DE3718639A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von zwei oder mehr mikroprozessoren im parallelbetrieb, insbesondere in speicherprogrammierbare steuerungen - Google Patents
Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von zwei oder mehr mikroprozessoren im parallelbetrieb, insbesondere in speicherprogrammierbare steuerungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Verfahren und die Schaltungsanordnung zum
Betreiben von zwei oder mehr Mikroprozessoren im Parallelbetrieb, ins
besondere in speicherprogrammierbaren Steuerungen, wobei der Funk
tionsablauf durch ein Anwenderprogramm bestimmt wird und die An
weisungen an das programmierbare Speichermedium aus den Logikfunktio
nen und der Parametrierung von Funktionsbausteinen bestehen.
Die speicherprogrammierbaren Steuerungen nach dem Stand der Technik
arbeiten das Anwenderprogramm zyklisch ab. Diese zyklische Abarbeitung
wird in der Regel von einer Zentraleinheit durchgeführt. Das Abbilden
der physikalischen Ein- und Ausgänge wird neben einigen anderen Funk
tionen im Systemteil des Programmzyklusses durchgeführt. Datenübertra
gungen und die Verarbeitung von Funktionsbausteinen geschieht je nach
Architektur ebenfalls im Systemteil oder während des Programmablaufs
des Anwenderteils. Gleichgültig welche Struktur zugrunde liegt, erfordert
der Bausteinaufruf oder die Systemverarbeitung eine zusätzliche Verar
beitungszeit der benutzten Zentraleinheit.
Hinzu kommen weitere Nachteile des bisher bekannten Verfahrens, die
darin bestehen, daß die Zykluszeit des Gesamtprogrammzyklusses durch
Programmsprünge, Abarbeitung von Unterprogrammen und unterschiedli
cher Bausteinaktivierung ständigen Schwankungen unterworfen ist,
wodurch eine Zustandserfassung von Merkern, Bausteinein- und ausgängen
oder peripheren Ein- und Ausgängen teilweise falsche Werte liefert und
ein synchroner, dynamischer Funktionsablauf z.B. bei Posi
tioniersteuerungen schwer realisierbar ist. Bekannt ist auch das Multipro
zessorkonzept mit verteilter Intelligenz zur Lösung komplexer Steue
rungsaufgaben.
Dieses Konzept, vorgestellt in der Fachzeitschrift "Elektronik" Heft
6/25.3.1983, S. 105-108, benutzt das Mehrprozessorsystem zur besseren
Überschaubarkeit und Transparenz für jeden Teilbereich des logischen
Programmaufbaus. Auch hierbei ist es für wesentliche Steueraufgaben
von Nachteil, daß eine konstante Zykluszeit nicht erreicht werden kann,
da zusätzliche Verarbeitungszeit durch den großen Aufwand der allgemei
nenen Managementaufgaben, wie z.B. Verteilung der Intelligenz und der
Aktivitäten, Synchronisation, Bausteinaufruf und Austausch von Parame
tern notwendig wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Parallelbetrieb von zwei
oder mehr Zentraleinheiten in speicherprogrammierbaren Steuerungen
dahingehend zu verbessern, daß die oben angeführten Nachteile bekannter
Steuerungssysteme vermieden werden und somit eine kürzere und absolut
konstante Zykluszeit erreicht wird. Dadurch wird ohne weitere Maßnah
men, z.B. Watch-Dog, ein hohes Maß an Funktionssicherheit gewährleistet
und die Struktur des Verarbeitungsprogramms kompakt und überschaubar.
Diese an die Erfindung gestellte Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch
gelöst, daß eine vollständige Aufgabentrennung des Peripherie- und Bau
steinprozessors und des Logikprozessors vorliegt, indem der Peripherie
und Bausteinprozessor die Funktionsbausteine nach Vorschrift des Bau
steindirectorys und nach den Angaben des Logikprozessors über die Para
meter und Merkerabbilder der Funktionsbausteine im Speicher abgelegt.
Weiter vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü
chen 2 bis 9 gekennzeichnet, wobei es nach Anspruch 2 von besonderem
Vorteil ist, daß der Peripherie- und Bausteinprozessor und der Logikpro
zessor auf ein gemeinsames Speichermedium zugreifen und, daß, nach
Anspruch 3, der Inhalt der Speicherteile 3 A und 3 B des
Speichermediums 3 jeweils am Ende eines Systemzyklusses ausgetauscht
wird. Vorteilhaft ist ebenso, daß, nach Anspruch 4, der Peripherie- und
Bausteinprozessor durch Maskenprogrammierung oder durch externe Spei
chermedien in seiner Funktionsweise festgelegt ist und, daß, nach An
spruch 5, der Logikprozessor das Anwenderprogramm verarbeitet und
somit der programmierbare Teil der Intelligenz ist.
Zweckmäßig ist es, daß, nach Anspruch 6, der Logikprozessor zu Beginn
der Verarbeitung dem Peripherie- und Bausteinprozessor alle notwendigen
Daten, wie Bausteintyp, Bausteinparameter und maximale Zykluszeit,
mitteilt.
Von besonderem Vorteil ist es auch, daß nach Anspruch 7 der Peripherie
und Bausteinprozessor durch die Angaben der maximalen Zykluszeit und
auch durch Übergabe von Parametern eine Funktionsüberwachung des
Logikprozessors durchführt und, daß, nach Anspruch 8, der Logikprozessor
die Bausteinfunktionen des Peripherie- und Bausteinprozessors überwacht.
Zweckmäßigerweise erfolgt, nach Anspruch 9, die Zustandserfassung der
peripheren Ein- und Ausgänge, der Bausteinein- und ausgänge sowie der
Merker im Systemteil.
Die vorgestellte Erfindung beruht auf einer wesentlichen Änderung der
Verarbeitung innerhalb der speicherprogrammierbaren Steuerung. Dabei
werden zwei Zentraleinheiten eingesetzt, die eine vollständige Aufgaben
trennung durchführen. Beide Prozessoren arbeiten im Parallelbetrieb und
kommunizieren über ein gemeinsames Speichermedium, dessen Inhalt am
Ende eines Systemzyklusses ausgetauscht wird. Da sich beide Prozessoren
gegenseitig überwachen, wird auch ohne weitere Maßnahmen (z.B.
Watch-Dog) ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet.
Die Zeichnung und die sich auf die Zeichnung beziehende Beschreibung
verdeutlicht das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren und anhand
beispielhafter Prinzipschaltbilder die Schaltungsanordnung zur Reali
sierung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung mit den notwendigen
Softwareblöcken zur Funktionsweise nach dem beschriebenen Pa
rallelbetrieb.
Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel zur beispielhaften Darstellung der Aufgaben
verteilung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 3 das Programm und die Aufgabenverteilung der Prozessoren des in
Fig. 2 dargestellten Schaltungsbeispiels.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des zeitlichen Verhaltens
einer nach der Erfindung ausgeführten speicherprogrammierbaren
Steuerung.
Fig. 5 zeigt das zeitliche Verhalten des Logikprozessors und des PB -
Prozessors bei unterschiedlicher Bearbeitungszeit beider
Prozessoren.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung mit den notwen
digen Softwarteblöcken 16, 17, 18 zur Funktionsweise nach dem beschrie
benen Parallelbetrieb dargestellt.
Der Peripherie- und Bausteinprozessor 1, im folgenden als PB-Prozessor
bezeichnet, beginnt nach dem Systemstart mit dem Einlesen der physika
lischen Eingänge 4 und transferiert eventuelle dezentrale Eingänge 6 in
den Speicherbereich der Peripherieabbilder 7 des gemeinsamen Spei
chermediums 3. Der Logikprozessor 2 legt, gemäß des Anwenderspei
chers 15, die Anzahl und die Funktionsweise der benutzen Funktionsbau
steine 17 im Bausteindirectory 13 für den PB-Prozessor 1 ab. Die
Merkerzustände gelangen ebenfalls vom Logikprozessor 2 in ein vom
PB-Prozessor 1 adressierbares RAM 12. Nach dieser Grundinitialisierung
beginnen beide Prozessoren 1, 2 gleichzeitig mit der Verarbeitung des
Programms. Der Logikprozessor 2 beschränkt sich dabei lediglich auf die
reine Logikverarbeitung des im Speicherbereich 15 eingegebenen Anwen
derprogramms. Der PB-Prozessor 1 bearbeitet die Funktionsbausteine 17
nach der vom Logikprozessor 2 vorgegebenen Vorschrift des Bausteindi
rectorys 13 und nach den Angaben der Parameter und Merkerabbilder 11.
Während der Verarbeitung der Funktionsbausteine 17 werden damit
sukzessive die Bausteinausgänge erzeugt und im Speicherbereich 9 des
Speichermediums 3 abgelegt. Dieser Speicherbereich 9 ist der Einzige,
der zusätzlich zu einer üblichen speicherprogrammierbaren Steuerung
benötigt wird.
Sobald alle vorgeschriebenen Funktionsbausteine abgearbeitet sind, kon
trolliert der PB-Prozessor 1 die richtige Funktionsweise des Logikpro
zessors 2 und wartet auf dessen Progammbeendigung. Sobald der Logik
prozessor 2 seine Programmbearbeitung beendet hat, transportiert der
Logikprozessor 2 die Eingangsperipherieabbilder des Speicherbereichs 8 in
seinen Abbildbereich und legt die berechneten Ausgänge vom
Abbildbereich in den Speicherbereich 7 des Speichermediums 3 ab. Ferner
werden die Bausteinausgänge in den Speicherbereich 10 und die neuen
Merkerwerte in den Speicherbereich 11 übertragen und dem PB-Prozessor
1 zur Verfügung gestellt. Das Bausteindirectory 13 bleibt unverändert.
Den neuen Zyklus beginnt der PB-Prozessor 1 mit der Ausgabe der Peri
pherieabbilder, im Speicherbereich 7, an die physikalischen Ausgänge 5.
Dann beginnt der gesamte Zyklus in der vorher beschriebenen Weise.
Die Softwarebausteine für das Eingangs - Ausgangsabbildprogramm 16,
das Bausteinprogramm 17 und das Kontroll- und Watch-Dog Programm
18, welche die Funktion des PB-Prozessors 1 festlegen, können wie in
Fig. 1 als externes Speichermedium 19 angeordnet oder direkt im
PB-Prozessor 1 maskenprogrammiert sein.
Das vorgestellte Verfahren benötigt einen Compiler, der die Programm
struktur nach Logik und Bausteinfunktionen untersucht.
Anhand des Schaltungsbeispiels in Fig. 2 und des dazugehörigen Pro
grammteils in Fig. 3 soll die Aufgabenverteilung zwischen PB-Prozessor 1
und Logikprozessor 2 verdeutlicht werden. Die Schaltung Fig. 2 kontrol
liert, ob eine Anzahl von Impulsen zweier Eingänge (I 0,2, I 0,3) in einer
durch das Zeitglied (TPO) festgelegten Zeit erfolgen. Die Schaltung benö
tigt hierzu eine UND-Funktion (&), zwei ODER-Funktionen (≧1), einen
Zähler (CO) im Down-Mode und ein Zeitglied (TPO)
Das zugehörige AWL-Programm Fig. 3 würde in diesem Fall bei der übli
chen Verarbeitung in speicherprogrammierbaren Steuerungen schrittweise
abgearbeitet, wobei jeweils beim Aufruf von TPO oder CO ein Unterpro
gramm angesprochen würde.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren werden die Aufgaben nach den Pro
grammteilen für den Logikprozessor 2 und dem PB-Prozessor 1 getrennt.
Der Logikprozessor 2 erhält dazu lediglich noch die Ausgangsgrößen der
Bausteine (hier TPO, P und CO, Z). Der PB-Prozessor 1 verarbeitet die
Funktionsbausteine TPO und CO nach einem festen Programm durch die
Kenntnis der Bausteinfunktionen im Bausteindirectory 13, den Zuständen
der Merker im Speicherbereich 11 der Merkerablbilder und nach den
Zuständen der Ein- und Ausgänge im Speicherbereich 7 der
Peripherieabbilder.
Die nach der Erfindung implizierte Arbeitsweise stellt sicher, daß der
Logikprozessor 2 nur im Speicherteil 3 B des Speichermediums 3 auf die
Speicherbereiche 8, 10, 12 und der PB-Prozessor 1 nur im Speicher
teil 3 A des Speichermediums auf die Speicherbereiche 7, 9, 11, 13 im
aktiven Teil arbeitet.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des zeitlichen Verhaltens
einer nach der Erfindung arbeitenden speicherprogrammierbaren Steue
rung.
Der anhand der Fig. 1 beschriebene Vorgang ist hier noch einmal durch
ein Diagramm dargestellt. Mit dem Beginn des neuen Zyklusses X beginnt
die vorher beschriebene Grundinitialisierung im Systemteil. Mit Beendi
gung des Systemteils erfolgt der Start Y des Logikprozessors 2 und der
PB-Prozessor 1 für den Parallelantrieb des PB-Prozessors 1 und des
Logikprozessors 2 in der vorher beschriebenen Art und Weise.
In Fig. 5 ist das zeitliche Verhalten des Logikprozessors 2 und des
PB-Prozessors 1 bei unterschiedlicher Bearbeitungszeit beider
Prozessoren dargestellt.
In diesem Beispiel wird angenommen, daß die Bearbeitungszeit des
Anwenderprogramms Lt für den Logikprozessor 2 länger ist als die Bear
beitungszeit des Bausteinprogramms PBt für den PB-Prozessor 1.
Mit dem neuen Zyklus X beginnt das Systemteil mit der Grundinitialisie
rung. Mit dem gemeinsamen Start Y beginnt die Bearbeitungszeit Lt und
PBt beider Prozessoren.
Der PB-Prozessor 1 wartet die Zeit Wt ab, bis der Logikprozessor 2 sein
Programm ausgeführt hat. Für diese zeitliche Koordination sorgt das
Synchronisations Flip-Flop 14.
Die Konstanz der Zykluszeit in jedem Zyklus, gleich welcher Aufgaben
stellung im Anwenderteil, wird zwingend vorgegeben.
Das erfinderische Verfahren zum Betreiben von zwei oder mehr Mikro
prozessoren im Parallelbetrieb bringt somit den wesentlichen Vorteil, daß
eine vollständige Aufgabentrennung stattfindet, die zur Zykluszeitredu
zierung erheblich beiträgt. Bei gleicher Verteilung von Logikfunktion und
Funktionsbausteinen kann der Zeitgewinn bis zu 50% betragen. Da die
Zustandserfassung immer im Systemteil erfolgt, werden auch hier nur
richtige Werte und keinesfalls intermediare Funktionen erkannt und
dargestellt.
Speicherprogrammierbare Steuerungen, mit einer Verfahrensweise nach
der Erfindung, arbeiten im Prinzip so, als würden die Funktionsbausteine
während der Systemzeit in extrem kurzer Zeit bearbeitet.
Claims (9)
1. Verfahren und Schaltungsanordung zum Betreiben von zwei oder mehr
Mikroprozessoren im Parallelbetrieb, insbesondere in
speicherprogrammierbaren Steuerungen, wobei der Funktionsablauf
durch ein Anwenderprogramm bestimmt wird und die Anweisungen an
das programmierbare Speichermedium aus den Logikfunktionen und
der Parametrierung von Funktionsbausteinen bestehen, dadurch
gekennzeichnet, daß eine vollständige Aufgabentrennung des
Peripherie- und Bausteinprozessors (1) und des Logikprozessors (2)
vorliegt, indem der Peripherie- und Bausteinprozessor (1) die
Funktionsbausteine (17) nach Vorschrift des Bausteindirectorys (13)
und nach den Angaben des Logikprozessors (2) über die Parameter
und Merkerabbilder (11) der Funktionsbausteine bearbeitet und die
Ausgänge (9) der Funktionsbausteine im Speicherbetrieb (9) ablegt.
2. Verfahren und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Peripherie- und Bausteinprozessor (1) und der Lo
gikprozessor (2) über ein Speichermedium (3) kommunizieren.
3. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Speicherteile (3 A und 3 B)
des Speichermediums (3) jeweils am Ende eines Systemzyklusses aus
getauscht wird.
4. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Funktion des Peripherie- und Baustein
prozessors (1) durch Maskenprogrammierung oder durch externe Spei
chermedien (19) festgelegt ist.
5. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß der Logikprozessor (2) das Anwenderpro
gramm des Speicherbereichs (15) verarbeitet und somit der
programmierbare Teil der Intelligenz ist.
6. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der Logikprozessor (2) zu Beginn der
Verarbeitung dem Peripherie- und Bausteinprozessor (1) alle
notwenigen Daten, wie Bausteintyp, Bausteinparameter und maximale
Zykluszeit, mitteilt.
7. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß der Peripherie- und Bausteinprozessor (1)
durch die Angaben der maximalen Zykluszeit und auch durch Übergabe
von Parametern eine Funktionsüberwachung des Logikprozessors (2)
durchführt.
8. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß der Logikprozessor (2) die Bausteinfunk
tionen des Peripherie- und Bausteinprozessors (1) überwacht.
9. Verfahren und Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Zustandserfassung der peripheren Ein
und Ausgänge (4, 5, 6) der Bausteinein- und ausgänge (7, 9) sowie der
Merker (12) im Systemteil erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873718639 DE3718639A1 (de) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von zwei oder mehr mikroprozessoren im parallelbetrieb, insbesondere in speicherprogrammierbare steuerungen |
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DE19873718639 DE3718639A1 (de) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von zwei oder mehr mikroprozessoren im parallelbetrieb, insbesondere in speicherprogrammierbare steuerungen |
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DE3718639A1 true DE3718639A1 (de) | 1988-12-22 |
DE3718639C2 DE3718639C2 (de) | 1990-10-18 |
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ID=6328990
Family Applications (1)
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DE19873718639 Granted DE3718639A1 (de) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von zwei oder mehr mikroprozessoren im parallelbetrieb, insbesondere in speicherprogrammierbare steuerungen |
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