CC BY
5
Chausov Evgeny Viktorovich, head of the department, ewhenig@ya.ru, Russia, Akhtubinsk, Chkalov State Flight Test Center
УДК 004.942
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-149-152
ПРИМЕНЕНИЕ РЕЖИМА ПРЕРЫВАНИЙ В КОНТРОЛЛЕРАХ ФОН НЕЙМАНОВСКОГО ТИПА
В.А. Шаров
Построена модель режима обработки прерываний, используемого в контроллерах Фон Неймановского типа для ускорения доступа к данным при возникновении критических ситуаций на объекте управления. Показано, что наряду с ускорением обработки данных, вводимых по прерыванию, происходит замедление работы фоновой программы. Получены зависимости для определения времени работы фоновой программы и программы обработки прерываний.
Ключевые слова: прерывание, алгоритм, управляющая система, обработка прерывания.
Для ускорения доступа к данным при возникновении критических ситуаций на объекте управления широко использую контроллеры, в которых реализован режим обработки прерываний^, 2]. Необходимость в организации подобного режима возникает на объекте управления в аварийной ситуация, идентифицируемой по сигналу датчика, и требуется оперативное вмешательство контроллера для ликвидации подобной ситуации.
Внешний источник, например, сенсор, фиксирующий состояние объекта, близкое к критическому, генерирует прерывания независимо от котроллера, поэтому между источником и ЭВМ фон Неймановского типа возникает «соревнование»
При работе управляющей системы процессы Ц^аск и Ц^П; соревнуются друг с другом. Петри-Марковская модель соревнований [9, 10, 11] приведена на рис. 2. Система с прерываниями описывается следующей шестеркой:
П = {С, 7, X(2), Y(2), U0), Л}, (5)
где с = С0 ^ и Ск - множество мест; включающее С0 - место, моделирующее начало функ-к
ционирования системы; и Ск = {кС}, кС2, кСз } к = 1,2,... - подмножества мест, моделирующих процессы, участвующие в «соревновании» к-го уровня; кСу - место, моделирующее процесс интерпретации фоновой программы, или процесс обработки прерываний (для простоты, не нарушая общности, программы обработки прерываний и фоновая считаются одинаковыми);
кС2 - место, моделирующее функционирование генератора прерываний, к С3 - место, моделирующее возврат на предыдущий уровень; 2 = {г^,..., гк,...} - множество переходов, определяющих уровень прерываний; X{7) = {X(г\),..., X(гк),...} - входная функция переходов, описывающая множество мест, из которых можно попасть в соответствующий переход за один полушаг; Y(7) = {(г\),..., Y(гк),...} - выходная функция переходов, описывающая множество
мест, в которые можно попасть из соответствующего перехода за один полушаг;
, ик (), .. .} - множество плотностей распределения времени выполнения полушагов из мест; Л = {Л^,..., Л к, .} - множество логических условий выполнения полушагов из
переходов; к фу {() и к ф {() - плотности распределения времени, оставшегося до окончания
обработки прерывания и до поступления очередного прерывания на к-м уровне
149
Х^)4о, Ч Ч); Х(гк)={к-1сь к"1с2, к+%), к = 2,3,...; (6)
У{4)={к+Ч, к+1С2, к+1сз), к = 2,3,...; (7)
ик(()={кф/((), кФя((),5(()); (8)
Л1 = {Л1 1С1) Л1 1с 2)); (9)
Л1^Ь 1с1 ь^Ь 1с2ьм^ ^ c3, ^ ^^ ^);
Лк = кк \ч, кс1)Лк (ч, кс2 )1Лк (гк, кс3));
Лк [2к, кс1 )=Лк (z2, кс2 )=^(к_1с2, Ч ^^+1с3, Ч );
Л к (*к, кс3 ц(к "ч Ч ), к = 2,3,....
к Ф / () к Фg ()=к ^ / /Е (()=к Ф / () •
к Ф? (()/к Ф/ (()=к^ // (()=кФя (()•
"к Ф я () 1-к Ф / ()
(10)
г" ''я/ (
... ф... (()=!... ф... о.
о
Многоуровневая процедура парных «соревнований» генератора и обработчика прерываний реализуется следующим образом. На первом уровне:
производится подстановка 1ф / (()< /((); 1ф^ (()< ^(().
проверяется выполнение полушага (а о, Zl). Если (а о, Zl) = 0, то система находится в режиме ожидания запуска, в противном случае запускается «соревнование» плотностей распределения
1Ф / (()и 1Ф я ().
Определяется «победитель» «соревнования». Если «победителем» является плотность 1ф/ ((), то взвешенная плотность распределения времени выполнения полушага (1а1, Z2)
определяется по зависимости (19) для случая 1ф/ ((1ф^ ((), вероятность 1 %// ^ и чистое
распределение времени выполнения полушага (1а1, Z2 ), 1ф// ^ ((), определяются по зависимостям (8).
выполняется полушаг (1а1, Z2) в соответствии с логическими условиями (9), который
инициирует выполнение полушага ^2, ^3);
определяется плотность распределения времени, оставшегося до поступления очередного запроса на прерывание, 1ф / ()^-1ф ^ ((), по зависимости [12, 13, 14]
1(() к Ф/ Фя ( + ^ (11)
кф/()—-о-'
1к Ф / ()к Ф я (()
о
где к = 1; производится подстановка 1ф / (()</ ((); 1ф ^ (()^1ф / ^^ (() и перезапуск процесса; если после определения «победителя» в «соревновании» является плотность 1ф^ ((), то взвешенное распределение времени выполнения полушага , ^ ) определяется по зависимости (Ю) для случая 1ф^ (()) 1ф / ((), вероятность // ^; в этом случае определяется
1Ф ()^-1ф/((). производится подстановка 2ф/(()<^1фя^(()^1ф/((); 2фя(()<я(), которая подготавливает следующий шаг рекурсии.
15о
Первый уровень, 0 прерываний в очереди
k-й уровень, k-1 прерывание в очереди
Второй уровень, 1 прерывание в очереди
k+1-й
(Ша3) (kM Ck+) УPовень,
k прерываний
в очереди
zk+2
Модель «соревнований» в системе с прерываниями
Далее вышеописанная последовательность действий повторяется для второго, ..., k-го шага рекурсии.
Процесс переключений в системе с прерываниями, в общем случае является бесконечным, но не является ни Марковским, ни полумарковским [14]. Это происходит из-за необходимости при моделировании выполнения подстановок (11), которые определяются предысторией переключений. Однако, если на каждом уровне рекурсии оценивать плотности распределения времени пребывания на нем и вероятности «победы» и «поражения» в «соревновании» генератора и обработчика прерываний, то может быть сформирован полумарковский процесс переключений в системе.
В результате сформирована Петри-Марковская модель функционирования управляющего контроллера Фон Неймановского типа, в котором реализован режим прерываний. Это позволило построить полумарковский процесс для расчета временных интервалов в системе. Общий подход является основой для построения моделей более сложных систем, в том числе многозадачных, многопроцессорных и т.п. Дальнейшим развитием систем обработки данных с прерываниями является решение оптимизационной задачи, которая позволяет, например, минимизировать время ответа на прерывания
Список литературы
1. Landau I.D., Zito G. Digital Control Systems, Design, Identification and Implementation. Springer, 2006. 484 p.
2. Astrom J., Wittenmark B., Computer Controlled Systems: Theory and Design. Tsinghua University Press. Prentice Hall, 2002. 557 p.
3. Regehr J. Duongsaa U. 2005. Preventing interrupt overload // Proceedings of the Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems. 2005. - Pp. 50 - 58.
4. Czerwinski, M., Cutrell, E., Horvitz, E. Instant messaging and interruption: Influence of task type on performance // Proceedings of OZCHI. Sydney, Australia - 2000, -https://interruptions.net/literature/Czerwinski-0ZCHI00.pdf.
5. Bielecki T.R., Jakubowski J., Niew^glowski M. Conditional Markov chains: Properties, construction and structured dependence // Stochastic Processes and their Applications. V. 127, N. 4. 2017. Pp.1125-1170.
6. Ching W.K., Huang X., Ng M.K., Siu T.K. Markov Chains: Models, Algorithms and Applications / International Series in Operations Research & Management Science. V. 189. Springer Science + Business Media NY, 2013. 241 p.
7. Howard R.A. Dynamic Probabilistic Systems. Vol. 1: Markov Models. Vol. II: Semi-Markov and Decision Processes. Courier Corporation, 2012.
8. Janssen J., Manca R. Applied Semi-Markov processes. Springer US, 2006. 310 p.
9. Larkin E.V., Malikov A.A., Ivutin A.N. Petri-Markov model of fault-tolerant computer systems // 4th International Conference on Control, Decision and Information Technologies (CoDIT). 5-7 April 2017, Barcelona, Spain - IEEE, 2017. P. 416-420.
10. Heymann M. Concurrency and Discrete Event Control // IEEE Control Syst. Mag. 1990. Vol. 10. P. 103 - 112.
11. Valk R. Concurrency in Communicating Object Petri Nets // Concurr. object-oriented Program. Petri nets. 2001. P. 164 - 195.
12. Ivutin A.N, Larkin E.V. Simulation of Concurrent Games // Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modeling, Programming and Computer Software. Chelyabinsk,
2015. Vol. 8, № 2. P. 43 - 54.
13. Larkin E.V., Ivutin A.N., Kotov V.V., Privalov A.N. Simulation of Relay-races // Bulletin of the South Ural State University. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software.
2016. Vol. 9. No 4. P. 117 - 128.
14. Larkin E.V., Ivutin A.N., Troshina A. Model of interruptions in Swarm unit // Advances in swarm intelligence. Proceedings of 8-th Internati0onal conference ICSI 2017. Fukuoka, Japan.
2017. Part 1. P. 50 - 59.
Шаров Вадим Арнольдович, аспирант, vs@aqs.ru, Россия, Шуя, Шуйский филиал Ивановского государственного университета
USE OF INTERRUPT MODE IN VON NEUMANN-TYPE CONTROLLERS
V.A. Sharov
The model of interruption processing regime, using in Von Neumann type controllers for acceleration to data access when emergence of critical regimes at the object under control is worked out. It is shown, that along with acceleration data, obtaining under interruption, deceleration of background program operation occurs. Dependences for runtime of background program and interrupt handler are obtained.
Key words: interrupt, algorithm, control system, interrupt handling.
Sharov Vadim Arnoldovich, postgraduate, vs@aqs.ru, Russia, Shuya, Shuya Branch of Ivanovo State University
УДК 355.41
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-152-156
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ
ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ СВЯЗИ
В.С. Шумилин, Р.В. Гладышев, Н.Д. Сизов, А.Н. Симаков
Рассмотрена методика оценки эффективности функционирования органов управления материально-техническим обеспечением подразделений связи с учетом их организационно-штатного построения.
Ключевые слова: материально-техническое обеспечение, должностные лица органов управления, подразделения связи.
В настоящее время эффективность функционирования органов управления является важнейшим фактором поддержания высокой готовности и слаженности подразделений связи. Особенно это актуально на современном этапе при переходе на новые организационно-штатные структуры, образцы новой техники связи и автоматизированных систем управления.
152
