МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ

 
53 
обработку  данных  между  быстрыми  и  дорогими  ИПВВ  и  более  мед-
ленными  и  дешевыми  многоканальными  платами  ввода-вывода  без 
процессора (МПВВ). В качестве ИПВВ нами были использованы пла-
ты L-783 производства  фирмы L-Card, содержащие  один  процессор 
ADSP2186. В качестве МПВВ – платы А812PG фирмы ICP DAS. 
В общем случае, каждая из рассматриваемых АСНИ реализует че-
тыре основные функции:  
1.  Фиксация  откликов  объекта  и  режимозадающего  оборудования 
Ff
x
; 
2.  Формирование управляющих воздействий Fс; 
3.  Визуализация экспериментальных данных (как прямых, так и рас-
четных) Fv; 
4.  Накопление данных Fd. 
Обозначим Ff
x
  для  функций 2, 3, 4 Ff
c
, Ff
v
  и Ff
d 
соответственно. 
Каждая функция выполняется с определенной частотой. Пусть система 
имеет n входов: u
1
, u
2
, … u
n
 (n внешних сигналов). Обозначим х
ik
 k-тый 
отсчет (цифровое значение сигнала) с i-го входа системы. Тогда  
 
Fc = Fc (x
i1
 
1
, …, x
 i1
 
c1
; x
 i2
 
1
, …, x
 i2
 
c2
;
 … 
; x
 i
α
 
1
, …, x
 i
α
 
ck
), 
где ij, j = 1,
α – номер входа системы; сj, j = 1,k – номер отсчета. 
Аналогично можно определить: 
 
Fv = Fv (x
j1
 
1
, …, x
 j1
 
v1
; x
 j2
 
1
, …, x
 j2
 
v2
;
 … 
; x
 j
β
 
1
, …, x
 j
β
 
vl
), 
 
Fd = Fd (x
y1
 
1
, …, x
y1
 
d1
; x
 y2
 
1
, …, x
 y2
 
d2
;
 … 
; x
 y
χ
 
1
, …, x
 y
χ
 
dm
), 
Обозначим: 
T(Ff
c
) – критическое  время  выполнения  функции Ff
c
  для  данных  
x
i1
 
1
, …, x
 i1
 
c1
; x
 i2
 
1
, …, x
 i2
 
c2
;
 … 
; x
 i
α
 
1
, …, x
 i
α
 
ck.
 
T(Fc) – критическое время выполнения функции Fc. 
Аналогично определяются T(Ff
v
), T(Fv), T(Ff
d
), T(Fd). 
Важным показателем системы является время ее реакции на внеш-
ние события (термин «время реакции» применим не только ко времени 
формирования  управляющих  воздействий,  то  есть  к  функции Fc, но 
также  и  ко  времени  визуализации  информации  и  времени  сбора  дан-
ных,  например,  успеть  сохранить  блок  данных  до  момента  поступле-
ния следующего блока). Рассмотрим, каким образом можно сократить 
его, то есть сумму T(Ff
c
) + T(Fc), T(Ff
v
) + T(Fv), T(Ff
d
) + T(Fd). 
Функции Ff
c, 
Ff
v 
и
 
Ff
d
 не имеют принципиального отличия, поэтому 
далее  под  функцией Ff будем  понимать  любую  из  вышеперечислен-
ных.  

54 
Обозначим F’f такие функции Ff, для выполнения которых приме-
няются ИПВВ, F’’f – остальные функции Ff. Аналогично вводятся по-
нятия F’с, F’’c, F’v, F’’v, F’d, F’’d. 
В  случае  малых  временных  диапазонов (T(Ff) порядка  микросе-
кунд  и  менее)  ввод  данных  в  реальном  времени  однопроцессорной 
АСНИ затрудняется временными задержками, которые возникают при 
передаче  данных  по  каналам  связи  из  внешнего  мира в вычислитель-
ную среду, а также задержками операционной системы (современные 
операционные  системы  реального  времени  имеют  задержки  порядка 
нескольких  микросекунд).  Поэтому  во  многих  случаях  единственно 
возможным  решением  является  перенос  вычислительной  среды  как 
можно ближе к источникам сигналов, то есть на ИПВВ. Тогда решает-
ся  вопрос  о  временных  задержках,  связанных  с  передачей  данных  по 
шинам расширения, таким как ISA, PCI, VME и т.п. В случае электро-
химического  и  медицинского  эксперимента  применение  ИПВВ  было 
необходимым  в  силу  требования  непрерывного  сбора  и  обработки 
группы данных на частоте до 3 МГц (T(F’f) = 0.3 мкс). Однако, в целях 
снижения  стоимости  системы,  для  фиксации  относительно  медленно 
меняющихся величин, таких как температура или давление (T(F’’f) = 1 
мс), мы применили МПВВ. 
Установка  в  компьютер  нескольких  плат  с  одним DSP позволила 
организовать одновременный сбор и первичную обработку данных на 
высокой  частоте  сразу  от  нескольких  источников.  До  недавнего  вре-
мени  традиционный  подход  заключался  в  формировании  последова-
тельных  управляющих  воздействий  центральным  процессором  и  не 
позволял добиться многоканального сбора и обработки данных на вы-
сокой частоте из-за относительно больших временных затрат на пере-
дачу данных по каналам связи. В случае с DSP управляющие команды 
на сбор данных, например, в медицинском эксперименте, осуществля-
ет этот процессор, определяя с какого канала и в какое время получить 
данные.  Таким  образом,  один DSP может  последовательно  опросить 
несколько каналов. Вопрос о применении дополнительных плат с DSP 
решался  с  учетом  времени  аналого-цифрового  преобразования,  кото-
рое  выполняется  последовательно  для  каждого  канала,  а  также  пре-
дельно допустимой частоты сбора данных одним DSP. На плате L-783 
время  составило 0.3 мкс.  Таким  образом,  применение  нескольких 
ИПВВ позволяет существенно сократить время T(F’f). 

 
55 
Следующее  преимущество  ИПВВ – это  первичная  параллельная 
обработка полученных данных. Сокращение общего времени обработ-
ки T(F’c) + T(F’’c)
, 
T(F’v) + T(F’’v)
, 
T(F’d) + T(F’’d) происходит как за 
счет применения параллелизма, так и за счет снижения объема полез-
ных  данных,  необходимых для централизованной обработки главным 
процессором.  Так,  в  медицинском  эксперименте  ИПВВ  выделяет  из 
непрерывного  потока  данных  полезный  сигнал,  и  только  эти  данные 
передает центральному процессору системы. 
В  общем  случае  время  реакции  системы  определяется  суммой 
Т(Ff) + Т(F). Это относится ко всем ее функциям: Fc, Fv и Fd. Однако, 
организовав двухступенчатый конвейер из периферийного и централь-
ного процессора, можно сократить время реакции до следующей вели-
чины: max(Т(F’f),  Т(F’’)),  что  и  было  сделано  в  разработанных  нами 
АСНИ. Пока центральный процессор выполняет функции F’’c, F’’v и 
F’’d, DSP выполняет F’f
c
 , F’f
v
 , F’f
d
 . 
Для Fv и Fd данные  необходимо  передать  главному  процессору 
системы,  так  как  только  через  него  возможна  связь  с  устройствами 
визуализации  информации  и  с  устройствами  хранения  данных. Одна-
ко, в случае Fc все данные обрабатываются непосредственно на плате 
ввода-вывода и здесь же может быть сформировано управляющее воз-
действие. Тогда Т(F’f
c
) + Т(F’c) составляет сотни наносекунд, а приме-
нение  нескольких  жестко  связанных  процессоров  на  одной  плате  по-
зволяет  существенно  сократить  время  выполнения  определенных  ал-
горитмов.  В  электрохимическом  эксперименте,  например,  одно  из 
управляющих  воздействий  вырабатывается  при  прохождении  через 
электролит  заданного  количества  электричества  путем  непрерывного 
подсчета,  которым  занимается DSP. Время  реакции  системы  в  этом 
случае составляет: 
 
 
Т(F’f
c
) + Т(F’c) = 0.3 мкс + 0.1 мкс = 0.4 мкс,  
 
что полностью удовлетворяет исходным требованиям. 
Алгоритмы,  выполняемые  на  подобных  платах,  как  правило,  не 
являются большими, поскольку основное их предназначение – быстрая 
обработка данных в непосредственной близости от источников сигна-
лов  и  средств  формирования  управляющих  воздействий,  когда  время 
передачи данных в центральный процессор является критичным. 
DSP-мультипроцессинг  активно  применен  в  разработанных  нами 
АСНИ  для  электрохимического  и  медицинского  экспериментов,  что 

56 
обеспечило получение заданных временных характеристик и позволи-
ло избежать использования такого дорогостоящего программного про-
дукта, как операционная система реального времени. 

жүктеу/скачать 1,64 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: