Главная » 2014»Август»8 » Скачать Система автоматической генерации программного обеспечения для микропроцессорных систем реального времени. Кузнецова, Алла бесплатно
08:05
Скачать Система автоматической генерации программного обеспечения для микропроцессорных систем реального времени. Кузнецова, Алла бесплатно
Система автоматической генерации программного обеспечения для микропроцессорных систем реального времени
Диссертация
Автор: Кузнецова, Алла Витальевна
Название: Система автоматической генерации программного обеспечения для микропроцессорных систем реального времени
Справка: Кузнецова, Алла Витальевна. Система автоматической генерации программного обеспечения для микропроцессорных систем реального времени Дис. канд. техн. наук : 05.13.11 Ростов н/Д, 2004 c. :
Объем: стр.
Информация: Ростов н/Д, 2004
Содержание:
Введение
1 Обзор инструментальных программных средств
11 Программные системы моделирования
12 Ассемблеры и интегрированные среды
13 БСЛОЛ-системы
14 ЯСАОЛ-инструменты
15 СА5Е-средства
151 Языки технологического программирования контроллеров26 152 Программирование на языке ЯЕЮ
16 Постановка задачи
Выводы по первой главе
2 Разработка языка и транслятора инструментальной системы
21 Спецификации для создания программных модулей
22 Этапы создания профаммных модулей
23 Структурные модели как спецификации программных модулей
24 Разработка языка спецификации
25 Анализ топологических особенностей структурных схем
251 Поиск и определение типа контуров
252 Формирование управляющей последовательности вычислимых контуров
253 Преобразование невычислимых контуров
26 Структурная оптимизация схемы
27 Генерация управляющих программных модулей
Выводы по второй главе
3 Инструментальная система генерации профаммиого обеспечения
31 Архитектура и назначение инструментальной системы
32 Структура системы
33 Функциональные элементы структурных схем
34 Структура профаммных модулей
Выводы по третьей главе
4 Экспериментальная проверка генерируемого программного обеспечения
41 Способы реализации управляющих профаммных модулей
42 Генерация программного кода для моделей двигателей и электроприводов
421 Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
422 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
423 Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
424 Электропривод постоянного тока на базе управляемого выпрямителя
425 Электропривод постоянного тока па базе однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя
426 Асинхронный электропривод с регуляторами скорости и потока
Выводы по четвертой главе
Введение:
Появление на Российском рынке надежных и устойчивых к неблагоприятным условиям эксплуатации универсальных одноплатных и модульных контроллеров с различной степенью вычислительных возможностей, стоимости, разнообразия архитектур и устройств ввода-вывода [10] стимулировало разработки и внедрение этих средств в область создания систем управления сложными электромеханическими объектами и системами (ЭМО, ЭМС). К таким объектам можно отнести электроприводы (ЭП) производственных машин и транспортных средств, для управления которыми традиционно применялись аналоговые и цифро-аналоговые системы автоматического управления (СЛУ) и регулирования (САР).
Возрастающая сложность самих объектов управления и задач, для решения которых они создаются, требует от микропроцессорных систем высоких показателей качества регулирования (скорости, положения, .), надежности, гибкости в перенастройке алгоритмов управления. Это в свою очередь приводит к создаиию новых алгоритмов управления [50,89]. Как правило, эти алгоритмы являются нелинейными, требуют высокой вычислительной мощности процессоров и значительного времени па разработку, тестирование и отладку управляющего программного обеспечения (УпрПО). Особую актуальность эта задача приобретает при создании систем управления тяговым электроприводом (ТЭП), характеризующихся высокой сложностью алгоритмов управления: большим количеством режимов работы, нелинейным и нестационарным характером объекта управления, преимущественным использованием адаптивного управления.
Теперь проектировщики систем автоматического управления вместо этапа конструирования (выбора унифицированных цифровых или аналоговых элементов или разработки уникальных) решают задачи, связанные с выбором состава и структуры вычислительной аппаратуры и ее сопряжением с объектом управления, а также созданием эффективного и надежного программного обеспечения [50]. И если первая группа задач может быть достаточно успешно решена па основе анализа характеристик, стоимости, условий эксплуатации, вычислительной мощности выбираемой аппаратуры, то вторая, связанная с созданием специализированного ПО, далеко не тривиальна. Создание качественного программного обеспечения напрямую влияет на сроки разработки системы управления в целом и часто ставит проект в прямую зависимость от профаммистов, их квалификации, знакомства с особенностями конкретной аппаратуры и ее базового программного обеспечения.
Разработка УпрПО может вестись разными средствами. Каждый производитель аппаратуры, как правило, сопровождает свою продукцию набором средств отладки и профаммировапия на своем Ассемблере [88]. Программы, написанные высококвалифицированным профаммистом для конкретной системы па этом языке, будут самыми эффективными и компактными, но это далеко не самый лучший выход для реализации сложных проектов. В последнее время все большую популярность завоевывают интегрированные среды разработки (Integrate Development Environment - IDE), ориентированные на поддержку как символических языков программирования для конкретного процессора, так и языков высокого уровня типа С, Pascal, Basic [67]. И все же время, затрачиваемое на разработку, отладку, интеграцию с подсистемами верхнего уровня может свести на нет преимущества эффективности и сделать такое ПО "золотым" в смысле вложенных в него средств. А самое главное - из процесса создания системы управления практически исключаются его авторы, не имеющие серьезной подготовки в области профаммирова-ния, вынужденные наблюдать за неясными "манипуляциями" программистов, в творении которых могут разобраться только сами авторы. Эта проблема появляется при создании микропроцессорных систем управления, изменении конфигурации их аппаратных средств, при модификации алгоритмов управления существующих систем. Так, в области проектирования ТЭП в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ВЭлНИИ) г. Иовочеркасска накоплен многолетний ценный опыт разработки схемных и алгоритмических решений. Хорошо зарекомендовавшие себя аппаратные СЛУ, характеризующиеся высокой сложностью и разнообразием процедур управления, пионерским характером исполнительных устройств и преобразующей аппаратуры требуют сохранения и переноса на новую технологическую платформу - микропроцессоров и микроконтроллеров [39].
