RU8135U1 - Многопроцессорный вычислитель для управления объектами в реальном времени - Google Patents

Abstract

1. Многопроцессорный вычислитель для управления объектами в реальном времени, включающий в себя процессорные устройства, мажораторы, блоки индикации и управления и соединяющие их шины, а также вспомогательные устройства, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серверы событий, соединенные между собой и соединенные с процессорными устройствами, а также не менее одной обратной связи между супервизорами и процессорными устройствами.2. Вычислитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств он дополнительно содержит схемы приоритета, связанные с серверами событий.3. Вычислитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств он содержит связанный с супервизорами блок безопасности.

Description

Многопроцессорный вычислнтель для управления объектами в реальном времени

Полезная модель относится к области транспорта, а именно к объектам для управления поездами, авиационной и ракетной техникой с помощью ЭВМ, с совмещением функции контроля за безопасностью их работы.

Известно использование различных устройств для контроля за работой ЭВМ (пат. РФ №№2020570,1994, 2087030,1997, 2015540,1994, кл.ООбР 11/00).

Устройства, как правило, включают в себя саму ЭВМ, блоки управления, сопоставления, памяти, шины и другие элементы.

Однако указанные устройства неприменимы в сложных комплексах, связанных с использованием нескольких ЭВМ одновременно, что, в частности, характерно для систем управления, применяемых на транспорте, в которых широко применяют многократно дублированные системы для обеспечения безопасности транспортного средства в случаях отказа или сбоя программы ЭВМ.

Прототипом заявляемого технического решения является многопроцессорное устройство, позволяющее управлять локомотивом или иным рельсовым транспортом с совмещением функции безопасности. Устройство отличается тем, что в цепи, связывающей датчики, процессорные устройства (ЦВМ) и блоки управления, сигнал исходящий от ЦВМ, проходит через мажоратор - устройство, позволяющее при сигналов от процессорных устройств сопоставить их между собой и принимать в качестве истинных максимально дублированные данные (Пат. США №5583769,1996,кл.В61В).

Устройство позволяет передавать необходимую информацию от датчиков во все процессоры одновременно, вырабатывать параллельно в. каждом из процессоров команду управления и передавать эту команду от каждого из процессоров через мажоратор на устройства управления локомотивом, что позволяет фиксировать факт сбоя программы или аппаратных устройств, а также при единичных отказах указывать какой из процессоров неисправен.

МКл. G06F 11/00, B61 В13/08

Недостатком устройства является то, что синхронизация работы процессоров осуществляется приходом сигналов от внешних устройств, что не позволяет самим ЦВМ планировать моменты и последовательность взаимодействия с внешними устройствами и между собой, его ненадежность в случае множественных отказов, из-за невозможности выбора неисправного из двух сопоставляемых устройств, а также невозможность восстановления работоспособности ЦВМ после сбоя из-за отсутствия обратной связи между мажоратором и ЦВМ.

Задачей стоящей перед авторами, являлось создание устройства, позволяюшего ЦВМ активно планировать циклы работы и взаимодействие с внешними устройствами, проводить более обоснованный выбор достоверной информации и предпринимать эффективные меры по устранению замеченных сбоев, а в случае отказа производить реконфигурацию вычислителя.

Указанная задача решается созданием устройства, блок-схема которого приведена на фиг. 1.

Заявляемый вычислитель включает в себя процессорные устройства (ЦВМ) 1, каждое из которых связано управляющей шиной (УШ) 2 со всеми супервизорами (СВ) 3, включающими в себя в качестве основных структурных единиц мажоратор команд (МК) 4 и блок управления (БУ) 5.

СВ 3 связано с устройствами управления (УУ) бис блоком безопасности (ББ) 7 , а также через информационную шину (ИШ) 8 с ЦВМ 1. Количество ИШ 8, определяется требуемой надежностью передачи данных. Количество СВ 3 определяется количеством УУ 6 на объекте управления и способом их подключения, а также способом подключения ББ 7.

Каждая ЦВМ 1 соединена через информационную шину 8 с СВ 3, с индикационной ЦВМ (ИЦВМ) 9, датчиками (ДТ )10 и другими периферийными устройствами.

Каждая из ЦВМ 1 соединена с одним из серверов событий (СС) 11 через его порт связи (ПС) 12. В состав сервера событий, кроме ПС 12 входят в качестве основных структурных единиц также, мажоратор синхропакетов (МС) 13 и синхронизатор (СИН) 14.

УУ 6 и ББ 7 непосредственно в состав вычислителя не входят и могут подключаться к нему, при необходимости, в любом сочетании.

ИЦВМ 9 и датчики ДТ 10 непосредственно в состав вычислителя не входят и могут подключаться к нему, при необходимости, в виде периферийных устройств, наряду с адаптерами мультиплексных каналов и сетей, отладочных и иных устройств.

Количество СС 11, ЦВМ 1 определяется требуемой надежностью вычислителя.

Каждый синхронизатор 14 сервера событий 11 связан с МС 13 всех серверов событий 11 синхронизирующей шиной (СП) 15.

Все порты связи 12 соединены шиной прерываний (ШП) 16с последовательной цепочкой схем приоритета (СП) 17. Количество ПШ 16 определяется требуемой надежностью передачи. Количество схем приоритета определяется количеством источников сигналов требующих выдачи пакетов с номерами асинхронных запросов прерывания.

Входящие в вычислитель блоки выполняют следующие основные функции.

Подача питания на блоки вычислителя устанавливает их в исходное состояние. Все ЦВМ 1 при этом переходят в режим ожидания. В этом режиме каждая ЦВМ 1 подготавливает для СИН 14 план (программу) синхронизации, который содержит последовательность моментов выдачи пакетов, код операции соответствующий каждому моменту и номер одной из дублированных ИШ 8. По команде пуск, поданной по ПШ 16, каждая ЦВМ 1 загружает подготовленные пакеты в СС Ни переходит в рабочий режим. В рабочем режиме ЦВМ 1 выполняет вычисления, связанные с управлением

объектом и ожидает прихода от ПС 12 события - прерывания или сигнала готовности. По каждому событию ЦВМ 1 считывает из ПС 12 код операции, номер ИШ 8 для обмена, номера сбойных СС 11, ив соответствии с кодом операции либо передает план (программу) синхронизации в СИН , либо передает через СВ 3 номер ведущей на ИШ 8 ЦВМ (MASTER) во все другие ЦВМ, либо передает команды управления через УТП 2 в СВ 3 и далее в УУ 6, либо производит по заданной ИШ 8 обмен данными с ИЦВМ 9, ДТ 10, СВ 3 и другими периферийными устройствами, либо выполняет обработку асинхронных прерываний от схем приоритета 17 по шине ПШ 16, либо выполняет какиенибудь другие запланированные действия.

По заранее определенным кодам операций ЦВМ 1 производит чтение результатов мажорирования из супервизора с номером, заданным кодом операции, для чего ЦВМ 1 через заданную ИШ 8 посылает пакет с номером этого супервизора и по этой же ИШ 8 принимает от этого СВ результаты мажорирования, сохраняет их в памяти, а затем, по окончании приема этих данных от всех СВ, анализирует их совместно с номерами неисправных синхронизаторов и определяет номера неисправных/отказавших СС If; ЦВМ 1, СВ 3 и передает результаты анализа в СВ 3 и СС 1L

По результатам анализа, если ПДМ 1 определена как неисправная, то выполняется попытка восстановить ее работоспособность. Для этого ЦВМ 1 планирует в программе (плане) синхронизации операцию обмена данными для восстановления работоспособности сбойной ЦВМ 1, и в течение заданного числа циклов выдает их на супервизоры СВ 2., а если попытки восстановления неисправной ЦВМ 1 оказались безуспешными, то каждая ЦВМ 1 передает номер отказавшей ЦВМ 1 в супервизоры СВ 5, которые в дальнейшем исключают пакеты от этой ЦВМ 1 из мажорирования. Таким образом происходит реконфигурация вычислителя до тех пор, пока блок безопасности не выставит сигнал неисправность вычислителя и не приведет все системы объекта управления в безопасное состояние.

Супервизор СВ 3 по получении пакетов от УШ 2 сопоставляет их, чем контролирует исправность СС 11, ЦВМ 1 и УШ 2, сверяет собственные индивидуальный и групповой номер с номером СВ в принятом пакете и, если номера совпадают, то после приема пакета от ИШ 8 и при совпадении номера СВ в пакете от ИШ 8 с собственным индивидуальным номером, передает пакеты с результатами мажорирования через эту же ИШ 8 во все ЦВМ 1, а также, в зависимости от количества не совпавших пакетов, выставляет сигнал неисправность ЦВМ на ББ 7 и, в зависимости от признака команда/данные, который находится в пакете от УШ 2, вьщает или не выдает команду управления на УУ 6.

Входящий в состав СВ 3 мажоратор команд МК 4 получает от ЦВМ 1 пакеты с командами управления для УУ 6, или с данными, предназначенными для обмена между всеми ЦВМ 1, сопоставляет их через временную задержку, достаточную для устранения рассогласования синхронизаторов 14 и временных задержек в ЦВМ 1, выявляет номера ЦВМ 1, пакеты от которых не совпадают или пришли не во время, и передает результат сопоставления и номера неисправных ЦВМ 1 в блок управления 5.

Блок управления 5 осуществляет прием результатов мажорирования от МК 4, сверяет собственные индивидуальный и групповой номер с номером СВ в принятом пакете и, если номера совпадают, то после приема пакета от ИШ 8 и при совпадении номера СВ в пакете от ИШ 8 с собственным индивидуальным номером, передает пакеты с результатами мажорирования через эту же ИШ 8 во все ЦВМ 1, а также, в зависимости от количества не совпавших пакетов, выставляет сигнал неисправность ЦВМ на ББ 7 и, в зависимости от признака команда/данные, который находится в пакете от УШ 2, выдает или не выдает команду управления на УУ 6. БУ 5 управляет МК 4, исключая из мажорирования неисправные ЦВМ 1.

Сервер событий СС И осуществляет получение от ЦВМ 1, хранение и циклическое выполнение плана (программы) синхронизации, который содержит последовательность моментов выдачи пакетов (сигналов), код операции соответствующий каждому моменту и номер одной из дублированных ИШ 8. СС 11 обеспечивает также прием пакетов от щин 15 и мажорирование этих пакетов, прием пакетов от щин ПШ 16 и передачу в ЦВМ 1 информации о том, по какой щине получен пакет (ПШ 16 или МС 13), а также код операции и номер ИШ 8, который хранится внутри полученного от СШ 15 пакета.

Входящий в состав СС И порт связи 12 осуществляет прием от ЦВМ 1 плана (программы) синхронизации и передачу этих данных в СИН 14, прием от МС 13 пакета сихронизации, а от ПШ 16 пакетов с номерами операций для обработки асинхронных прерываний, и выдачу этих данных в ЦВМ 1.

Входящий в состав СС 11 мажоратор синхропакетов МС 13 осуществляет получение по СШ 15 пакетов с планом (программой) синхронизации, их сопоставление, с учетом номеров отказавщих СИН, через временную задержку, достаточную для устранения рассогласования синхронизаторов 14, выявление номеров СИН 14, пакеты от которых не совпадают или прищли не во время, и передает результат мажорирования и номера неисправных СС 11 в порт связи 12.

Входящий в состав СС 11 синхронизатор 14 осуществляет прием, хранение и циклическое выполнение плана (программы) с последовательностью времен выдачи пакетов и соответствующим каждому моменту кодом операции, и номером одной из дублированных ИШ 8, и выдачу на СШ 15 этих пакетов. СИН 14 обеспечивает одновременность запуска всех синхронизаторов, за счет одновременного прихода во все СИН 14 от ЦВМ 1 плана (программы) синхронизации, которая выдает этот план после прихода на нее прерывания или сигнала готовности от ПС 12, выставляемых ПС 12 после получения команды пуск по ПШ 16 от одной из СП 17 при запуске вычислителя, или после прихода пакета с кодом операции, требующей загрузки плана (программы) синхронизации, отМС 13.

Схема приоритетов СП 17 осуществляет прием сигналов от датчиков, не изображенных на фиг.1, о совершении каких-либо непланируемых во времени событий, формирование и передачу пакета с номером этого собьггия по ПШ 16 во все СС 11. Одновременная передача пакетов по ПШ от разных СП исключается СП 17, которые блокируют передачу менее приоритетных пакетов до окончания передачи высокоприоритетного пакета. Приоритет СП определяется местом подключения ее на ПШ 16. Более высоким приоритетом обладают СП 17 физически включенные ближе к СС11.

Блок безопасности ББ 7 осуществляет, по комбинации сигналов неиправность ЦВМ от СВ 3, перевод систем объекта управления в безопасное состояние и индикацию сигнала неисправность вычислителя . Вычислитель считается работоспособным до момента выработки блоком безопасности 7 сигнала неисправность вычислителя.

Устройство управления УУ 6 по командам от СВ 3 осуществляет управление объектом.

Индикационная ЦВМ (ИЦВМ 9) осуществляет прием данных от ЦВМ 1 по шине ИШ 8 в ответ на приход от нее пакета, с номером устройства в этом пакете, совпадающим с собственным номером устройства, вывод этих данных на дисплей, прием данных с устройства ввода этой ИЦВМ и передачу этих данных в ЦВМ 1 по шине ИШ 8.

Датчик ДТ 10 осуществляет сбор информации об окружающей среде и параметрах движения объекта и передачу этих данных в ЦВМ 1 по шине ИШ 8 в ответ на приход от нее пакета, с номером устройства в этом пакете, совпадающим с собственным номером устройства.

Шина управления УШ 2 - осуществляет передачу пакета от каждой из ЦВМ 1 во все супервизоры СВ 3.

Информационная шина 8 осуществляет передачу пакетов от ЦВМ 1 в СВ 3, ИЦВМ 9, ДТ 10 и другие периферийные устройства и прием информации от них.

Шина синхронизации 15 осуществляет передачу пакетов от каждого СИН 14 во всеСС 11.

Шина прерываний 16 осуществляет передачу пакетов от схем приоритета 17 во все ПС 12.

Преимуществами заявляемого устройства являются:

-высокая надежность вычислителя;

-наличие блока безопасности обеспечивающего перевод систем объекта в безопасное состояние и индикацию сигнала об отказе вычислителя;

-возможность довести до блока безопасности сигналы о неисправности ЦВМ от разньк супервизоров;

-возможность выдачи команд управления от нескольких супервизоров на одно устройство управления;

возможность планирования моментов выполнения операций, действий связанных с операцией и порядка выполнения операций ЦВМ 1 в каждом цикле с помощью сервера событий;

-возможность реализации одного и того же алгоритма разными программами в каждой ЦВМ 1;

-возможность перезапуска программы в ЦВМ 1 при ее сбое и восстановление ее работоспособности за счет обмена данными между ЦВМ 1;

-возможность использовать в качестве ЦВМ 1 любые стандартные ЦВМ.

Claims (3)

1. Многопроцессорный вычислитель для управления объектами в реальном времени, включающий в себя процессорные устройства, мажораторы, блоки индикации и управления и соединяющие их шины, а также вспомогательные устройства, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серверы событий, соединенные между собой и соединенные с процессорными устройствами, а также не менее одной обратной связи между супервизорами и процессорными устройствами.

2. Вычислитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств он дополнительно содержит схемы приоритета, связанные с серверами событий.

3. Вычислитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных устройств он содержит связанный с супервизорами блок безопасности.