3. Микропроцессорная Система Управления (МПСУ)

Строим систему на МПСУ и программируем

2.1 Каркасы модулей (КМ)

Оставим в стороне вопросы подключения контролируемого или управляемого оборудования и рассмотрим (в общем плане) возможные способы включения МПСУ в систему. Введём некоторые условные обозначения.

• PC — РС совместимый компьютер, в том числе промышленный, представляющий собой «верхний» уровень по отношению к МПСУ
• ПЭВМ — аналогично, но имеет монитор, клавиатуру и так далее (станция оператора или компьютер программиста).
• ПК — промышленный контроллер
• ПО — программное обеспечение

Рис.1 Схема 1

Схема 1, которая потихоньку отошла в прошлое, состоит из МПСУ и дисплея, совместимого с дисплеем (терминалом) типа 15ИЭ-00-013. Дисплей по одному из последовательных каналов ИРПС (токовая петля 20 ma) подключён к контроллеру МПСУ. Эта схема не предназначена для программирования МПСУ в какой-либо системе, кроме непосредственного ввода программы в «машинных» кодах, но до сих пор работает там, где ещё живы указанные дисплеи.

Следует отметить, что вместо дисплея по каналу ИРПС может быть подключен технологический пульт оператора, имеющий небольшую клавиатуру и панель индикации. Это (применение технологического пульта) похоже на то, что достаточно широко применяется для многих типов других промышленных контроллеров. В каждом из этих случаев используется тот или иной язык (команды, функции) для управления контроллером (настройка параметров, диагностика, пуск программы и так далее). Кстати, малогабаритный технологический пульт для МПСУ тоже существует, но на практике применялся редко, поскольку возможности его ограничены.

В прежние времена применялись несколько способов программирования для такой схемы, а готовая программа располагалась в конечном итоге в модулях РПЗУ. Например, программа разрабатывалась на ДВК в операционной системе RT-11 на языках программирования MACRO-11, QUASIC, языке релейно-функциональных схем РФС, отлаживалась в ОЗУ контроллера после закачки по последовательному каналу из ДВК, который временно включался вместо дисплея в режиме эмуляции пультового терминала. Кроме того, «твердотельная» ПЗУ-версия системы программирования РФС позволяла (и позволяет сейчас!) разрабатывать и отлаживать программы непосредственно в МПСУ, а затем там же ее и запрограммировать в РПЗУ. Наращивание данной схемы может производиться за счет каскадного включения МПСУ с использованием мультиплексоров каналов ИРПС и специального программного обеспечения маршрутизации. В качестве альтернативы дополнительному присоединению каркасов МПСУ возможно включение в схему удаленных программируемых контроллеров ПК1 или ПК2, о которых сказано дальше.

Завоевала популярность Схема 2, изображенная на рис.2. Эту схему можно назвать базовой схемой, так как путем её модификации можно получить более сложные схемы.

От Схемы 1 она отличается, прежде всего, тем, что может сочетать функции инструментальной системы, на которой разрабатываются и отлаживаются программы, с функциями системы для исполнения этих программ. Дадим пояснения по данной схеме.

• 1) ПЭВМ в различных вариантах использования предназначена для выполнения различных функций:
  • предоставления пользователю средств разработки прикладных программ управления МПСУ и обработки данных
  • хранения и загрузки / выгрузки программного обеспечения в МПСУ
  • эмуляции функций дисплея для МПСУ
  • исполнения прикладных программ управления МПСУ (в случае применения «удалённой системы программирования МПСУ») и для основной обработки данных или визуализации результатов

Рис.2. Схема 2 с управлением от ПЭВМ верхнего уровня

• 2) Канал связи включает в себя последовательный канал RS-232 (или ИРПС — токовая петля 20 ma) и специальный байт — параллельный канал (может использоваться также параллельный канал LPTПримечание: для специального байт-параллельного канала применяется адаптер, который устанавливается в каркас модулей, как модуль УСО, а также адаптер, который устанавливается в свободный слот РС. Для использования LPT-канала требуется, чтобы контроллер МПСУ имел интерфейс LPT (М253. М254)Протоколы обмена на среднем (функциональном) уровне определяются программами взаимодействия между ПЭВМ и контроллером МПСУ и обычно приводятся в документации на ПО.
• 3) Контроллер МПСУ в различных вариантах может использоваться по-разному, а именно:
  • исполняет программы в операционной системе RT-11SJ, которая в него загружена
  • исполняет автономную (независимую от ОС) прикладную программу управления УСО из ПЗУ или предварительно загруженную в ОЗУ из ПЭВМ (или из «внешнего» РПЗУ)
  • исполняет программу-супервизор, которая поддерживает «Протокол обмена МПСУ» и обеспечивающую удаленное управление УСО из ПЭВМ

На базе приведенной Схемы 2 могут строиться более сложные конфигурации, которые либо уже сегодня имеют программную поддержку, либо могут её обрести, благодаря усилиям специалистов СКБ ВТ или даже самих пользователей. Коротко рассмотрим ряд возможных конфигураций, которые на практике были предложены нашим заказчикам для построения систем.

Схема 2.1 Пример системы «с тестирующим МПСУ»

В данной схеме основной (первый) МПСУ соединен с ПЭВМ по параллельному каналу, а его контроллер при включении питания сразу начинает исполнять выгруженную из ПЗУ программу — супервизор УСО, обеспечивающую: управление УСО, прием команд из ПЭВМ, возврат данных. Тестирующий (второй) МПСУ соединен с этой же ПЭВМ по последовательному каналу и также исполняет программу — супервизор УСО. Первый МПСУ располагается на удалении до 10-ти метров от ПЭВМ, что гарантирует надежный обмен по параллельному каналу со скоростью до 400 Кбод. Оба ПК МПСУ на практике расположены рядом, так как основное назначение тестирующего МПСУ состоит в формировании тестовых последовательностей сигналов для УСО основного МПСУ, и соответственно, модули УСО соединяются сигнальными кабелями малой длины. Тестовые сигналы и рабочие внешние сигналы коммутируются на входы / выходы УСО при помощи модуля управления коммутирующими контактами (релейный коммутатор), установленного в основном МПСУ.

Рис.3. Схема 2.1 «с тестирующим МПСУ»

• 1) Наличие «тестирующего» МПСУ позволяет проводить профилактические работы с проверкой работоспособности УСО без переключения внешних кабелей. При этом к текущему внутреннему контролю модулей УСО, который проводится постоянно, добавляется периодическое внешнее тестирование, которое проводится в предусмотренные перерывы обслуживания рабочих сигналов.
• 2) Разновидностями данной схемы могут являться следующие схемы:
  • Когда второй МПСУ является не просто «тестирующим», а резервным, в точности повторяющим набор модулей УСО первого МПСУ. Программное обеспечение ПЭВМ обеспечивает переключение управления (активности) между основным и резервным МПСУ. Переключение активности может также осуществляться без участия ПЭВМ в результате выполнения в активном МПСУ специального анализа тестовых последовательностей данных.
  • Используется 3 и более МПСУ, подключенных к ПЭВМ через дополнительные последовательные каналы или через параллельный канал принтера (двунаправленный LPT1, LPT2…)
  • Удаление МПСУ (двух и более) от ПЭВМ при помощи подключения по последовательному каналу на расстояние более 100 м.
  • Включение в последовательный канал обмена пары модемов, обеспечивающих связь по коммутируемым или выделенным телефонным линиям (программное обеспечение РС и МПСУ должно обеспечивать управление модемами).
  • Включение ПЭВМ в локальную сеть цеха, предприятия и т.д.

Схема 2.2 с МПСУ — маршрутизатором

В данной схеме используется наличие среди модулей УСО контроллеров последовательных каналов (интерфейсов) ИРПС и RS-232. К каждому из последовательных каналов этих модулей можно подключить МПСУ нижнего уровня, создав таким образом «дерево» из нескольких МПСУ.

• 1) Данная конфигурация (Рис.4) предназначена для построения большой распределенной иерархической системы. Программное обеспечение МПСУ — маршрутизатора обеспечивает синхронизацию работы в такой сети. Драйвер обмена по сети поддерживает работу не только по радиально расположенным последовательным каналам, но и через модемные линии, включенные в последовательные каналы.
• 2) При наличии в новых контроллерах МПСУ порта RS-485 появляется возможность создания сети на основе интерфейса RS-485 для МПСУ, что может сократить затраты на прокладку кабелей.

Рис.4. Схема 2.2 с МПСУ — маршрутизатором

• 3) В качестве маршрутизатора между ПЭВМ и группой МПСУ может быть включен коммуникационный контроллер на базе PC-совместимой процессорной платы и модуля расширения последовательных каналов. Роль коммуникационного контроллера, который может, например, работать под операционной системой Linux, заключается в обеспечении передачи данных между ПЭВМ и всеми МПСУ и при необходимости в обеспечении конвертирования протоколов обмена.

Схема 2.3 с удаленными контроллерами типа ПК-1 и ПК-2

Удаленные контроллеры ПК-1 и ПК-2 изготавливаются в виде самостоятельных блоков (корпусов) и непосредственного отношения к МПСУ как бы не имеют. По последовательному каналу (сегодня — только ИРПС) их можно подключать хоть к мультиплексору в МПСУ, хоть непосредственно к РС. Вот их краткие технические характеристики:

• 1) Устройство удаленного контроля входов-выходов ПК1 (без встроенного миропроцессора)
  • Назначение: сбор и передача в ЭВМ дискретных и аналоговых данных, управление от ЭВМ дискретными выходами постоянного тока
  • ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
    • Максимальное число внешних каналов — 64.
    • Сочетания каналов входов или выходов определяются набором устройств (модулей), устанавливаемых на 4 посадочных места ПК1; одно устройство входов содержит 16 каналов, одно устройство выходов — 8 каналов.
    • Связь с удаленной ЭВМ по каналу связи ИРПС (токовая петля 20 мА).
    • Скорость обмена по каналу ИРПС от 75 до 9600 бод ( устанавливается переключателем в ПК1).
  • ВНЕШНЕЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
    • Библиотека функций управления устройством удаленного контроля дискретных/аналоговых входов, дискретных выходов с помощью персональной ЭВМ типа IBM PC , а также драйвер в супервизоре для контроллера МПСУ.
• 2) Контроллер ввода-вывода ПК2 (с встроенным микропроцессором)
  • ФУНКЦИИ:
    • сбор и передача в ЭВМ дискретных и аналоговых данных, управление от ЭВМ дискретными выходами постоянного тока
    • автономная работа с входами-выходами по внутренней программе, программирование встроенного ПЗУ программ пользователя
    • работа в режиме «отладка» с управлением от удаленной ЭВМ, эмулирующей функции пульта оператора, загрузка программ пользователя из удаленной ЭВМ в ЭОЗУ ПК2, выгрузка программ из ПК2 на носители удаленной ЭВМ
  • ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
    • Максимальное число каналов — 64.
    • Сочетания каналов входов или выходов определяются набором устройств (модулей). Одно устройство входов содержит 16 каналов, одно устройство выходов — 8 каналов.
    • Связь с удаленной ЭВМ выполняется по каналу связи ИРПС ( токовая петля 20 Ма ) со скоростью до 9600 бод.
  • ВНЕШНЕЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
    • Библиотека функций управления контроллером ПК2 с помощью удаленной персональной ЭВМ типа IBM PC
    • Программа МОНИТОР, которая обеспечивает реализацию функций в режиме «отладка» ПК2 и в режиме обмена программами
    • ДРАЙВЕР контроллера ПК2 в супервизоре для систем на базе МПСУ

Рис.5. Схема 2.3 с удаленными контроллерами типа ПК-1 и ПК-2

Нельзя сказать, что приведенные схемы исчерпывают все возможности создания систем на МПСУ, как нельзя сказать, что разработанное в СКБ ВТ программное обеспечение полностью поддерживает все указанные конфигурации. Но при достаточно тесных контактах с разработчиками систем МПСУ (пользователями) мы рекомендуем применить те или иные из разработанных инструментальных средств или разрабатываем недостающие компоненты.

Для завершения данного раздела проведем некоторые параллели между предложенными схемами на МПСУ и теми структурами, схемами и конфигурациями, с которыми мы ознакомились в ряде статей журнала «СТА» за 1998 год. При этом, конечно, следует абстрагироваться от сравнения габаритов, конструктивных особенностей, типа процессора, типа локальной шины, УСО и прочее.

• 1) Схема самого МПСУ ничем не отличается от обычного промышленного контроллера с центральным процессором (контроллером каркаса), локальной специализированной шиной и модулями УСО. Такая схема приводится в статье Сергея Гусева по системе OpenLine фирмы Grayhill в СТА 4/98, которая соответствует PC-совместимым промышленным контроллером на базе каркасов и плат MicroPC и Advantech. Контроллер на базе ADAM-5510 тоже имеет такую схему (см. статью Сергея Гусева о контроллере ADAM-5510 в СТА 2/98).

К недостаткам схемы МПСУ по сравнению с другими аналогами является отсутствие возможности непосредственного подключения в локальную сеть типа Ethernet, а также нестандартность протоколов обмена по каналам связи. Следует, однако, сказать, что непосредственное включение ПК в сеть Ethernet — это до последнего времени, когда популярным стал промышленный Ethernet, было достаточно редкое техническое требование. К тому же, в принципе, это реализуемо для PC-совместимых контроллеров МПСУ, начальными образцами которых могут служить контроллеры М260, М260.01, разработанных в 2002 году.

Что касается стандартных протоколов, то при необходимости часть из них можно реализовать для каналов связи МПСУ с ПЭВМ. С другой стороны, если заказчику предоставляется инструментальное программное обеспечение, обеспечивающее скрытые для него процедуры обмена достаточно надежно, то не очень принципиально, стандартный использован протокол или нет. Для нас вопрос о стандартных протоколах становится существенным при «встраивании» МПСУ в известные SCADA-системы. В этом направлении ведутся работы по снабжении контроллеров МПСУ таким современным средством, каким является OPC-сервер. Возможно, имеет смысл реализовать программу супервизора МПСУ с поддержкой протокола Modbus.

Еще можно отметить в качестве недостатка невозможность резервирования собственно контроллера МПСУ, так как шина QBUS не позволяет одновременно в одном каркасе использовать два процессора, как это, например, сделано в системе OpenLine фирмы Grayhill. Исключена горячая замена модулей УСО в каркасе МПСУ без остановки программы и выключения питания. По этим возможностям МПСУ не соревнуется с другими ПК.

• 2) Схема 2 и её модификации соответствуют распределенной системе, в которой в данном случае роль основного контроллера выполняет РС, а МПСУ представляет собой удаленный программируемый контроллер с УСО. Можно провести многочисленные аналогии применения такой схемы, но в данном случае решающую роль при сопоставлении играет применяемое программное обеспечение для МПСУ и системы в целом. Так, например, если в МПСУ работает программа-супервизор УСО (см. далее), а к МПСУ по последовательным каналам подключены контроллеры ПК-1 или ПК-2, тогда система становится похожей на «OpenLine» в своем классическом варианте. Действительно, МПСУ выполняет роль контроллера базы, ПК-1, ПК-2 являются модулями ввода-вывода, и МПСУ подключены к ПЭВМ, являющейся центральным процессором системы по каналу связи (см. «структура информационного взаимодействия компонентов системы OpenLine» в статье Сергея Гусева по системе OpenLine фирмы Grayhill в СТА 4/98 ). Отличие только в том, что указанные каналы связи нельзя назвать локальной шиной, но при количестве МПСУ в системе от 1 до 3 данное различие не имеет особого значения. Почти дословно цитируя указанную статью, приводим характеристику данной схемы
  • В качестве каналообразующего интерфейса между РС и МПСУ выбран не стандартный интерфейс, а упрощенные интерфейсы обмена по последовательному и по параллельному каналам. Более подробные сведения по протоколам среднего уровня приводятся в документации на систему удаленного программирования.
  • В качестве абонентов каналов связи выступают не модули УСО, а контроллеры МПСУ, являющиеся базами ввода-вывода. Каждый МПСУ имеет область памяти (буферные области), в которой в момент инициализации супервизора отображаются сведения о конфигурации УСО, а в процессе выполнения команд отражается состояние данных для вывода через УСО или после ввода с УСО. Все проблемы взаимодействия с модулями УСО берет на себя контроллер МПСУ, а в целом процессом управления занимается ПЭВМ, который путем посылки отдельных команд или целых подпрограмм, оформленных в виде цепочек команд, обменивается данными с контроллером, используя при этом буферные области памяти.
  • Отметим возможность выполнения за одну команду ПЭВМ выполнения целой подпрограммы в контроллере МПСУ. При этом не только не требуется оперировать отдельными модулями, но и исключается необходимость последовательного обращения с верхнего уровня к нескольким модулям или их каналам для выполнения сравнительно сложных операций с данными (особенно при большом числе каналов или съемов данных).
  • Отметим также способность МПСУ автоматически определять состав и состояние модулей (конфигурирование и «внутреннее» тестирование УСО), установленных в каркасе (базе). Ручное конфигурирование заранее выполнять не нужно. Модули идентифицируются по закрепленным за ними базовым адресам, которые не перекрываются в области адресов устройств ввода-вывода.

Необходимо, конечно, признать, что в данной схеме присутствует общий недостаток, который заключается в следующем:

• 1) контроллер МПСУ тратит свои ресурсы на управление УСО и, возможно, еще на обмен с удаленными контроллерами типа ПК-1 и ПК-2 или на выполнение задачи маршрутизации данных от МПСУ нижнего уровня
• 2) контроллер также должен поддерживать обмена с ПЭВМ
• 3) при этом контроллер не снабжён многозадачной операционной системой реального времени

В следующих пунктах данного раздела постараемся рассказать, как программируется система с МПСУ, построенная по Схеме 2 или по несколько модифицированной схеме.

Программирование для МПСУ

В качестве введения к данному разделу, видимо, можно отметить, что при поставке МПСУ нашим заказчикам всегда согласовывается вопрос о составе программного обеспечения. При этом всё зависит от потребности заказчика самому разрабатывать тот или иной уровень программного обеспечения. МПСУ имеет открытую архитектуру, начиная с нижнего уровня, то есть с модулей УСО. Поэтому для тех, кому требуется возможность создавать свое инструментальное и прикладное ПО, не предусмотрено ограничений на прямое программирование аппаратуры. Для других предлагается несколько вариантов программирования на более высоком уровне (при наличии запроса на поставку соответствующих систем программирования). Для третьих пользователей система программирования (или ее основной компонент) поставляется «зашитым» в ПЗУ контроллера. Ниже дается информация об имеющихся возможностях.

Сначала рассмотрим так называемые «традиционные способы программирования», под ними мы будем понимать те, которыми привычно владели пользователи МПСУ и мы сами с самого начала применения МПСУ. Эти способы вполне применимы и сегодня, так как часто дают требуемый результат, то есть работающую систему, правда, при весьма скромных средствах отображения результатов и командах оператора по управлению системой, не предполагающих, например, наличие графики.

Программы, разрабатываемые и работающие в операционной системе RT-11SJ

Такие программы работают в ОЗУ МПСУ и не могут располагаться в ПЗУ (разве что какая-то их неизменяемая часть). Обязательно наличие связи между ПЭВМ и МПСУ по параллельному каналу или каналу LPT. Перед пуском программы в МПСУ из ПЭВМ загружается и запускается операционная система RT-11SJ, которая должна работать в течение всего времени работы прикладной программы пользователя. Мы не будем давать характеристику ОС RT-11SJ, она достаточно хорошо известна и аналогична ОС под названиями ОС ДВК или РАФОС. Пример реализации системы, в которой использовано программное обеспечение для ОС RT-11SJ, приводится в статье «Модернизация аппаратного обеспечения САП управляющих программ для инструментального цеха»

Программы на языке Macro-11

Прикладная программа может быть написана на таких языках, как Assembler, Fortran, Pascal, C, версии которых предназначены для операционной системы RT-11SJ. На практике чаще всего используется MACROASSEMBLER. Для наших пользователей в комплект программ сопряжения ПЭВМ — МПСУ по параллельному каналу мы копируем версию системы программирования MACRO — 11, выпущенную в1990 году.

Такой вариант удобен для небольших систем, когда в схеме применяется только один каркас МПСУ, в системную шину которого включены модули УСО. ПЭВМ в режиме DOS (или DOS — сессии ОС Windows) эмулирует дисплей (терминал), а также поддерживает до 8-ми электронных логических дисков МПСУ на своем жёстком диске.

Программист самостоятельно «разбирается» с программными интерфейсами всех необходимых модулей УСО, так как RT-11SJ их «не знает». Это, конечно, осложняет написание и отладку прикладных программ, зато они получаются «на Ваш вкус и цвет». Кстати о цвете. Естественно, что эмуляция экрана дисплея на экране ПЭВМ соответствует алфавитно-цифровому монохромному режиму. Как правило, этого бывает вполне достаточно для небольших систем.

Программы на языке QUASIC

Специальная модификация системы программирования на базе этого языка разработана в СКБ ВТ применительно к программированию модулей УСО (МПСУ). Ниже даются характеристики данной системы.

• 1) Система программирования устройств связи с объектами включает в себя следующие основные программные компоненты:
  • QUASIC — система со встроенной библиотекой программ поддержки полной номенклатуры модулей УСО (МПСУ), библиотека легко расширяется по мере появления новых модулей
  • QUAS — компилятор с языка QUASIC-2 в язык Ассемблера
  • две объектные библиотеки поддержки компилятора: одна ориентирована для работы программ в среде ОС RT11, другая обеспечивает автономную работу программ, загружаемых, например, из ПЗУ
  • объектная библиотека поддержки модулей УСО
  • программы обслуживания модулей репрограммируемых ПЗУ
• 2) Состав программных средств и базовая система программирования обеспечивают полный замкнутый цикл подготовки, отладки и сопровождения программного обеспечения для микропроцессорных систем управления на базе УСО. QUASIC — система является компактной, резидентной в памяти системой программирования. Она хорошо вписывается в ресурсы малых вычислительных комплексов на базе МПСУ.
• 3) По своим выразительным возможностям QUASIC — система обладает необходимой мощностью языков ассемблерного типа. И в то же время ей присущи необходимые свойства языков более высокого уровня типа BASIC , PASCAL для организации обработки данных.
  • Качество генерируемого кода дает высокую эффективность программ. Встроенный в систему монитор обеспечивает возможность эффективной отладки программ на входном языке. Встроенная в систему библиотека поддержки УСО позволяет организовать работу с объектами управления и контроля (модулями УСО), как с внутренними объектами языка.
  • Имеются средства организации работы нескольких процессов в реальном времени.
• 4) Компилятор QUAS с языка QUASIC-2 обеспечивает возможность получения ассемблерного кода, поэтому исходная программа может быть представлена в виде совокупности отдельных модулей, каждый из которых может быть автономно отлажен и оттранслирован. Компоновка отдельных модулей друг с другом и с библиотекой поддержки компилятора и библиотекой поддержки УСО выполняется средствами ОС RT11SJ.
  • Объектная библиотека поддержки УСО включает в себя полный набор операций для работы с модулями УСО. Библиотека может быть использована как С QUASIC -программами, так и с программами, написанными на языках, использующих фортрановские соглашения о связях (MACRO-11 , FORTRAN).
• 5) Последняя версия библиотеки модулей УСО содержит полный набор драйверов модулей УСО — МПСУ, в том числе драйвер модуля М205 (6 каналов ИРПС), предназначенный для управления локальной сетью радиального типа и реализующий специальный протокол обмена по шести каналам ИРПС (токовая петля 20 ma).
  • Обращаться к библиотеке можно из своих программ, написанных на языках QUASIC, MACRO, FORTRAN. Режимы обмена «по готовности» и «по прерыванию»
• 6) Возможно также применение библиотеки тестирующих функций для модулей УСО (МПСУ), которая предназначена для программной поддержки функций отдельного внутреннего тестирования модулей УСО — МПСУ, встроенного в прикладную программу.
• 7) Программное обеспечение репрограммируемых ПЗУ позволяет выполнять копирование программы пользователя, символьных или двоичных данных из файлового устройства в системе RT-11SJ в заданный модуль РПЗУ

Значительным преимуществом и достоинством данной системы программирования является ее комплексность, простота в освоении и возможность не задумываться о внутреннем устройстве (регистрах, адресах) того или иного модуля УСО.

В качестве недостатков можно отметить большой размер файла исполняемой программы (file.sav) по сравнению с программой, изначально написанной на Ассемблере. Зато достаточно сложные программы доступны для написания и отладки программистами не высокой квалификации.

Примечания:

• 1) Как следует из приведенных характеристик данной системы программирования, исполняемая программа может быть сделана для работы в ОС RT-11SJ. Но также значительная часть программ нашими пользователями сделана в данной системе для работы в МПСУ без поддержки ОС.
• 2) Библиотека модулей УСО и библиотека функциональных блоков может эффективно использоваться при компоновке с программными модулями, написанными на MACRO, что и в этом варианте дает возможность также «забыть» об интерфейсных особенностях УСО. В СКБ ВТ разработаны библиотеки, охватывающие всё многообразие имеющихся модулей УСО (по состоянию на 2000 год).

Технологическая система программирования (ТСП)

Это не совсем обычная система. Необычность её состоит в том, что программирование выполняется на языке релейно-функциональных схем (РФС). Сегодня мы знаем несколько подобных языков программирования контроллеров, которые основаны на международном стандарте МЭК 1131/3. Например, языки Техно FBD и Техно IL , представленные фирмой AdAstra Research Group, Ltd в версии SCADA-системы Trace Mode 5.0x . Язык РФС, разработанный в СКБ ВТ, и широко применявшийся для разработки АСУТП на МПСУ, ориентирован не на программистов, а в значительной степени на инженеров-технологов, специалистов по оборудованию. Язык РФС содержит полную библиотеку драйверов и тестов для модулей УСО, а также библиотеку самых разнообразных функциональных блоков. Собственно программа «собирается» на экране путем прорисовки в редакторе РФС псевдографических изображений функциональных блоков и связей между ними. Полученные схемы и являются программами, из которых генерируется исполняемый код. Ниже приводятся основные характеристики этой системы программирования.

• 1) ТСП — это интегрированная система, обеспечивающая полный замкнутый цикл разработки систем типа АСУТП на базе МПСУ:
  • Формирование спецификации проекта, его верификацию, генерацию кода, отладку программ, запись в ПЗУ и сопровождение.
  • Методологической базой ТСП являются: структурный и объектный подходы построения систем.
  • Средством программирования является графический язык релейно-функциональных схем (РФС), обеспечивающий наглядность и достоверность проектирования.
• 2) ТСП является компилирующей системой, обеспечивает генерацию качественных компактных прикладных программных систем с малым временем реакции.
• 3) Встроенная библиотека функциональных блоков обеспечивает необходимые средства обработки информации и управления данными и УСО. В то же время система является открытой, предоставляет возможность модификации и наращивания как библиотеки функциональных блоков, так и библиотеки модулей УСО в составе МПСУ.
• 4). ТСП включает в себя программные средства радиальной локальной сети на базе модуля 6-ти канального ИРПС.
• 5). ТСП обеспечивает программную реализацию параллельных процессов

ТСП обладает рядом достоинств, которые позволили создать на ней программы, успешно работающие у многих пользователей МПСУ. Чаще всего сгенерированная программа может работать непосредственно в РПЗУ, являясь независимой от операционной системы, что в целом обеспечивает удобство и надежность эксплуатации. В данном случае ОС RT-11SJ используется только как изначальная среда для запуска и работы инструментальной системы ТСП при разработке и отладке проекта.

Таким образом, отнесение описания ТСП в данный раздел является несколько условным. Запуск исполняемых программ в ОС RT-11 в большинстве случаев осуществляется в процессе отладки, а отлаженные программы не нуждаются в поддержке ОС.

Мало того, существует РПЗУ версия технологической системы программирования, которая вообще не нуждается в ОС.

ТСП проста в освоении, подробно документирована. К недостаткам можно отнести то, что она «застыла» на уровне 1995 года и не превратилась в еще более мощную и удобную систему.

Автономные программы в МПСУ, не требующие операционной системы

Автономные программы — это программы, которые запускаются и работают в МПСУ без поддержки операционной системы RT-11SJ, в них не используются макрокоманды, требующие наличия в памяти подпрограмм, присущих только RT-11.

Рассмотренные в предыдущем разделе системы программирования позволяют создавать, в том числе, автономные программы, которые впоследствии размещаются в РПЗУ, запускаются автоматически при включении питания МПСУ и работают без поддержки ОС, а именно:

• Автономные программы , разработанные в системе MACRO-11
• Автономные программы, разработанные в QUASIC-системе
• Автономные программы, разработанные в ТСП
• Автономные программы, разработанные в интегрированной среде CROSS-11

На основе комплекта автономных программ может быть построена достаточно сложная конфигурация системы с несколькими МПСУ по одной из модификаций Схемы 2, так как МПСУ не связаны необходимостью загрузки в них операционной системы по параллельному каналу. Здесь следует, видимо, оговориться, что загрузку ОС по последовательному каналу мы делать не планировали, считая это бесполезным занятием. А вот загрузка сравнительно небольших исполняемых программ в МПСУ по последовательному каналу полностью себя оправдывает. Этот вопрос рассмотрен в следующем пункте.

Загружаемые извне автономные программы

Далеко не всегда применение модулей РПЗУ в качестве носителей исполняемых программ себя оправдывает, особенно если «под рукой» имеется ПЭВМ, где файлы программ для всех МПСУ в системе хранятся на HD. Автономная программа представляет собой код, работающий независимо от операционной системы. Такая программа предназначена для исполнения в МПСУ, как в целевом контроллере. Загрузка в контроллер МПСУ из ПЭВМ может осуществляться по любому из объявленных каналов связи. Для сравнительно больших программ (например, супервизор МПСУ в системе удаленного программирования) может быть сделана загрузка по параллельному каналу. Но чаще всего для загрузки достаточно наличия связи по последовательному каналу.

Если для связи с МПСУ используется только последовательный канал, то можно ПЭВМ поставить на значительном удалении. При включении питания МПСУ, он готов к обмену по последовательному каналу (терминальному) контроллера МПСУ. Программа из ПЭВМ загружается в ОЗУ контроллера МПСУ и автоматически там запускается.

Существует несколько версий программ для обмена по последовательному каналу между ПЭВМ и МПСУ: часть из них загружают конкретные программы и служебные файлы, необходимые для работы, а, например, монитор связи между ПЭВМ и МПСУ по последовательному каналу, характеристики которого приведены ниже, имеет более широкие возможности.

Монитор связи ПЭВМ с МПСУ по терминальному ИРПС — каналу применяется для сопряжения ПЭВМ и удаленных МПСУ, обеспечивает их управление в пультовом режиме контроллера МПСУ, выполнение загрузки в МПСУ программ, а также запуск программ, размещенных как в ОЗУ, так и в устройстве РПЗУ.

Для работы канала ИРПС в ПЭВМ устанавливается адаптер сопряжения «RS-232 — ИРПС»

Функции монитора:

• 1) Загрузка из ПЭВМ автономно работающих программ в загрузочном формате .SAV в ОЗУ контроллера МПСУ, запуск загруженных программ.
• 2) Эмуляция на ПЭВМ алфавитно-цифрового дисплея для МПСУ
• 3) Загрузка в контроллер МПСУ из ПЭВМ программ, созданных в среде технологической системы программирования (ТСП — РФС) с последующим их запуском
• 4) Копирование автономных программ .REL формата, созданных в технологической системе программирования и автономных программ .SAV формата в РПЗУ типа М122
• 5) Обеспечивается настройка на работу с любым из возможных каналов ИРПС, подключаемых через порты COM1 — COM4.

Интегрированная среда CROSS-11

Следует обратить внимание на данную систему программирования, которая предоставляет очень широкие возможности программирования МПСУ на языке MACRO-11, используя только ПЭВМ.

Среда CROSS-11 представляет собой интегрированный комплекс для разработки и отладки на ПЭВМ программ для различных ЭВМ с системой команд СМ ЭВМ. Поскольку контроллер МПСУ имеет именно эту систему команд, то данная среда с успехом применяется в СКБ ВТ для разработки автономного программного обеспечения МПСУ.

Несколько лет назад данная система (версия <1.8>) была поставлена в СКБ ВТ лабораторией электроники завода «Прибор», г. Санкт Петербург. Разработчик предлагает к поставке и более новую версию системы с улучшенными свойствами.

• 1) Область применения CROSS-11.
  • Среда CROSS-11 предназначена для поддержки разработки программ для процессоров с системой команд СМ ЭВМ («Электроника-60», микропроцессоры ВМ1801, ВМ1806) на этапах проектирования и написания программы на языке MACRO-11, автономной и комплексной отладки, отладки в замкнутом контуре математического моделирования. Версия <1.8> поддерживает разработку программ на макроассемблере, их автономную и комплексную отладку на программной моделии (эмуляторе) вычислителя.
• 2) Основные достоинства среды CROSS-11:
  • совместимость с MACRO-11 по формату исходных файлов
  • возможность использования объектных файлов формата OC RT-11
  • высокие скорости трансляции сборки и эмуляции
  • полная интеграция всех выполняемых функций
  • средства символьного многооконного отладчика
  • возможность подключения пользовательских моделей внешней среды
  • возможность профилирования программ с различными видами отчётов
  • позволяет разрабатывать одновременно нескольких проектов на оном комплексе
  • удобный интерфейс пользователя
  • подсказка пользователю по любому вопросу
• 3) Среда CROSS-11 предназначена для работы на ПЭВМ типа IBM PC под управлением операционной системы MS DOS 3.30 (и старше).

Данная версия системы не содержит защиты от прямого копирования и может работать на любом компьютере, что позволяет организовать несколько рабочих мест для программирования.

Для удобства практического использования программ, созданных в данной среде, в СКБ ВТ разработаны программы закачки исполняемого кода программ в контроллер МПСУ, а также средства программирования кода в микросхемы РПЗУ на универсальном программаторе типа «Стерх ST-900».

Взаимодействие между ПЭВМ и автономными программами в МПСУ

Как было сказано выше, наиболее простое взаимодействие заключается в обеспечении со стороны ПЭВМ эмуляции терминала (дисплея) для программы, работающей в одном или нескольких подключенных по последовательным каналам МПСУ

Для взаимодействия с отдельно подключенным удаленным контроллером ПК-1 или ПК-2 разработана библиотека функций, применительно к языку С.

Схема 2.2 требует организации взаимодействия в локальной сети, включающей несколько МПСУ и ПЭВМ. Для такой организации предлагается применять разработанный сетевой драйвер, который включается во взаимодействующие программы ПЭВМ и МПСУ и позволяет осуществлять обмен между ними.

Назначение и условия применения сетевого драйвера

• 1) Сетевой драйвер предназначен для организации локальной сети передачи данных для конфигураций ПЭВМ — МПСУ, ПЭВМ — маршрутизатор (концентратор) — МПСУ, ПЭВМ — ПЭВМ как по последовательному каналу RS-232, так и по телефонным каналам с использованием модемов.
• 2) Сетевой драйвер имеет две основные согласованные между собой реализации. Одна выполнена для PC — совместимых компьютеров (модуль COMDRV — для связи по каналу RS-232 ; модуль MODDRV — для связи через модем). Другая — для МПСУ в виде двух соответствующих модулей P205 , N236 и M236. Комбинируя обе реализации при соответствующей аппаратной поддержке, можно строить локальные сети произвольной конфигурации.
• 3) Драйвер MODDRV по обращению аналогичен драйверу COMDRV (ему соответствует программный модуль P205 для МПСУ), однако протоколы обмена при их похожести не совместимы, т.к. в COMDRV — P205 использован протокол передачи с подтверждением каждого байта в отличие от MODDRV, где такого контроля нет.
• 4) На персональном компьютере драйвер MODDRV в виде объектного модуля может работать в средах MS DOS, Windows. В драйвере используются Pascal -соглашения по передаче параметров (большая модель памяти). Это дает возможность работать с ним на языках Assembler, Pascal, C/C++ различных фирм. При работе с компиляторами языков C/C++ используется заголовочный файл COMDRV.H.
• 5) В МПСУ драйвер представлен программными модулями Р205, N236 и M236. При работе в среде РФС данные модули используются откомпилированными в формате .REL . При использовании других средств программирования используются модули P205.OBJ, :N236.OBJ и M236.OBJ. Здесь используются Fortran — соглашения по передаче параметров, принятые в OS RT-11.
• 6) Реализация сетевого драйвера выполнена из учета требований систем реального времени. Это позволяет выполнять сетевые функции обмена данными параллельно с другими процессами. Кроме того, драйвер позволяют организовать параллельную работу по нескольким каналам одновременно.
• 7) Для построения локальной сети физическая связь компьютеров должна быть выполнена через последовательные порты COM1 — COM4 (RS-232) со стороны ПЭВМ. Драйвер позволяет организовать работу одновременно по всем каналам, подключенным через указанные порты. Со стороны МПСУ драйвер использует порты 1 — 4 модуля M236 при организации локальной сети по последовательному каналу. При работе с модемами в модулях М236 используются только каналы 1 и 2. Драйвер в МПСУ обеспечивает работу с двумя модулями M236 и, таким образом, позволяет одновременно работать с восемью каналами RS-232. Для организации связи по телефонным каналам к указанным портам как со стороны PC , так и со стороны МПСУ подключаются модемы. Можно использовать любые hayes — совместимые модемы (не обязательно одинаковые). Первоначально драйвер производит базовые установки, стандартные для этих модемов. В процессе работы пользователь может произвести согласованные переустановки модемов для повышения эффективности передачи данных.
• 8) Протокол передачи данных разработан в СКБ ВТ Данный протокол обладает следующими основными характеристиками:
  • полудуплексный режим обмена
  • обеспечивает произвольную маршрутизацию передаваемых данных при использовании маршрутизатора (концентратора) путем заданиям трассы номеров транзитных станций