Всеукраїнська науково-практична конференція



Сторінка27/60
Дата конвертації11.05.2018
Розмір3.74 Mb.
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   60

Воробець г.і., кузь м.а., гуржуй р.д.


ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА (УКРАЇНА)

структурні рішення базового модуля цифрової обробки

інформаційних сигналів сенсорів



Обґрунтовано підходи та структурні рішення базового модуля цифрової обробки сигналів з аналогових сенсорів екологічних параметрів довкілля. Запропоновано схемо технічне рішення, яке дозволяє забезпечити чутливість вимірювального тракту комп’ютеризованої системи обробки інформації на рівні 10-11 А при похибці вимірів не більше 4%.
1. Вступ

Застосування комп’ютерних засобів для збору, обробки і аналізу інформації є одним з з напрямків інформаційних технологій, що найбільш динамічно розвивається, тому актуальними є питання створення уніфікованих мікропроцесорних модулів для вирішення проблемно-орієнтованих задач. Метою даного дослідження стало створення базового модуля інформаційно-вимірювальної системи для накопичення і первинної обробки сигналів з сенсорів екологічних параметрів довкілля. Оскільки в якості сенсорів параметрів довкілля переважно використовуються напівпровідникові первинні перетворювачі фізичних величин (температури, оптичного і радіаційного випромінювання, тиску, вологості, концентрації різних типів газів – СОx, SOx, NOx та ін.) в аналогові електричні сигнали, що можуть змінюватись у широкому динамічному діапазоні, то завданням досліджень передбачалось забезпечити діапазон вимірів струму в межах від 10-4 до 10-12А.



2. Структурне рішення базового модуля

Для оптимізації вимірювальної системи за параметрами мінімізації елементної бази та уніфікації цифрової частини для керування вимірами і обробки даних базовий модуль виконано у вигляді двох блоків: мікропроцесорного вузла на основі інтегральної схеми (ІС) STM32F373C [1] і вузла аналогового атенюатора на основі ІС AD8554 [2] та 8-ми канального інтегрального мультиплексора. Атенюатор забезпечує попереднє підсилення та динамічне узгодження вимірюваного сигналу з вхідними параметрами 16-розрядного аналогово-цифрового перетворювача з дельта-сигма модуляцією. Це досягається застосуванням RC – ланок зворотного зв’язку в колах підсилювача, та каліброваного джерела зміщення нуля інформаційного сигналу, що дозволяє лінеаризувати характеристики первинних перетворювачів у діапазоні 8-порядків [3,4]. Зменшення похибки вимірів досягається як за рахунок схемо технічної лінеаризації характеристик перетворювачів, так і алгоритмічно-програмним методом на етапі масштабування вимірів. Розширення програмного коду для обробки сигналів з різних типів сенсорів виконано за модульним принципом і зберігається в енергонезалежній пам’яті цифрового вузла. Режими роботи на етапах вимірів та цифрової обробки інформації можна задати в ручному діалоговому режимі використовуючи меню, що відображається на вбудованому в модуль графічному дисплеї, або використовуючи віконний інтерфейс програми спряження модуля з персональним комп’ютером (ПК). Зв’язок з ПК реалізовано через USB інтерфейс.



3. Висновки

На основі мікроконтролера STM32F373C і операційного підсилювача AD8554 створено універсальний базовий модуль цифрової обробки інформаційних сигналів для системи моніторингу екологічних параметрів довкілля.


ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Микроконтроллеры серий STM32F303 и STM32F373. [Електронний ресурс]. – режим доступу: http://www.youtube.com/watch?v=wUQcnpxj3qo

  2. AD8551/8552/8554. DataSheet. [Електронний ресурс]. – режим доступу: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8551_8552_8554.pdf.

  3. Хоббс Ф.С.Д. Усилители для фотодиодов на операционных усилителях. // Компоненты и технологии. – 2009. – №2. – С.46-50.

  4. Хоббс Ф.С.Д. Усилители для фотодиодов на операционных усилителях. // Компоненты и технологии. – 2009. – №3. – С.46-50.

УДК 004.2

ЖАБИН В.И.


НТУУ «КПИ» (Украина)

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ, УПРАВЛЯЕМЫХ ПОТОКОМ ДЕСКРИПТОРОВ



Показана модификация метода параллельных вычислений, управляемых потоком дескрипторов заданий и данных, позволяющая обеспечить отказоустойчивость мультипроцессорных вычислительных систем.
Общий недостаток средств статического распараллеливания вычислений состоит в том, что не всегда удается выявить скрытый параллелизм задач. Одним из перспективных подходов, позволяющих устранить ряд недостатков статического планирования, является разработка средства динамического распараллеливания процессов. В работах [1, 2] предложены методы динамического распараллеливания, позволяющие повысить эффективность реализации параллельных алгоритмов с крупнозернистой структурой. Распределение заданий между процессорами осуществляется автоматически под управлением потока дескрипторов данных и заданий.

В данной работе предлагается модификация метода, направленная на обеспечение автоматического исправления ошибок, вызванных отказом процессоров в мультипроцессорных систем.



Характеристика системы. Мультипроцессорная вычислительная система содержит вычислительные модули (ВМ), в качестве которых могут использоваться универсальные и специализированные процессоры. ВМ обмениваются данными через общее адресное пространство. При этом каждый ВМ может иметь локальную память, позволяющую выполнять собственные программы независимо от других ВМ.

Концепция параллельных вычислений с исправлением ошибок. В основу метода положены следующие теоретические положения.

Вычислительный процесс представляется с помощью графа G=(W,D), где W – множество вершин, D – множество дуг. Каждой вершине Wi () соответствует задание (определенный объем работы), а каждой дуге Dji – данные, необходимые для выполнения задания. Исходные данные для каждой задачи подготавливаются на основании графа и представляют собой набор дескрипторов заданий и данных, а также библиотеку реализации функций.

Задание для i-й вершины графа описывается дескриптором Wi ={Ni,Ii,Pi,Qi}, где Ni – имя данного дескриптора; Ii – идентификатор задания; Pi={pij} – множество имен выходных данных (соответствуют дугам, выходящим из i-й вершины и входящим в j–ю вершину); Qi – суммарное число входных потоков данных для i–го задания (число дуг графа, входящих в i-ю вершину). Имя потока выходных данных pij может быть представлено кортежем pij=<Nj, nij, Qj>, где nijимя входа j-й вершины графа, соответствующего дуге Dij.

Поток данных, соответствующий дуге графа, соединяющей j-ю вершину с i-й вершиной, характеризуется дескриптором данных Dji ={pji, Aji}={Ni, nji, Qi, Aji}, где Aji – элемент адресации данных, определяющий расположение данных в памяти системы. Все вершины графа имеют уникальные имена Ni ().

Из элементов дескрипторов в соответствии с определенной процедурой F формируются заявки на выполнение i-го задания F(Wi , Di) Zi ={Ii, Pi, Ai, Mi}, где Ai ={Aji | jJ} – множество элементов адресации данных для i-го задания; Di={Dji | jJ } – множество дескрипторов данных для задания Wi; Jмножество имен вершин графа, связанных выходящими дугами с i-й вершиной; Mi – маска, определяющая, какие дескрипторы выходных данных необходимо формировать при повторном выполнении задания.

Для формирования заявок Zi может быть использован любой из ВМ. Такой ВМ будем называть управляющим, а модули, которые выполняют заявки – исполняющими.

В управляющем ВМ создается таблица, i-я строка Si которой имеет вид
<Ii,Pi,Ai,Li,Ci,Qi >, где – имя строки; – счетчик дескрипторов, Li – признаки наличия поступивших дескрипторов данных.

В управляющий ВМ вводятся дескрипторы и исходные данные. При поступлении дескрипторов заданий в соответствующие позиции строк таблицы вводятся значения Ii и Pi. При поступлении дескрипторов данных в соответствующие позиции строк записываются элементы множества Ai и соответствующие им признаки δji. Позиция элементов адресации определяется значениями nji, присутствующими в дескрипторах заданий.

Полное формирование множества Ai элементов адресации данных для задания определяется с помощью счетчика Ci. При поступлении любого дескриптора сравниваются значения Qi и Ci, затем Ci увеличивается на единицу. Равенство указанных значений является условием активизации заявки. Заявка передается в исполняющий ВМ по его запросу. При этом обнуляется счетчик Ci, то есть система готова для повторного формирования заявки с данным именем, если это необходимо.

В случае отказа исполняющего ВМ во время выполнения задания управляющий ВМ должен обеспечить инициализацию повторного выполнения задания в работоспособном ВМ. Следует учитывать, что до отказа ВМ часть дескрипторов данных могла быть передана в управляющий ВМ. В этом случае повторное выполнение задания продублирует уже полученные дескрипторы, что приведет к неправильной модификации счетчиков Ci в некоторых строках таблицы формирования заявок, то есть к ошибке вычислений.



Специальные функции в режиме исполняющего ВМ. В процессе выполнения задания исполняющий ВМ возвращает управляющему ВМ в общем случае несколько дескрипторов данных Dji согласно маски Mi и числу элементов в множестве Pi. После успешного завершения задания исполняющий ВМ должен переслать управляющему ВМ признак Ei окончания задания.

Специальные функции в режиме управляющего ВМ. Управляющий ВМ должен выявлять факт неисправности исполняющего ВМ и формировать маску для повторного выполнения задания. Заявка снабжается маской Mi, которая формируется процедурой G(Pi, δri | rR) Mi={}, где Rмножество имен вершин графа, связанных входящими дугами с i–й вершиной. Разряды маски определяют, какие выходные потоки данных необходимо формировать при выполнении заданий. При первом выполнении задания формируются все выходные данные, а при повторном (вследствие отказов ВМ) – выходные потоки данных, которые еще не были переданы в управляющий ВМ.

Разработаны программно-аппаратные средства обнаружения неисправностей ВМ и реконфигурации системы. При этом аппаратные средства распределены между модулями, что позволяет изменять число ВМ в зависимости от требуемой производительности, то есть создавать открытые системы.

Механизм исправления ошибки заключается в следующем. После получения полной информации для формирования очередной заявки Zi ее имя Ni* заносится в список имен готовых заявок (СГЗ). Заявки передаются исполняющим ВМ только из указанного списка.

Имя выданной на выполнение заявки переписывается из СГЗ в список имен выполняемых заявок (СВЗ). При выполнении заявки ее имя удаляется из СВЗ.

Имя задания, которое не завершено, в данном случае находится в списке исполняемых заявок. Для повторного выполнения задания достаточно переписать его имя из таблицы исполняемых заявок в таблицу готовых заявок. По запросу исправного ВМ заявка будет выдана на повторное исполнение с модифицированной маской. В соответствии с единичными разрядами маски будут формироваться только те данные, которые ранее не были переданы в управляющий ВМ.

Заключение. Предложенный метод реализации вычислений в параллельных системах позволяет устранить ряд проблем, связанных со статическим традиционным планированием вычислений.

Существенно упрощается процесс подготовки задачи. Нет необходимости выявлять параллельные ветви на основе статического анализа. Подготовка задач не зависит от числа вычислительных модулей в системе. Благодаря этому реконфигурация системы не приводит к необходимости повторной подготовки задачи. Не требуется обязательная регистрация всех задач перед началом счета, что позволяет начинать решение новой задачи в любой момент времени, независимо от состояния других задач. Исправление ошибок, связанных с отказом процессоров, осуществляется автоматически. Для этого достаточно на этапе разработки библиотеки функций предусмотреть выдачу результатов согласно значению разрядов маски.

Все это позволяет повысить эффективность использования мультипроцессорных систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жабин В.И. Метод распараллеливания процессов в вычислительных системах // Вiсник Нацiонального технiчного унiверситету України “Київський полiтехнiчний iнститут”. Iнформатика, управлiння та обчислювальна технiка. – 2000. – № 34. – С. 136 – 142.

2. Жабин В.И. Реализация вычислений под управлением потока дескрипторов данных в мультипроцессорных системах // Электронное моделирование. – 2003. – Т.25, №1. – С. 35 – 47.


УДК 004.3


Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   60


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка