripheren Einrichtungen erhalten und ihre Arbeitsergebnisse in gemeinsamen
zentralen und/oder dezentralen, den Prozessen und/oder den anfordernden Stellen
zugeordneten Speichern ablegen.
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Wenn Prozesse mit einer zentralen Steuereinrichtung gesteuert werden
sollen, so müssen die Entwicklungsingenieure sich Gedanken darüber machen, wie diese
wichtigen zentralen Anordnungen möglichst betriebssicher auszulegen sind. Mit zur
Betriebssicherheit gehört es, daß die zentrale Steuereinrichtung in der Lage ist,
alle von den peripheren Stellen kommenden Anforderungen ohne merklichen Zeitverzug
zu bearbeiten;denn zu große Zeitverzögerungen können ebenso wie eine Störung zu
Beeinträchtigungen des Betriebes führen.
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Aus Preisgründen war es in vergangener Zeit nicht möglich, komplette
Steuereinrichtungen mehrfach vorzusehen. Nachdem aber mittlerweile preiswerte Mikroprozessoren
erhältlich sind, können Betriebssicherheits-und Bearbeitungskapazitätsprobleme durch
den Einsatz von mehrfach angeordneten Prozessoren optimal gelöst werden.
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Dabei sind mehrere Möglichkeiten denkbar, wie es in einem Aufsatz
(1) Electronic Engineering July 1978", Seite -65 bis 67, beschrieben ist. Wie dort
in Fig.1 dargestellt ist, können mehrere Mikrocomputersysteme bestehend Jeweils
aus Mikroprozessor und eigenen Speichern zusammengeschaltet werden. Damit diese
verschiedenen Systeme zusammenarbeiten können, steht ihnen jeweils ein fest zugeordneter
Bereich in einem gemeinsamen Speicher zur Verfügung. Darin werden die für den jeweiligen
Prozessor bestimmten Daten von den anderen Prozessoren wie in einem Briefkasten
abgelegt. Diese Art der Zusammenschaltung wird in diesem Aufsatz als lose Kopplung
bezeichnet.
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Eine Alternative dazu wird als leichte Kopplung bezeichnet und ist
in den Fig.2 und 3 dargestellt.
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Hier haben die Prozessoren keine eigenen Speicher und arbeiten deshalb
mit gemeinsamen Programm-und Datenspeichern zusammen. Die Prozessoren müssen bei
dieser Art der Zusammenschaltung Jedoch häufig über den Datenbus zu den gemeinsamen
Speichern zugreifen, um ihre Programme abarbeiten zu können. Es ergibt sich also
für diesen gemeinsamen Weg eine sehr hohe Verkehrsbelastung, wodurch sich die Bearbeitungszeiten
verlängern können, wenn Engpässe auftreten.
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Mit dem leicht gekoppelten System, so wird weiter ausgesagt in diesem
Artikel (Seite 67, Spalte 1) lassen
sich zwei Strukturen verwirklichen.
Einmal können die Prozessoren so geartet sein, daß Jeder alle vorkommenden Prozesse
bearbeiten kann (symmetrische Struktur) oder es ist jedem Prozessor eine spezielle
Aufgabe fest zugewiesen (asymmetrische Struktur).
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Mikroprozessorsysteme mit mehreren Prozessoren sind außerdem beschrieben
in folgenden Aufsätzen: 2) Eine einfache Multimikroprozessoranordnung für den Einsatz
in Steuerwerken (Elektronische Rechenanlagen 20.Jahrgang, 1978, Heft 5) 3) Universelles
Multimikroprozessor-System (VDI-Nachrichten, Nr.13,14,15, 1979 erster bis dritter
Teil) In den hier erwähnten Literaturstellen arbeiten die Prozessoren entweder mit
individuell zugeordneten Speichern und haben dann Jeder für sich spezielle Aufgaben,
oder sie sind so programmiert, daß sie alle die gleichen-danniv8rkommenden-Prozeduren
abwickeln können und haben keine eigenen Speicher, sondern arbeiten über gemeinsame
Speicher zusammen. Dabei ist es notwendig, daß weitere Prozessoren (z.3.
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Bild 3 in (1), dort Cit4) den Verkehr der Prozessoren untereinander
regeln. Auch die Einteilung des gesamten Prozessorkonzeptes in mehrere Hierarchiestufen
wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, wie dies auf Bild 2 in (3) auf Seite 15 der
Ausgabe Nr.14 der VDI-Nachrichten 1979 angegeben ist.
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Um solche Anordnungen zu realisieren, bedarf es einer darauf aufgebauten
Gesamt-Software, die dann sehr verschiedenartig sein muß, und den Aufgaben eines
jeden Prozessors zu entsprechen hat. Es müssen also für jeden Prozessor individuelle
Programme vorhanden sein oder es müssen bei Anwendung der symmetrischen Struktur
zusätzliche Programme für die
übergeordneten Prozessoren erstellt
werden.
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Ausgehend von einer aus mehreren Prozessoren bestehenden zentralen
Steuereinrichtung ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, das
in einfacher Weise und mit einheitlich verlaufenden Prozeduren arbeiten kann, keine
übergeordneten Prozessoren benötigt und den Zugriff zu den über gemeinsame Datenleitungen
erreichbaren zentralen Speicher auf ein Minimum reduziert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Prozessoren gleichberechtigt
alle vorkommenden Arten von Prozessen bearbeiten können und diese von einem Anreizzuordner
entsprechend einer gleichmäßigen Lastverteilung zugeteilt bekommen, daß Jedem Prozessor
eigene Programm-und Arbeitsspeicher zugeordnet sind, in denen Programme gespeichert
sind sowie temporäre Prozessdaten und Zwischen#ebnisse abgelegt werden können, und
daß alle Prozessoren außerdem zu einem zentralen Speicher Zugang haben, indem sie
prozessoriens tiert und/oder den anfordernden Stellen zugeordnet neben den Arbeitsergebnissen
ihre eigene Kennzeichnung ablegen.
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Der mit der Erfindung erreichte Vorteil besteht darin, daß nur ein
einziges Programm, das in die den Prozessoren zugeordneten Speicher einladbar ist,
erstellt werden muß. Da infolgedessen der Anreizzuordner lediglich die Auswahl eines
freien Prozessors vornehmen oder einen Prozessor gezielt ansteuern muß, ist dafür
nicht unbedingt ein besonderer Prozessor erforderlich, sondern es genügt eine einfache
Logikanordnung. Die gleichberechtigt arbeitenden Prozessoren können in ihrer Stückzahl
Jederzeit an die Anforderungen der die Anreize verursachenden peripheren Einrich-
tungen
angepaßt werden. So ist es beispielsweise leicht möglich, durch Hinzufügen weiterer
Prozessorbaugruppen den steigenden Steuerungsbedarf einer zu erweiternden Fernmeldevermittlung
abzudecken. Beim Ausfall eines einzelnen Prozessors ist damit nicht zwangsläufig
ein Ausfall der gesamten Steuerungseinrichtung verbunden, sondern lediglich ein
entsprechender Leistungsabfall zu erwarten, der-wie Eingangs beschrieben-zu einer
geringen Erhöhung des Zeitverzuges führen kann, ohne daß betriebliche Beeinträchtigungen
spürbar werden.
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Durch entsprechende Weiterbildungen der Erfindung ist es möglich,
bestimmte Vorgänge den Prozessoren zuzuweisen, die bereits mit diesen Prozeduren
befaßt waren und weitere Prozessoren zu beteiligen, wenn sich herausstellt, daß
ein Vorgang in einen bereits bearbeiteten Prozeß eingreift oder diesen beeinflussen
könnte.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist dargestellt, wie ein Anreizzuordner
AZ über ein Datenbussystem DB mit den Mikroprozessoren P1 bis Pn verbunden ist.
Jeder dieser Mikroprozessoren hat eigene Programm-und Arbeitsspeicher PAS1 bis PASn.
