《计算机控制技术》PPT课件.ppt
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1、2023/5/20,1,第三章 计算机控制系统软件基础Software Technology of Computer Control System,Information Engineering School,Shenyang Institute of Chemical Technology,2023/5/20,2,本章主要内容,计算机控制系统软件概述中断程序设计计算机控制系统软件设计商品化的工业控制软件简介,2023/5/20,3,第一节 Unit 1,计算机控制系统软件概述Introduction of Computer Control System Software,2023/5/20,
2、4,本节主要内容,计算机控制系统软件基础过程计算机控制系统软件构成过程计算机控制系统软件功能,2023/5/20,5,3-1-1 计算机控制系统软件基础(1),计算机应用系统中的软件系统软件工具软件应用软件数据收集部分数据分析部分输出控制部分监督部分,2023/5/20,6,3-1-1 计算机控制系统软件基础(2),计算机控制系统中软件的发展小规模的、解决单一问题的应用程序用于满足工业过程计算机控制不同规模控制系统的商品化软件规范化、系统化的软件工程程序设计方法,2023/5/20,7,3-1-2 计算机控制系统软件构成(1),系统软件计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台应用软件 第一级:
3、监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、约束控制软件、操作优化软件 第二级:最优调度软件和企业计划决策软件等,2023/5/20,8,3-1-2 计算机控制系统软件构成(2),最基本的计算机控制系统应用软件直接(控制)程序参与系统的实际控制过程,完成与各类信号的采集、处理和各类控制信号的输出任务规范服务性程序如报表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等辅助程序接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等,2023/5/20,9,3-1-3 计算机控制系统软件功能(1),计算机控制系统的整个组成硬件是基础,而过程控制系统软件是整个系统的关键过程控制系统软件组成系统组态程序、前台控制程序、后台
4、显示、打印、管理程序以及过程数据库等控制系统软件实现的功能实时数据采集、闭环控制输出、逻辑控制、报警监视、画面显示和报表输出、可靠性措施、管道功能、数据通信、应用功能等,2023/5/20,10,3-1-3 计算机控制系统软件功能(2),衡量一个过程控制系统软件性能优劣的主要指标系统功能是否完善,能否提供足够多的控制算法系统内各种功能能否完善地协调运行人机接口是否良好系统的可扩展性能如何对过程控制系统软件设计者的要求具备丰富的自动控制理论知识和实际经验深入了解计算机系统软件,包括操作系统、数据库等既熟悉控制现场要求,又熟练掌握编程技术,2023/5/20,11,第二节 Unit 2,计算机操作
5、系统Computer Operation System,2023/5/20,12,工业控制机用的操作系统,MS-DOS 单用户Windows98 网络Windows NT 4.0 客户/服务器体系Windows2000(现在很少用)其它实时多任务OS系统 VMS RT Linux等等,2023/5/20,13,3-2-1 操作系统的功能与任务(1),操作系统主要目的是控制与 管理计算机的硬件 和软件资源。合理 地组织计算机工作 流程,方便各种用 户使用计算机,2023/5/20,14,3-2-1 操作系统的功能与任务(2),操作系统的工作方式分成三大类批处理系统、分时系统和实时系统,2023/
6、5/20,15,3-2-1 操作系统的功能与任务(3),操作系统的功能作业(job)管理:“脱机”和“联机”两种方式处理机(CPU)管理:作业调度、进程调度存储管理:内存分配、内存保护、内存扩充设备管理:设备分配、设备驱动、虚拟设备文件管理:文件存储与检索、文件操作、文件保护与控制,2023/5/20,16,3-2-2 操作系统的分类,操作系统按功能分类批处理操作系统分时操作系统实时操作系统按计算机配置分类按用户/任务分类单一/多个用户,单/多任务,2023/5/20,17,3-2-3 实时多任务操作系统(1),实时多任务操作系统就是能够执行多任务的实时操作系统应具备的特征异步事件响应:要有异
7、步I/O和中断处理能力切换时间中断等待时间优先级中断和调度抢占式调度同步,2023/5/20,18,3-2-3 实时多任务操作系统(2),实时多任务操作系统与批处理操作系统的区别大多数实时多任务操作系统CPU的负荷率应保证在30%之内,这样CPU有足够的能力进行“即时”响应实时多任务操作系统与分时操作系统的区别要求的实时响应时间随系统的要求而变化一些著名的实时多任务操作系统Windows NT、OS/2、VMS等,具有很好的通用性、实时性和可靠性。其中Windows NT应是实时操作系统的主流,2023/5/20,19,3-2-4 Windows NT 操作系统(1),Windows NT4.
8、0设计上充分地体现了客户/服务器思想Windows NT Server 4.0是面向网络服务器的NOS,为网络应用提供了功能强大的服务器平台。它还是一种面向Internet/Intranet的NOSWindows NT Workstation 4.0是面向网络工作组的操作系统,采用对等式的网络通信机制,既可单独作为桌面OS,用于对等式通信的网络工作组环境,也可在Windows NT Server 4.0环境中作为工作站操作系统使用。,2023/5/20,20,3-2-4 Windows NT 操作系统(2),Windows NT4.0的任务管理机制采用抢先式多任务机制来提供多任务能力。操作系统
9、能主动地夺取控制权,可以保证每个应用程序都能获得合理的共享时间,同时运行而互不干扰。支持多线程处理,允许编程人员将一个应用程序分成可同时运行的几个部分(即线程)。这样,在用户与应用程序交互的同时,后台还可以完成其它任务。若运行在多处理器系统上,则采用对称式多处理技术,2023/5/20,21,3-2-4 Windows 2000系列(1),Windows 2000 Professional Windows NT Workstation 4.0的升级版,是一个商业用户的桌面操作系统,供台式机和便携机使用Windows 2000 Server和 Advanced Server分别是Windows
10、NT Server 4.0及其企业版的升级产品,是为服务器开发的多用途操作系统其中“活动目录(Active Directory)”技术是一种全新的目录服务技术,可以存储用户、组、策略、计算机和域的信息,2023/5/20,22,3-2-4 Windows 2000系列(2),Windows 2000 Datacenter Server这是Windows 2000系列中全新的版本专门为数据服务器优化的一个64位的产品,支持16路对称多处理器系统以及多达64GB的物理内存,以及4个节点的集群服务。,2023/5/20,23,3-2-4 Windows 2000系列(3),Windows 2000系
11、列的核心思想针对企业用户集成发展数字神经系统(Digital Nervous System)的企业理念,根据不同的场景,如知识管理、业务经营和电子商务等来组织产品线,以满足企业用户进行数字化经营的需要。通用的平台在各种不同的设备上运行帮助用户连接到Internet帮助企业用户构建一个数字化经济的基础设施,2023/5/20,24,3-2-4 Windows 2000系列(4),Windows 2000的设计思想稳定性 安全性远程计算与分布式计算网络化柔性平台 降低总体拥有成本(TCO),2023/5/20,25,3-2-5 OS/2操作系统(1),OS/2是一种面向微机的多任务实时OS,它支持
12、两类多任务应用程序在另一个进程中启动其它程序,使其与应用程序并发运行允许应用程序在同一个进程中运行多个线程,不同的操作在应用程序中可分为多个任务来处理OS/2操作系统在会话、进程和线程三个层次上实现对多任务环境的控制,2023/5/20,26,3-2-5 OS/2操作系统(2),OS/2的实时性体现在它对每一个线程赋予一个调度优先权线程的创建一旦创建一个线程,它的优先权类别、以及在类别中优先权级别也同时确定线程按如下顺序调度时间关键固定常规空闲状态,2023/5/20,27,3-2-6 VMS操作系统(1),DEC公司开发的另一类实时多任务操作系统VMS的进程建立多个进程,每个进程执行一项任务
13、,并通过对它们的控制、同步协调,以获取并行处理环境主进程同步和管理若干从进程的执行,从进程处于不同的状态和优先级并执行不同的任务CPU在每一个瞬时只执行一个进程。但对各个进程的执行采取按时间片循环轮转结合优先级调度,为多进程的执行创造了并行执行环境。,2023/5/20,28,3-2-6 VMS操作系统(2),建立和控制进程进程有三种模式:交互式进程、批进程、同步进程VMS提供的同步操作手段:计时器请求、事件标志、AST异步系统自陷子程序和资源锁管理器等进程通讯进程内部通讯:局部事件标志、进程逻辑名、pl公共区和DCL符号。协同进程间传递数据和信息的方法:公共事件标志、共享逻辑名和符号、邮箱、
14、全局节和共享RMS文件,2023/5/20,29,3-2-7 Linux与RT Linux操作系统(1),Linux 的开发背景Linux 的特点是一种类UNIX 操作系统属于开放源代码的自由软件,任何用户都可以在其内核中增加代码以满足自己的需要完全免费,2023/5/20,30,3-2-7 Linux与RT Linux操作系统(2),Linux 的设计思想继承了 UNIX 系统的特点和设计思想内核结构基本上和一般UNIX 操作系统一样,由内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等部分构成保持了与可移植操作系统接口的兼容具备现代 UNIX 系统所具备的全部特征,包括真正的多任务、虚
15、拟内存、共享库、需求装载、共享的写时复制程序执行、优秀的内存管理、TCP/IP 网络支持等,可以支持广泛的硬件平台,可移植性好。,2023/5/20,31,3-2-7 Linux与RT Linux操作系统(3),RT Linux 的特点是能够提供实时功能的Linux操作系统提供了运行特殊实时任务和终端句柄的能力扩展了标准UNIX编程环境,使它可以处理实时任务采用了虚拟机技术,使Linux并不直接与中断控制硬件进行联系,而是通过设备仿真层进行中断控制。但虚拟机只负责仿真中断控制,RT Linux在其它方面仍然可以直接控制硬件,从而既保证了较好的运行效率,又使对Linux内核的修改量最小RT Li
16、nux适合于在工业计算机控制中应用,2023/5/20,32,第三节 Unit 3,PC机的中断系统Interrupt System of Personal Computer,2023/5/20,33,3-3-1 三类中断,PC 机支持256种文件类型中断(00HOFFH 中断类型号)外部中断(硬件中断)由CPU中断申请线NMI和INTR 向CPU发出的中断请求,此类中断由硬件产生不可屏蔽中断 NMI由CPU的NMI不可屏蔽中断输入端产生,上跳边沿触发,中断类型号为2,不能屏蔽,用于内存奇偶检验错或协处理器异常可屏蔽中断INTR 8259A中断控制器管理,由CPU的INTR引脚产生,为电平触发
17、.,2023/5/20,34,3-3-1 三类中断,微处理器中断(异常)CPU执行指令过程中,遇到错误状态产生的中断,也称内部中断或异常中断.常见三种:除法出错中断除法商大于机器表示的最大值,认为除数为”0”(被0除)中断类型号为0单步执行中断支持单步调试程序 中断类型号为1运算溢出中断 执行“INTO“指令时,检测到溢出标志OF=1,则引发溢出中断(数超出表示范围,发生溢出),中断类型号为4。,2023/5/20,35,3-3-1 三类中断,软件中断执行指令 INT n 产生的中断 中断类型号PC机为每个I/O设备提供了一个中断类型号及相应的中断服务子程序 BIOS 提供 10H1FH 中断
18、类型号 DOS 提供 20H27H 中断类型号常用的软中断:INT 1AH 时钟服务 INT 1CH 定时中断 INT 21H DOS功能调用 等等,2023/5/20,36,3-3-2 DOS功能调用(INT 21H),功能调用一般过程:把功能号放入AH寄存器中 设置必要的入口参数 执行软件中断 INT 21H 得到出口参数举例 键盘输入字符 MOV AH,01H INT 21H 等等,2023/5/20,37,3-3-3 C语言编写中断调用函数,int dos()函数 DOS功能调用int 86()函数 执行软中断调用 举例:include main()union REGS in,out;
19、联合(共用体)in.h.ah=0 x2c;indos(2功能取得时间,放在:中其中表示小时,表示分钟,表示秒,表示百分之一秒,2023/5/20,38,3-3-3 C语言编写中断调用函数,举例int86(0 x10,显示器调用,共有种不同功能如:设置显示方式(功能号)设置光标大小(功能号)设置光标位置(功能号2)等等,2023/5/20,39,3-3-4 中断程序设计,中断处理 可屏蔽中断由中断控制器发出,响应,并处理。处理过程:有中断请求,中断允许标志,响应;若,不响应。读取中断类型号n,清,(单步标志)为“”,2023/5/20,40,3-3-3 中断程序设计,,保护断点,代码段、指令指针
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