Выходом в сложившейся ситуации может служить использование средств автоматической генерации программного обеспечения на основе визуального представления алгоритмов управления, реализуемых проектируемыми САУ и САР. При использовании автоматической генерации программ повышается качество ПО [93,95], сокращаются сроки его разработки и отладки. Генераторы кода позволяют получать программы, семантически эквивалентные высокоуровневым визуальным спецификациям1, не внося при этом ошибок (не считая логических ошибок самой спецификации), чего практически невозможно добиться при ручном кодировании. По оценкам специалистов [30] использование средств автоматической генерации УпрПО позволяет сократить сроки разработки различных программных систем в 4-5 раз. Генераторы кода берут на себя основную часть рутинной работы по преобразованию попятных для восприятия специалистом графических схем и диаграмм в низкоуровневое профаммиое представление на целевых языках конкретных контроллеров. Причем доля программного кода, непосредственно реализующего алгоритм управления, по разным оценкам составляет от 15 до 30% [88] от общего размера программных систем. Остальная часть приходится на взаимодействие с аппаратурой, обращение к сервису операционной системы, сетевые взаимодействия, контроль входных данных и т.п. В таких условиях использование систем автоматической генерации рабочих программных модулей представляется весьма актуальным решением.
Спецификация - один in основных доку vicmjok технико-конструкторской документации на ичде-лис (в т.ч. на программу), содержащий обычно и форме таблицы перечень и параметры его составных частей |70).
Конкретные решения по генерации кола но высокоуровневым графическим моделям систем управления предлагаются в рамках SCADA2- и CASK средств, а подобное программирование получило название визуального (ipa-фического, компонентного, функционально-блочного) [50,56,67]. Эти средства отличаются областями применения. SCADA ориентированы на разработку УпрПО систем, строящихся па принципах диспетчерского управления в промышленности, энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах. На нижнем уровне управления (уровне контроллеров) в SCADA предусмотрены, как правило, формализованные средства сбора первичной информации и ее обработка, либо управление относительно несложными машинами и аппаратами технологических процессов [1]. На последующих уровнях - визуализация процессов и регистрация информации, поступающая с нижних уровней, коммуникация с внешним миром.
Использование SCADA для реализации встраиваемого УпрПО в системах реального времени обладает двумя важными недостатками. Во-первых, достаточно высокой стоимостью, т.к. они поддерживают весь цикл работ по автоматизации сложных иерархических объектов, каковыми являются вышеуказанные системы. И даже появление micro-SCADA, имеющих узкую отраслевую ориентацию, не окупит затрат па их приобретение (тысячи $). Во-вторых, даже если SCADA имеет средства развитые средства низкоуровневого программирования, для обычного проектировщика ЭМС среда разработки, ориентированная на технологов, может оказаться не столь простой в изучении.
CASE-средства гораздо лучше, чем SCADA, ориентированны на разработку ПО как для локальных, так и для распределенных систем управления электромеханическими объектами. В качестве аппаратной платформы могут Supervisory' Control And Data Acquisition - Диспс I'icpcKoc управление и сбор данных
3 Computer Aided Software F.n»enccrin» - Машинпо-ориепгиропапная техмолшия создания программ мою обеспечения выступать контроллеры, работающие как под управлением операционных систем (OS-9, VxWorks, DOS, Windows NT, QNX и т.д.), так и без них. Объектами автоматизации могут выступать как отдельные подсистемы АСУ ТГ1, не связанные с процессами визуализации данных и характеризующиеся высокой сложностью алгоритмов управления, так и отдельные ЭМС, функционирующие в условиях жесткого реального времени (время выработки управляющих воздействий не превышает 10 мс).
Следует отметить удобства процедуры разработки УпрПО как в CASE-, так и в SCADA-средах: стандартный графический интерфейс (GUI - Graphic User Interface), наличие средств отладки и загрузки программных модулей, средств визуального отображения результатов работы и их анализа, средств документирования программных модулей.
Далее, говоря о средствах автоматизации проектирования сложных систем, нельзя не отметить наличие современных программных комплексов моделирования технических систем, позволяющих при заданных критериях оптимизации автоматически генерировать систему уравнений, описывающую проектируемый объект или его систему управления и отвечающую экстремуму соответствующей функции цели [36]. Непосредственное применение результатов подобных инструментов, работающих с визуальным представлением моделируемых объектов, позволит упростить процесс перехода от ее структурного и функционального представления к представлению в виде управляющих программных модулей.
Как будет показано ниже, попытки применить любое из упомянутых инструментальных средств генерации программных кодов непосредственно для получения программного обеспечения систем управления конкретного класса (СУ ТЭП), наталкивается на ряд трудностей, делающих это применение либо практически невозможным, либо проблематичным. Как следствие, задача создания некоторого аппарата, лишенного недостатков, присущих вышеперечисленным средствам представляется актуальной.
