Расчет и проектирование автоматизированной системы научных исследований (АСНИ)

      

      При следующих ограничивающих условиях:

      r_i £ f₀/f_oi - ограничение на погрешность восстановления, вытекающее из требования f_i ³ f_oi и f_i=f₀/r_i;

      j_i(mod r_i)¹j_j(mod r_j) - требование, согласно которому в каждом такте временной диаграммы должно начинаться выполнение не более одной задачи;

      н.о.к (r₁,r₂,r₃,...,r_m)£N₀ - ограничение на длину циклограммы, накладываемое оперативной памятью (н.о.к - наименьшее общее кратное).

      На  этапе предпроектного анализа целесообразно  использовать следующий подход к выбору параметров временной диаграммы. Примем тактовое расстояние r_i равным ближайшей к f₀/f_oi степени числа 2, меньшей f₀/f_oi, т.е. r_i=[f₀/f_oi]₂=2^a. При этом задача сведется к нахождению величины f₀, минимизирующей суммарную загрузку процессора

      r_S(f₀)=r_рт(f₀)+r_д(f₀)

      при следующем ограничении:

      

      Здесь К_з.ц. - коэффициент загрузки циклограммы, характеризует долю ненулевых элементов в циклограмме, М - число датчиков в системе.

      Функция r_S(f₀) имеет пилообразный характер, причем, локальные минимумы наблюдаются в “особых” точках, имеющих следующие значения:

      S^(k,i) = f_oi × 2^k, i=1,2,...,m k=1,2,....

      Значение  частоты f₀, обращающее r_S в минимум, лежит на интервале [C₀, 2C₀] в одной из особых точек. Напомним, что:

      

      Ограничивающее  условие К_з.ц. можно записать в следующем виде:

      

      Здесь K - число групп датчиков, М_j - число датчиков в j-ой группе, (2^к)_j - тактовое расстояние кратное степени числа 2 для j-ой группы.

      Алгоритм  определения параметров временной  диаграммы состоит из следующих  этапов:

      Этап 1

      Вычисление  области поиска рабочей частоты  циклограммы f₀: [C₀, 2С₀] – значения тактовой частоты циклограммы из указанного интервала должны выбираться по возможности наименьшими, что снизит требования на быстродействие КТС.

      Расчет:

      C₀ = 4×396+9×179+3×136+2×102=3822 

      Область поиска рабочей частоты циклограммы: [3822; 7644] 

      Этап 2 

      Значения  тактовой частоты циклограммы из найденного интервала могут определяться, например, наличием генератора стабильной частоты, но предпочтительнее их выбирать из тех, которые обеспечивают более близкое к 1 значение . Выбор предпочтительных частот:

      С₀ £ f_oi×2^a £ 2C₀

      Для каждой группы датчиков вычисляется:

      С_j = f_j × 2^a

      Здесь f_j - частота опроса f_oi любого датчика j-ой группы. 

      Расчет:

      C₁ = 396×2⁴   = 6336

      C₂ = 179×2⁵  = 5728

      C₃ = 136×2⁵    = 4352

      C₄ = 102×2⁶     = 6528

      Этап 3

      Из  рассчитанных для каждой группы С_j выбирается наименьшая С_j и проверяется в качестве тактовой частоты циклограммы - f₀. Вычисляются тактовые расстояния для каждой группы датчиков - значения (2^к)_j=[f₀/f_oi]_{2 .}

      По  условию построения равномерной  адаптивной циклограммы тактовые расстояния в нашем случае выбираются кратными степени двойки, что может иметь то преимущество, что в качестве задатчика циклограммы можно использовать двоичный счетчик. Если для выбранной частоты циклограмма может быть построена -  удовлетворяется условие К_з.ц. £ 1, то f₀ считается допустимой и квазиоптимальной для всех особых точек r_S(f₀). В противном случае она отбрасывается и этап 3 повторяется для других по порядку возрастания С_j . При таком подходе полученная f₀ является минимальной из возможных, где загрузка процессора также минимальна.

      Расчет:

      Начинаем  подбор с меньшей частоты C₃ = 136×2⁵    = 4352  

      :

      

      Выбор исследуемой тактовой частоты циклограммы позволяет получить по крайней мере для одной дроби искомый результат, совпадающий со значением равным степени двойки, что уменьшает процент пустых тактов в циклограмме и позволяет считать это значение частоты наиболее предпочтительным. Выбор  в качестве тактовых расстояний степеней двойки (8, 16, 32), меньших расчетных значений, обуславливается необходимостью обеспечения заданной точности восстановления сигнала.

      Вычислим  коэффициент заполнения циклограммы:

      

      Так как условие К_з.ц. £ 1 не выполняется, то переходим к следующей частоте:

      C₂ = 179×2⁵  = 5728

        

      Таким образом в качестве С_рт выбирается С₂:

      f₀= Срт= C₂ =

      Этап 4 

      Вычисляются тактовые расстояния и частоты запуска  для каждой прикладной задачи:r_i = [f₀ / f_oi]₂f_i = f₀ / r _iКаждой прикладной задаче в порядке возрастания тактовых расстояний назначается начальная фаза j_i и составляется циклограмма.Вычисляется длина циклограммы:

      N_ц = max{r₁,r₂,...,r_m}Номера датчикам назначаются следующим образом: 1-ая цифра - номер группы, которой принадлежит датчик, 2-ая цифра - номер датчика в группе. 

      Параметры временной диаграммы сведем в  таблицу:

      Таблица 9

 
 

      Длина циклограммы:

      N_ц = max{r₁,r₂,...,r_m}= 32 тактов. 

      Построим  циклограмму:

      Таблица 10

 

      Заполнение  циклограммы начинают с отведения  тактов для датчиков с меньшими тактовыми расстояниями. Датчикам присваиваются двухзначные номера, где первая цифра означает номер группы датчика, а вторая цифра номер датчика в группе.

      После построения циклограммы опроса рассчитываются r_рт и r_п для выбранного оборудования, и проверяется условие:

       r_п ³ r_рт + R₀                                       (7)

      Если  необходимо делаются замены в составе  аппаратно-программного обеспечения и вновь проверяется условие. Таким образом выбирается необходимое оборудование.

      С целью уменьшения трудоемкости расчетов целесообразно на начальном этапе  исключить из рассмотрения сочетание программно-аппаратных средств АСНИ, заведомо недопустимых по производительности. Для этих вариантов не выполняется хотя бы одно из следующих неравенств: