DE3223678A1

DE3223678A1 - Schaltungsanordnung zur maximalen auslastung von recheneinheiten bei zeitscheibengesteuerter mehrprogrammbearbeitung

Info

Publication number: DE3223678A1
Application number: DE19823223678
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Ebert; Ruediger Dipl Ing Haufert; Wolfgang Dipl Ing Hoffmann; Joerg Dipl Ing Hofmann; Bernd Dipl Ing Hunger; Harald Dr Ing Kessler
Original assignee: VEB NUMERIK >>KARL MARX<< KARL-MARX-STADT; NUMERIK KARL MARX VEB
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DD209367A3; DE3223678C2; HU193521B

Description

Schaltungsanordnung zur maximalen Auslastung von Rechenein
heiten bei zeitscheibengesteuerter Mehrprogrammbearbeitung 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 Werkzeuge maschinen oder bei rechnergesteuerten Prozessen zu bearbeiten.
Es ist bekannt, zur dynamischen Zuteilung von Rechenzeit für mehrere im Zeitteilbetrieb mittels Zeitscheiben bearbeitete Aufgaben oder Programme eine Schaltungsanordnung zu verwenden, 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 Maskierungsschaltung mit den Verzweigungen angebenden Anforç derungssignalen 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 aber beispielsweise bei der numerischen Steuerung von Be- und Verarbei#tungsmaschinen und bei Prozeßsteuerungen unter Echtzeitbedingungen. Dadurch ist keine maximale Auslastung der jeder Recheneinheit zur Verfügung stehenden Zeit möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für eine im Echtzeitbetrieb arbeitende Recheneinheit mit Zeitscheibensteuerung zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme durch verschiedene Baugruppen zu schaffen, die eine von aktuellen Programmzuständen abhängige, dynamische Zuteilung von Rechenzeit zuläßt.
Erfindunggemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Echtzeitsystemsteuerung zur folgerichtigen Zuteilung der Zeitscheiben mit den Baugruppen verbunden ist, die einen Prioritätsvergleicher beinhaltet, der zur Umschaltung der Recheneinheit, nach einem konstanten Zeitabschnitt innerL halb jeder Zeitscheibe, auf die prioritätshächste Baugruppe, mit allen Baugruppen verbunden ist.
Jede der vorgesehenen Baugruppen bearbeitet innerhalb eines Bearbeitungsumlaufes eine ihr ubertragene Aufgabe oder ein ihr übertragenes Programm, wofür jeweils eine bestimmte Zeit# scheibe vorgesehen ist, die für die einzelnen Baugruppen unterschiedlich sein kann. Innerhalb jeder Zeitscheibe wird eine festgesetzte Mindestdauer an der betreffenden Aufgabe gearbeitet und dann infolge eines Interruptsignals der Prioritätsvergleich durchgeführt, mit dessen Ergebnis eine Umschaltung für den Zeitscheibenrest auf ein drigender zu bearbeitendes Programm oder die routinemäßige Weiterbear,-; beitung des begonnenen Programms bis zur nächsten Unter' brechung veranlaßt wird.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung ist das Blockschaltbild dargestellt.
Der Taktausgang einer Echtzeituhr CP ist auf vier jeweils ein gesondertes Programm oder ein Teilprogramm bearbeitende Baugruppen PR 1 bis PR 4 geführt. Die Echtzeituhr CP ist über einen zusätzlichen Ausgang, über den ein Interruptsignal ausgegeben wird, mit einer Echtzeitsystemsteuerung EZS verc bunden. Die Echtzeitsystemsteuerung EZS besteht 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 ebenso viele Ausgänge auf, die über die Umschalteinrichtung U su rUck auf die Baugruppen PR 1 bis PR 4 geführt sind. Zur Synchronisation der Echtzeitsystemsteuerung EZS mit den Baugruppen PR 1 bis PR 4 bei Datenaustausch mit peripheren Geräten ist die Echtzeitsystemsteuerung EZS mit einer Ein-/ Ausgabeeinheit E/A, die an die Ausgänge der Baugruppen PR 1 bis PR 4 angeschlossen ist, verbunden. Eine zentrale Recheneinheit RE ist wahlweise mit allen Baugruppen PR 1 bis PR 4 verbindbar.
Die Echtzeituhr CP beaufschlagt die Echtzeitsystemsteuerung 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 Dauer, ausgenutzt. In dieser Zeit wird ein speicherfähiges Zwischenergebnis erzielt. Danach wird, ausgelöst von einem Interrupt, von der Echtzeitsystemsteuerung EZS geprüft, ob das von einer anderen Baugruppe PR 2 bis PR 4 zu 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 umgeschaltet, das dann für den Rest der Zeitscheibe bearbeitet wird. Danach wird die Recheneinheit RE, entsprechend der Reihenfolge in der festliegenden Prioritätskette an die zweite Baugruppe PR 2 angeschlossen und in gleicher Weise verfahren.
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 PR 1 bis PR 4 zur Recheneinheit RE 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 1 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 1bis PR 4 zu bearbeir tende 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 geringe Gesamtbearbeitungszeit erfordert, zuzuteilen.

Claims

Patentanspruch Schaltungsanordnung zur maximalen Auslastung einer im Echt zeitbetrieb arbeitenden Recheneinheit zur zeitscheibengesteuerten, simultanen Bearbeitung mehrerer Aufgaben oder Programme mit dynamisch wechselnder Priorität, deren Bear beitung nach einer jeweils spezifischen Maximalzeit been' det sein muß, durch voneinander unabhängige, zu einer Prioritätskette zusammengeschalteter Baugruppen, insbesondere für Steuerungen von Be- und Verarbeitungsmaschinen, gekennt zeichnet dadurch, daß eine Echtzeitsystemsteuerung (EZS) mit allen Baugruppen (PR 1 bis PR 4) verbunden ist, die einen Prioritätsvergleicher (PrV) beinhaltet, der Ueber eine Umschalteinrichtung (U) mit allen Baugruppen (PR 1 bis PR 4), zur Aktivierung und zum Anschluß der jeweils prioritätshöchsten Baugruppe mit der Recheneinheit (RE) verbunden ist.