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An das Datenbussystem ist außerdem der zentrale Speicher ZS angeschlossen,
der die Arbeitsergebnisse der Prozessoren den Prozessen oder den anfordernden Stellen
zugeordnet speichert.
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Die Anreize von den peripheren Geräten gelangen über die Eingangsleitungen
E zum Anreizzuordner AZ. Diese Leitungen können individuell jedem peripheren Gerät
zugeordnet sein, oder von vorgeschalteten zeitmultiplex arbeitenden Abtasteinrichtungen
bedient werden.
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Beim Vorliegen eines Anreizes wird immer die Adresse des den Anreiz
verursachenden Gerätes mitgeliefert.
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Der Anreizzuordner prüft durch Ansteuerung eines Speicherbereiches
im zentralen Speicher ZS, ob bei der Adresse des anreizenden peripheren Gerätes
bereits eine Kennzeichnung von einem Mikrocomputer vorliegt. Ist dies der Fall,
so werden alle mit diesem Anreiz verbundenen Eingangsdaten dem betreffenden Mikrocomputer
zugeteilt, weil dieser bereits einen vorhergehenden Anreiz desselben peripheren
Gerätes bearbeitet hat und deshalb unter Umständen aktuelle auf dieses periphere
Gerät bezogene Daten in seinem Programm-und Arbeitsspeicher abgelegt hat. Jeder
Mikrocomputer enthält zu diesem Zweck einige Eingaberegister, die er in bekannter
Weise per Programm ausliest und daraufhin entsprechende Programme startet.
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Auf diese Weise könnte auch eine feste Zuordnung von peripheren Geräten
zu einem bestimmten Mikrocomputer erreicht werden, wenn eine solche Abweichung von
der universellen Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung besondere Vorteile bringt.
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Wenn der Anreizzuordner beim Ansteuern der einem anfordenden Gerät
zugeordneten Speicherzelle keine Kennzeichnung vorfindet, so wird die Bearbeitung
des betreffenden Prozesses einem beliebigen Mikrocomputer zugewiesen. Mit einem
im Anreizzuordner befindlichen Zählregister kann dabei Jede Zuweisung zu einem anderen
Mikrocomputer in zyklischem Umlauf gesteuert werden. Dabei kann Jeder Mikrocomputer
sich gegen eine wahlfreie Zuweisung von Aufträgen sperren, wenn nicht sein Arbeitsspeicher
PAS mit nochvfertig bearbeiteten oder noch andauernden zu überwachenden Prozessen
zu stark belegt ist.
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Je nach dem um welche Prozesse es sich handelt, werden nach Beendigung
eines vollständigen Programmlaufes End-oder Zwischenergebnisse in den am zentralen
Datenbussystem DB angeschlossenen zentralen Speicher ZS abgelegt. Dabei gibt der
jeweils beteiligte Mikropomputer seine eigene Kennzeichnung mit ein.
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Falls von einem der so gekennzeichneten peripheren Geräte oder Einrichtungen
ein weiterer Anreiz kommt, wird dieser wie bereits erwähnt, von dem gleichen Mikrocomputer
bearbeitet, der bereits vorherige Prozesse bearbeitet hat und deshalb unter Umständen
zusätzliche Daten zu diesen Vorgängen in seinem Arbeitsspeicher aufgenommen hat.
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Da alle Mikrocomputer die gleiche Ausführung haben und die gleichen
Programme bearbeiten könnenlist sowohl eine freie Auswahl der Mikrocomputer als
auch eine gezielte Zuteilung von Anforderungen zu einem bestimmten Mikrocomputer
möglich, wodurch dieses Konzept für vielerlei Anwendungen geeignet ist. Die einzelnen
Mikrocomputer können unabhängig voneinander zeitlich parallel arbeiten und benötigen
nur seltene kurzzeitige Zugriffe über das gemeinsame Datenbussystem. Dadurch läßt
sich eine sehr hohe, anpassungsfähige Prozessorleistung erzielen.
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