Введение к работе
Актуальность.
Обработка измерительной информации — один из важнейших этапов испытания сложных технических систем (СТС), например летательного аппарата, или проведения физического эксперимента. Сокращение сроков проведения испытаний или числа экспериментов зависит от эффективного применения вычислительной техники, в том числе в реальном времени. Развитие средств сбора и регистрации измерительной информации, используемых при испытании новых образцов сложных технических систем, и, кроме того, замена устаревшей вычислительной техники серий АСВТ, ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ на персональные компьютеры, в последние годы привело к необходимости пересмотра принципов построения измерительно-информационных систем (ИИС). В частности, необходимо комплексное решение проблем ввода и обработки нескольких потоков измерительной информации в реальном времени, подключения к ПЭВМ различных нестандартных источников информации и исполнительных механизмов, использования сети ПЭВМ.
Поэтому актуально исследование и решение проблем организации сетевых связей между источниками и ПЭВМ, коммутации потоков измерительной информации, распределения программных средств ПЭВМ для обработки и графического отображения и др. Решение поставленных проблем возможно только при создании принципиально нового типа ИИС — информационно-измерительных систем с сетевой архитектурой (ИИС СА).
Проектирование таких систем, особенно для организации работ в реальном времени, чрезвычайно сложный процесс. Главным образом, это связано со сложностью выбора необходимых аппаратных и программных средств для получения удовлетворительных характеристик по производительности системы. К таким характеристикам можно отнести время прохождения информации через систему, время реакции на аварийное сообщение, время обработки нештатных ситуаций, пропускную способность каналов связи и т.п.
Достижение эффективного соотношения стоимость/производительность как на этапе проектирования, так и внедрения (тиражирования) ИИС возможно только при условии чисто прагматического подхода к созданию ИИС СА, при котором выполняются предварительные (в том числе теоретические) расчеты необходимых характеристик, делается правильный выбор аппаратных средств и операционной системы, языков программирования, структуры программ
обработки и способов реализации. Уменьшение затрат на разработку и сокращение сроков проектирования ИИС СА требует также специализированного технологического программного обеспечения, применение которого значительно ускоряет проектирование и ввод в эксплуатацию ИИС СА.
Целью исследования является разработка методики создания технологического программного обеспечения (ТПО), а также получение численно-аналитических методов оценки различных характеристик ИИС СА и решение вопросов проектирования ИИС СА с заданными характеристиками.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы построения аналитических и имитационных моделей, методы теории операционных систем, теории схем программ, теории языков программирования.
Научную новизну работы составляют:
методика построения технологического программного обеспечения для проектирования, наладки и эксплуатации ИИС СА;
структура языка программирования, предназначенного для проектировщиков аппаратуры;
принципы построения универсального отладчика аппаратуры, рассчитанного на проектировщиков, не знакомых с программированием;
обобщенная потоковая модель ИИС СА и модель прохождения аварийных сообщений;
методы априорной оценки времени прохождения сообщений в ИИС СА, в том числе времени реакции на аварийное сообщение. Основные положения, выносимые на защиту:
методика построения технологического программного обеспечения для проектирования, наладки и эксплуатации ИИС СА, основанная на анализе технических требований к ИИС и библиотеке типовых модулей доступа к ресурсам ПЭВМ;
принципы построения универсального отладчика аппаратуры, включающего язык управления свободными ресурсами ПЭВМ и средства генерации тестовых последовательностей и анализа данных;
методика аналитической, основанной на потоковой модели, и имитационной, на базе набора моделей блоков системы, оценок основных характеристик ИИС СА.
Практическая ценность работы заключается в том, что применение предварительных численных расчетов и программных моделей на начальных этапах проектирования позволит сделать оценку
правильности выбора аппаратных средств и отчасти программных решений. Кроме того, ТПО, описанное в диссертации или разработанное па основе предложенных принципов, сокращает сроки проектирования и наладки МИС СЛ.
Полученные результаты использовались при разработках:
Универсального комплекса контроля (УКК) параметров движения орбитального корабля «Буран» на этапе спуска и посадки;
систем электроуправления и аварийной защиты для испытаний энергетической установки;
системы «Диагностика» для анализа нештатных ситуаций на основе обработки телеметрической информации со станции «Мир»;
наземного технического комплекса для испытания спутника связи «Ямал»;
аппаратуры РПИ для научного модуля станции «Мир»;
автоматизированного рабочего места оператора-технолога по наладке модулей научных приборов для космических исследований;
системы автоматического и оперативного управления электроэнергетическим объектом в нормальных и аварийных условиях;
системы ввода, регистрации и обработки изображения с магнитофона «MATRA»
и ряда других систем.
Диссертация выполнялась в рамках следующих НИР и НИОКР АОЗТ «Наука-сервис» и ТОО «НоБэкс-тех»:
Разработка и изготовление сетевого процессора. Заказчик — ЛИИ им. М.М. Громова;
Разработка системы сбора и обработки измерительной информации для стенда 25 НИК 760. Заказчик — НПО Энергомаш;
Разработка и поставка комплекса ввода ТМИ и СЭВ в ПЭВМ. Заказчик — Центр управления полетами;
Разработка и поставка контрольно-проверочной аппаратуры приема и ретрансляции информации ССИ для спутника «Ямал». Заказчик — РКК «Энергия»;
Разработка технических и программных средств обработки и анализа ТМИ изделия 300 ГК. Заказчик — РКК «Энергия»;
Разработка и изготовление аппаратуры контроля модулей цифрового магнитофона ММР-Л. Заказчик — РІШИ космического приборостроения;
Проведение испытаний аппаратуры РПИ. Заказчик — ОКБ МЭИ;
- Разработка технических и программных средств ввода, регистрации и обработки изображения с магнитофона «MATRA». Заказчик — Российский институт мониторинга земель и экосистем.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конференциях ЛИИ г. Жуковский 1992-94 г., совещаниях в НПО Энергомаш, НИИ космического приборостроения, ОКБ МЭИ, а также демонстрировались на выставках «Softool-92», «Softool-93», «Использование вычислительной техники в энергетике» — ВВЦ, 1995, «Релейная защита и противоаварийная автоматика» — ВВЦ, 1996 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Состав диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы, включающего 58 наименований, и трех приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков и 13 таблиц.