ТМСК Техника микропроцессорных систем в коммутации Литература

ТМСК Техника микропроцессорных систем в коммутации

Литература 1. Аваков Р. А. , Игнатьев В. О. , Попова А. Г. , Чагаев Н. С. Управляющие системы электросвязи и их ПО 2. Игнатьев В. О. , Алексеев Б. Е. , Россиков В. В. ПО АТС. 3. Берлин А. Н. АО АТС. 4. Гольдштейн Б. С. Сигнализация в сетях связи 5. Гольдштейн Б. С. Сети связи

Введение В курсе ТМПСК изучаются общие принципы построения управляющих устройств (УУ) и систем управления (СУ), а также конкретные примеры их работы. Системы управления могут быть централизованными и децентрализованными, промежуточный вариант – иерархические. ◦

Общая структура узла коммутации (УК) с программным управлением ЛК – линейный комплект СК – служебный комплект ТС – технические средства ПС – программные средства ИС – исполнительная система УС – управляющая система

Функции УС Различают три вида функций: основные, дополнительные и вспомогательные: 1) Основные - обеспечивают управление установлением и разъединением соединений различных видов; а) обнаружение и прием входных сигналов от участников связи по линиям связи через комплекты ИС; б) анализ входных сигналов; в) поиск и занятие необходимых ресурсов ИС; г) формирование набора управляющих слов (команд) в периферийные устройства для установления или разъединения соединительных путей в ЦКП, для подключения или отключения необходимых комплектов, для подачи ответных выходных сигналов (ответ станции, занято…); д) выдача набора периферийных команд 2) Дополнительные - обеспечивают предоставление 3) Вспомогательные - обеспечивают автоматизацию абонентам ДВО; процессов эксплуатации и тех. обслуживания.

Общая структура ЭУС Рассмотрим типовую структуру ЭУС: Функциональные связи (управляющие) – предназначены для передачи управляющих сигналов; Информационные связи – предназначены Интерфейс - это: для передачи информации виде сообщений; 1) совокупность средств физического соединения устройств между собой (физическое соединение) 2) совокупность правил установления связи между устройствами (логическое соединение) 3) совокупность правил передачи информации между устройствами

Показатели качества ЭУС Показатели качества определяются исходя из технических, эксплуатационных и экономических требований: Технические требования: Ø Ø Ø Производительность (пропускная способность) ЭУС Качество обслуживания вызовов Потребляемая мощность Занимаемая площадь Количество типов плат Эксплуатационные: Ø Ø Ø Надежность Живучесть (устойчивость к отказам) Гибкость Экономические требования: Ø Ø Цена Приведенные годовые затраты

Классификация ЭУС По типу ПИ: с групповым ПИ с индивидуальным ПИ с комбинированным ПИ По способу управления установлением соединения: централизованные ЭУС децентрализованные ЭУС иерархические ЭУС По типу СИ: с непосредственными связями между УУ со связями УУ через общую шину со связями через ЦКП со связями через коммутатор сообщений По числу ЭУМ (Электронных Управляющих Машин): двухмашинные ЭУС многомашинные ЭУС По конструктивному размещению локальные ЭУС распределенные ЭУС

Типы периферийного интерфейса ЭУС Рассмотрим групповой ПИ: Принцип действия интерфейса группового типа: Адрес Команда Ответ От УУ В обратную сторону к УУ

Рассмотрим типичные части комбинированного ПИ: Принцип действия: В УК используется несколько типов ПИ: ПИ I – для управления установлением соединения в ЦКП. В ЗУУ запоминаются адреса ИКМ линий (информация может идти последовательным и параллельным способами). ПИ II – внутристанционные ИКМ линии со скоростью 2 Мб/с, состоят из 32 -х каналов со скоростью 64 Кб/с каждый, информация передается в последовательном виде. ПИ III – информация передается параллельным способом, типа ОШ.

Способы управления установлением соединения 1) Централизованная ЭУС «+» простота построения экономичность для узлов средней и большой емкости простота программного обеспечения «-» ограниченная пропускная способность низкая живучесть низкая гибкость невысокая экономическая эффективность

2) Децентрализованная ЭУС «+» неограниченная пропускная способность высокая живучесть высокая гибкость экономичность в период наращивания «-» сложность построения при большой емкости низкая эффективность из-за дублирования

3) Иерархическая ЭУС «+» достаточная простота экономичность живучесть возможность наращивания производительности «-» появление различных типов УУ усложнение структуры живучесть снижена из-за наличия ЦУУ

Сравним графически три рассмотренные системы: 4) Распределенная ЭУС Обладает следующими признаками: Имеет распределение функций управления установлением соединения (ДЦ и иерархическая - тоже) Система имеет распределение в пространстве Функциональный модуль в такой системе конструктивно содержит в себе (на одной плате) КО и УУ.

Типы системного интерфейса 1) СИ с непосредственными связями: 2) СИ с общей шиной сообщений (ОШC):

3) СИ с общим ЦКП: 4) Коммутатор сообщений: Наряду с СИ через ЦКП распространен также СИ с коммутатором сообщений. Его отличие от рассматриваемого варианта в том, что вместо ЦКП используется коммутация сообщений, вместо ИКМ линий – каналы передачи данных, и все сообщения поступают в ЗУ.

Протоколы системного интерфейса (СИ) Построение СИ базируется на 7 -ми уровневой модели OSI. Для СИ используются три нижних уровня:

Физический уровень Реализует следующие функции: управление подключением и отключением УУ к/от передающей среды формирование электрических сигналов со стандартными параметрами Передающая среда и способ передачи являются определяющими параметрами сигнала. Протокол УФК – устанавливает стандартную для всех УУ форму представления и порядок передачи данных по этому каналу (синхронизация, задержки). Канальный уровень управление доступом УУ к физическому каналу (2. 1) управление информационным каналом (2. 2) Протокол УДК (управления доступом к каналу) – определяет порядок доступа каждого УУ к каналу (при наличии нескольких УУ) при передаче и порядок выбора сообщений из канала приеме. Протокол УИК – определяет форматы сообщений и порядок их обработки для обеспечения требуемой достоверности при передаче по физическому каналу.

Сетевой уровень выбор маршрута передачи сообщения по сети управление установлением соединения на сети в соответствии с выбранным маршрутом Эти функции реализуются в рамках протокола УС. Протокол УС отсутствует в СИ с непосредственными связями и типа ОШ из-за того, что маршрут передачи сообщений однозначно определяется адресом принимающего УУ. В СИ через ЦКП и коммутатор сообщений протокол УС необходим. Протоколы УДК Ø Ø Ø Должны обеспечивать порядок доступа к каналу и приоритеты УУ при передаче сообщений и порядок выбора данных из канала приеме сообщений. Различают следующие способы доступа УУ к каналу (для СИ с ОШС): случайный – каждое УУ в любой момент времени может обратиться к каналу детерминированный - каждое УУ может обратиться к каналу только в определенный момент времени комбинированный – и то и другое

Протоколы детерминированного доступа 1) Синхронный доступ с временным разделением «+» простота реализации, мониторинга исключение конфликта «-» неэффективное использование ОШС в случае отсутствия сообщений или если его длина меньше максимального Вывод: данный протокол эффективен только при высокой нагрузке на ОШС от каждого УУ.

2) Эстафетный доступ Эстафета – это сигнал, разрешающий доступ к ОШС. Практически полностью использует возможности ОШС. Если нет сообщения, то эстафета передается дальше. Если есть сообщение (пакет), то происходит обмен по ОШС, по завершении которого эстафета передается следующему УУ.

Рассмотрим реализацию эстафетного доступа на примере протокола синхронного эстафетного доступа с неявной передачей эстафеты: В этой схеме нет отдельной цепи передачи эстафеты. Цикл работы ОШС разделен на N-интервалов, каждый интервал закреплен за отдельным УУ, но длительность интервала зависит от наличия в УУ сообщения и при наличии сообщения зависит от длины сообщения.

Протоколы УИК Должен обеспечивать требуемую достоверность передачи сообщения по физическому каналу. Протокол УИК определяет формат передаваемого сообщения, средство контроля и порядок исправления ошибок, появляющихся при передаче сообщения по каналу. В ЭУС используется формат сообщения с фиксированным размещением полей (это упрощает прием и передачу). Типовой формат сообщения: ПНС Апр Аист Тип Адресная часть Длина Данные Контрольный код сообщения ПКС Содержательная часть ПНС – поле начала сообщения, содержит признак отделения сообщений. ПКС – поле конца сообщения Апр – адрес приемника Аист – адрес источника

Протокол УИК для повышения достоверности предусматривает решающую обратную связь (РОС) В рамках ВВ УУi должно быть получена квитанция, подтверждающая получение сообщения, если её нет, то сообщение считается потерянным. Квитанция может быть передана в виде ответного сообщения по ШД или в виде сигнала подтверждения по ШУ. Если квитанция не поступила, то УУi (источник) осуществляет повторную передачу сообщения. Если опять квитанция не поступила, то УУi может ещё раз повторить это сообщение. Число попыток должно быть ограничено. Если разрешенное число попыток повторений исчерпано, то сеанс связи между УУ завершается, и формируется сигнал о неисправности тракта передачи сообщений.

Принципы построения УУ ЭУС УУ в ЭУС построены на базе одной или нескольких ЭУМ. УУ ЭУС – это ЭУМ и программное обеспечение для решения задач для работы УК. Рассмотрим структуру ЭУМ в её базовой комплектации:

ü ü Основное ЗУ – предназначено для приема, хранения и выдачи программ и данных. Представляет собой набор ячеек памяти, к каждой из которой можно обратиться в любое время. ЗУ характеризуется 2 -мя параметрами: разрядностью и емкостью. Основное ЗУ состоит из: ПЗУ – хранит и выдает постоянную или редко изменяющуюся информацию ОЗУ – происходит прием, хранение и выдача оперативных данных, которые изменяются в процессе обслуживания вызова Центральный процессор ЦПр – работает по программе, записанной в основном ЗУ. Выполняет арифметико-логическую обработку данных, хранящихся в основном ЗУ. ВУ (внешние устройства) используются для расширения функциональных возможностей ЭУМ, подразделяются на ВЗУ, УВВ, АПД ВЗУ – внешнее запоминающее устройство, позволяет увеличить объем программ и данных. Используется ВЗУ для хранения диагностических программ, статистических задач, программ реализации ДВО и других программ и данных большого объема.

УВВ – устройство ввода/вывода, предназначено для организации свободного общения технического персонала с ЭУМ в процессе эксплуатации, наладки, ТО. АПД – аппаратура передачи данных, передает и принимает сигналы управления между УК по выделенному каналу передачи данных (например, ОКС) или каналу данных между УК и центром ТЭ. КВВ – каналы ввода/вывода, взаимодействуют с внешними устройствами, для этого существует интерфейс ввода/вывода – унифицированная система шин и сигналов, которыми обмениваются ВУ и КВВ на основе специальных алгоритмов обмена. КВВ обеспечивает функцию согласования параметров процесса ввода/вывода

• • УС ИС – используется для соединения ЭУМ с объектами управления и согласует электрические, временные и логические параметры интерфейсов этих объектов с внутренним интерфейсом ЭУМ. ППр выполняет простые, но часто встречающиеся функции (например, сканирование), разгружая ЦПр. Если ЭУМ непосредственно не связана с ИС, то УС ИС отсутствует. В ЦСК УС ИС выполняет следующие функции: При подключении УУ к ЦКП с помощью внутристанционных ИКМ линий формирует цифровую информацию для исходящих ИКМ линий (от данной ЭУМ к другим ЭУМ) и формирует после приема сообщения из цифрового потока по входящей ИКМ линии (от других ЭУМ к данной) При работе УС ИС через групповой ПИ - сканирование заданной группы контрольных точек комплектов, включение/выключение ТК в ЦКП, подключение/отключение комплектов (ПТН, ГИС). СА (сетевой адаптер) – специализированное устройство сопряжения для ЭУС с СИ в виде ОШС, согласует параметры ЭУМ с ОШС и реализует протоколы УФК, УДК и УИК.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ИПУ – инженерный пульт управления, основные функции: Запуск и остановка ЭУМ Установка ЭУМ в исходное состояние Выбор режима работы Занесение данных в ОЗУ с клавиатуры пульта Чтение и индикация информации из памяти Ввод программы в ОЗУ Запуск программы с указанной точки Внутренний интерфейс ЭУМ связывает ЦПр с другими устройствами, входящими в состав ЭУМ. Обычно внутренний интерфейс представляет собой набор общих шин для параллельного подключения всех устройств ЭУМ, состоит из АШ, ИШ ШУ. АШ однонаправленная от ЦПр в другие устройства ИШ двунаправленная, для обмена данными и командами ШУ двунаправленная, для выдачи команд

Структура и режимы работы ЦУУ Для достижения этих характеристик ЦУУ состоит обычно из нескольких ЭУМ. Наиболее распространен 2 -х машинный управляющий комплекс (ДУК).

ПИ – для централизованной ЭУС (через УС ИС к ПУ ИС) СИ – для иерархической ЭУС (через СА к ПУУ) Каждая ЭУМ через свой ПИ ил СИ имеет доступ к ИС, а через свой интерфейс ввода/вывода и КВВ – доступ ко всем внешним устройствам. Дублирование интерфейсов повышает надежность. В состав каждой ЭУМ входит стандартный набор устройств: ЗУ, ЦПр, КВВ, УС ИС, СА. В составе ДУК появляются 2 новых устройства: ◦ 1) УС ЭУМ (устройство сопряжения ЭУМ) – обеспечивает возможность взаимной диагностики ЭУМ, запись информации в любой регистр любого из устройств другой машины, чтение состояния одной машины (другой машины). ◦ 2) АКК (адаптер канал-канал) – позволяется пересылку информации из ЗУ одной ЭУМ в ЗУ другой ЭУМ.

Режимы работы ЦУУ Режим работы определяется совместной работой обеих ЭУМ в составе ДУК. В ДУК используются следующие основные режимы работы: 1) Автономный В данном режиме одна из исправных ЭУМ является основной, а другая – резервной. Основная ЭУМ выполняет все возможные на ЦУУ функции по обслуживанию поступающих вызовов. Резервная ЭУМ находится в состоянии полной готовности в любой момент заменить основную (т. е. в состоянии горячего резерва), но обслуживанием вызовов не занимается, она логически отключена от периферийных внешних устройств. Вызовы, поступившие в основную ЭУМ последней записи в ВЗУ теряются (или последнего обмена информацией между ЭУМ). Потери вызовов, находящихся на этапе разговора не происходит – свойство автономного режима.

2) Синхронный «+» В этом режиме обеспечивается высокая достоверность работы. Обе ЭУМ параллельно осуществляют обслуживание одних и тех же вызовов. Результаты работы сравниваются в определенные моменты времени. Этот режим характеризуется большими затратами. Принято выделять активную и пассивную ЭУМ: Активной ЭУМ разрешен доступ к ПУ как по приему, так и по передаче информации. Пассивная ЭУМ может только получать информацию синхронно с активной ЭУМ. При выходе из строя активной ЭУМ она отключается, и пассивная ЭУМ становится активной, поскольку содержание памяти обеих ЭУМ одинаково, потери вызовов при отключении одной ЭУМ практически нет – свойство синхронного режима. меньшие потери вызовов, чем у автономного режима выше достоверность «-» низкая производительность высокая стоимость

3) Разделение нагрузки Обе ЭУМ работают параллельно и обслуживают разные вызовы, они равноправны по функциям и по доступу к ПУ и ВУ. Производительность возрастает почти в 2 раза. Обычно используют 2 вида разделения нагрузки: • Пространственное: источники вызовов (абоненты) • «+» «-» разделяются пополам, поэтому один вызов на разных этапах может обслуживаться разными ЭУМ. Временное: часть времени поток информации обслуживается одной ЭУМ, часть – другой. повышение производительности ограниченная надежность невозможность увеличения производительности при увеличении емкости УК

Структурная схема многопроцессорной ЭУМ Каждый ЦПр работает по программе индивидуального ПЗУ, закрепленного за ним, и выполняет часть функций ЦУУ (Центрального УУ). Через внутренний интерфейс ЭУМ каждый ЦПр имеет доступ к общему ЗУ (к ПЗУ и ОЗУ), а также к УС ИС и далее к ИС для централизованной ЭУС, либо к СА и далее к ПУУ для иерархической ЭУС. Внутренний интерфейс в случае многопроцессорной ЭУМ представляет собой неблокируемый пространственный электронный коммутатор для одновременного установления соединений между несколькими устройствами. Многопроцессорная ЭУМ может работать в режиме разделения нагрузки и режиме разделения функций между ЦПр-ми. Часть ЦПр-ов может работать синхронно.

Структура ЦПр ЭУМ содержит один или несколько процессоров (ЦПр и специализированные процессоры - КВВ и др. ). Наиболее сложный процессор – это ЦПр, другие типы можно рассматривать как его упрощения. Принцип построения ЦПр состоит в следующем: ◦ Блочный принцип – ЦПр стоится из функционально и конструктивно законченных единиц оборудования, называемых блоками ◦ Функциональный – блоки ЦПр специализированы по функциям, т. е. каждый блок выполняет набор функций, не пересекающихся с другими блоками ◦ Информационный – информационные связи между блоками сконцентрированы на шине

Рассмотрим состав и взаимодействие основных блоков ЦПр на примере его типовой структуры:

БС ПУУ – блок сопряжения с ПУУ. Выполняет функции логического и временного сопряжения ЦПр с ПУУ. При возникновении особой ситуации формирует и передает сигнал прерывания. БСВ – блок службы времени. Выполняет функции расчета точного времени, реализации работы в реальном масштабе времени, а также организации таймеров и сигналов прерывания с нужной периодичностью. БПП – блок прерывания программы. Выполняет функции приема внешних сигналов от других процессоров, от ПУ, от пульта управления, а также внутренних сигналов от блоков и схем контроля ЦПр. Также определяет приоритетность прерываний, анализирует возможность прерывания и при возможности выдает соответствующий сигнал в БЦУ.

БРОН – блок регистров общего назначения. Реализует функцию хранения промежуточных данных, адресов, индексов в рабочих, базисных, индексных и других регистрах. Время обращения к БРОН на 2 -3 порядка меньше, чем к ПЗУ и ОЗУ. АЛБ – арифметико-логический блок. Обеспечивает функции реализации арифметических и логических операций над данными, которые есть в системе команд ЭУМ, а также восстанавливает признаки выполнения команд, формирование абсолютных адресов команд и данных, и их относительной адресации, и другие возможности, которые определяются системой команд. БЦУ – блок центрального управления. Выполняет функции координации совместной работы всех блоков ЦПр и работы ЦПр с другими устройствами ЭУМ, дешифрации считанных команд и т. д. Функциональные связи ЦПр концентрируются в БЦУ, а информационные – в шинах. Логическое подключение блоков к шинам осуществляется при помощи вентильных схем.

Шина А служит для обмена информацией от БЦУ, БРОН, БПП, БС ПУУ и БСВ, а также от других процессоров и пульта управления в регистре первого операнда АЛБ. Шина Б служит для обмена информацией от БЦУ и БРОН в регистр второго операнда АЛБ. Шина В служит для обмена информацией от БЦУ, БС ПУУ, БПП, БРОН, БСВ, а также на неё поступает результат из АЛБ. АШ, ИШ памяти служат для связи ЦПр с основной памятью ЭУМ (ПЗУ и ОЗУ). Все шины работают по принципу общей шины, т. е. в каждый момент времени обмениваться информацией могут лишь 2 объекта: источник и приемник, очередность обмена определяется БЦУ при помощи вентильных схем, по сигналу управления из БЦУ открывается доступ к шине.

Структура блока центрального управления (БЦУ) БЦУ состоит из функциональных узлов, связанных между собой и другими блоками ЦПр как непосредственными связями, так и через шины А, Б и В. Сч. К – счетчик команд. Хранит адрес выполняемой команды или следующих команд в зависимости от фазы выполнения. РК – регистр команд. Хранит команды считывания из основной памяти (ОЗУ или ПЗУ). УА – управляющий автомат. Формирует необходимую последовательность сигналов yi , обеспечивающих выполнение команды, которая поступает в УА из регистра команд и дешифрируется управляющим автоматом. РАП и РИП – регистры адреса памяти и информации памяти. Исполняют роль буферных регистров между блоками ЦПр и шинами основной памяти. БЦУ запускает и останавливает ЦПр по сигналам с пульта управления от других процессоров и по командам программы приостанавливает работу ЦПР на несколько тактов (по запросам от КВВ, БПП и УА), пропускает или блокирует импульсы от ГТИ.

Цикл работы ЦПр Работа ЦПр делится на циклы. Цикл работы ЦПР состоит из двух основных фаз: ◦ Фаза выборки (считывание команды из основной памяти) ◦ Фаза исполнения (дешифрация и выполнение команды) Фаза выборки стандартна для всех команд, а фаза выполнения – специфична. Выполнение каждой команды происходит в определенном порядке. Этапы выполнения являются микрооперациями. Можно сказать, что микрооперация – это некие элементарные операции, выполняемые по отдельному сигналу. Микрооперации бывают 2 -х типов: ◦ Совместимые (могут выполняться параллельно) ◦ Несовместимые Наборы совместимых микроопераций для реализации некоторых функций, например, пересылки или обработки информации, называются микрокомандами. Эти микрокоманды могут быть закодированы и могут использоваться наряду с обычными командами программы.

Система команд ЭУМ работает по программам, записанным на алгоритмическом языке низкого уровня (assembler) или высокого уровня (Pascal, Basic). Для выполнения команды программы должны быть переведены в форму, понятную ЭУМ, это происходит в результате трансляции или интерпретации. Основные отличия трансляции от интерпретации состоят в том, что при трансляции анализируется и преобразовывается вся программа в целом, а при интерпретации последовательно преобразовывается каждая команда программы с последующим немедленным исполнением. Выбор системы команд должен обеспечивать следующие требования: ◦ Функциональную полноту, т. е. возможность создания программ, реализующих все функции по управлению работой УК. ◦ Максимальную производительность – наиболее эффективное выполнение программ, занимающих основное время работы ЭУМ. ◦ Минимум занимаемой памяти. Система команд определяется: ◦ лексикой, т. е. составом символов ◦ синтаксисом, т. е. правилам использования символов для образования данных и команд ◦ семантикой, т. е. смысл - правила реализации команд.

Форматы данных Обычно используются форматы 2 -х видов: ◦ Слово данных ◦ Массив данных Слово данных – двоичное число, которое записано в одной ячейке памяти или в одном регистре БРОН. Слово данных м. б. однородным и неоднородным. Однородное слово данных состоит из элементов данных одинаковой длины одинаковым смысловым содержанием. Пример: 1) 0 1 2 3 4 5 ЭД 0 … элемент данных – 6 7 ЭД 7 2) 0 1 2 3 31 ЭД 0 ЭД 7 Длина ЭД = 4, а содержимое ЭДi=<цифраi ном

Неоднородное слово данных состоит из элементов слова данных, которые отличаются друг от друга длиной или смыслом. Примеры: 1) целое число со знаком 0 1 2 3 4 5 6 7 ЭД 0 ЭД 7 «+» 26 25…. 20 (вес данных) «-» 2) Специфическое данное Слово данных в формате «кусок» К «куску» адресация должна содержать номер разряда слова, с которого начинается кусок (НК - начало «куска» ) и длину куска (ДК), т. е. число разрядов в слове, занимаемых «куском» - 1. 0 1 тип ПНН ЭД 0 2 3 14 15 категория абонента ЭД 1 17 количество цифр ЭД 2 ЭД 1: НК=3 (начало куска) ДК=12 -1=11 (длина куска) КК=НК+ДК=3+11=14 (конец куска)

Массив данных – набор слов данных, расположенных в последовательных ячейках памяти. Определяется начальным адресом массива (НАМ), т. е. абсолютным адресом первого слова данных, и длиной массива (ДМ) – числом слов в массиве -1 Можно определить конечный адрес массива: КАМ=НАМ+ДМ Расположение слова в массиве указывается с помощью относительного адреса (ОА) – порядкового номера ячейки в этом массиве: АА=НАМ+ОА Массивы данных могут быть однородными и неоднородными. Однородный массив – состоит из слов данных одинакового формата. Массив состояний АК: ИМ ОПР 0 1 2 3 ЭДi (32 АК или более)

Неоднородный массив состоит из слов данных различного формата. ЭД 0 ЭД 1 ЭД 2 продолжение ЭД 2 ЭД 3 ЭД 4 ЭД 5 ЭД 6 Примером может служить массив обслуживаемого вызова. Массив может быть простым и сложным. Сложный массив состоит из нескольких простых массивов, которые в свою очередь могут быть как однородными, так и неоднородными.

Форматы команд Формат команд состоит из двух частей: ◦ Операционной ◦ Адресной Операционная часть содержит код операции (КОП), т. е. её тип (сложение, вычитание, сдвиг) и признак П – дополнительные указания по реализации команд. Адресная часть определяет положение операндов, необходимых для выполнения команды, определяет общую длину команды, которая может иметь одно-, двух- и трехадресный формат. 1) Трехадресный формат КОП П А 1 А 2 А 3 (А 1) ОП (А 2) (А 3) «+» простота программирования «-» большая длина команд Пример: Команда пересылки А 1 в А 3 КОП П А 1 - А 3 Команда перехода по адресу А 2 КОП П - А 2 - Если таких команд много, то получается неэффективным написание команд

2) Двухадресный формат КОП П (А 1) ОП (А 2) А 1 А 2 (А 1) (А 2) «+» более экономичный расход памяти «-» сложнее программировать 3) Одноадресный формат КОП П А 1 «+» практически полностью используются все ячейки памяти «-» в управляющий автомат надо жестко заложить информацию о том, откуда взять второй операнд и куда поместить результат. Все это управляется через признак.

Рассмотрим варианты поля признаков (П): Ф ПА Р

Способы адресации Непосредственная – второй операнд команды размещается в 1) 0 адресной части А 2. В коротком формате А 2 будет меньше машинного слова, а в длинном – находится во втором машинном слове, т. е. занимает половину команды. 15 КОП П А 1 А 2 0 КОП 15 16 П А 1 31 А 2 «+» простота «-» обычно нужен длинный формат При этой адресации признак Р=0 (вместо А 1), может результат не вписаться в поле А 2.

2) Прямая – второй операнд команды размещается по адресу указываемому полем А 2. В коротком формате – это адрес регистра общего назначения, а в длинном – адрес ячейки памяти. 0 КОП П А 1 15 Ri Ri – регистр общего назначения 0 КОП 15 16 П А 1 31 А яч. 3) Косвенная – второй операнд команды размещается в ячейке памяти, адрес которой хранится в адресной части А 2. В коротком формате адрес ячейки хранится в регистре общего назначения (РОН). В длинном – в другой ячейке, адрес которой записан в А 2. Признак R может быть любым (0 или 1) Косвенная адресация используется при программном определении адресов операнда для повышения гибкости программного обеспечения ЭУС.

4) Относительная адресация – адрес ячейки памяти, в которой размещен второй операнд, рассчитывается по начальному адресу массива (НАМ), хранящемуся в регистре общего назначения, и по относительному адресу (ОА), хранящемуся в поле «смещение» . Всегда используется длинный формат 0 КОП 15 16 П А 1 R 2 31 C 2 – смещение относительного адреса в массиве (R 2)+C 2 (A 2) НАМ+ОА=АА Признак результата может быть любым (0 или 1) Данный способ адресации связан с долгой по времени реализацией.

Набор операций системы команд ЭУМ Операции ЭУМ разделяются на 2 группы: ◦ Стандартные операции являются типичными для любой ЭВМ ◦ Специальные – предназначены для решения задач управления УК и включены в набор операций ЭУМ для более эффективного решения таких задач. Набор стандартных операций Операции над целыми числами или полноразрядными логическими кодами: арифметические операции (сложение, вычитание, арифметический сдвиг, умножение) логические операции (логическое +, логическое умножение, сложение по модулю 2, логический сдвиг) операции пересылки операции передачи управления операции ввода/вывода служебные

Обычно ЭУМ работает только с целыми числами, для записи целых чисел используется 3 типа кодирования: a) прямое кодирование хпр=х0 х1…. . хn-1 хi {0, 1} знаковый разряд – все прочие разряды – весовые, зависят от степени 2 x=5, n=5 xпр=0 0 1 z=x+y y=-9 yпр=1 1 0 0 1 z=5 -9 zпр=1 1 0 z=-4 истинное значение zпр=1 0 0 «-» плохо работать с отрицательными числами b) обратное кодирование хоб= инвертируемое значение x=5, n=5 xпр =0 0 1 y=-9 yобр=1 0 1 1 0 zобр=1 1 0 1 1 zпр =1 0 0 z=-4

c) дополнительное кодирование хдоп= xдоп=0 0 1 yдоп=1 0 1 1 1 zдоп=1 1 1 0 0 1 zобр=1 1 0 1 1 zпр =1 0 0 АЛБ работает с числами либо в обратном, либо в дополнительном коде, т. к. при этом для выполнения операций сложения и вычитания используется одна комбинационная схема (сумматор). Операции умножения и деления реализуются на основе операций сложения, вычитания и арифметического сдвига. Операции ввода/вывода обеспечивают связь процессора с КВВ при обмене информацией с основной памятью и внешними устройствами. Служебные операции организуют работу в многопрограммном режиме и реальном масштабе времени.

Набор специальных операций ◦ ◦ ◦ Включает в себя операции для обеспечения эффективной работы с памятью программной реализации задач управления УК. В него обычно включают операции: операции поиска самой левой (правой) единицы в слове или массиве операции записи 1 или 0 в определенный разряд слова или массива операции для работы со словами данных в формате «кусок» операции по формированию абсолютных адресов массивов операции для работы с буфером и стеком и т. д.

Алгоритмическое и программное обеспечение ЭУС УК Работа УК происходит по управлению ЭУС по алгоритму функционирования, т. е. согласно определенному порядку выполнения специальных действий по реализации определенной функции. Алгоритмическое обеспечение - это описание алгоритмов функционирования ЭУС. Может быть словесным, а так же в виде схем алгоритмов на специальном алгоритмическом языке (SDL – язык спецификаций и описаний ITU-T (МСЭ-Т)) и др. Программное обеспечение – это программы (последовательность машинных команд по реализации алгоритма) и данные (постоянные, полупостоянные). Оперативные данные, представляющие собой исходные данные, промежуточные вычисления и результат, не являются частью программного обеспечения. Они являются предметом обработки, тогда как программное и аппаратное обеспечение относятся к средствам обработки.

Этапы создания алгоритмического и программного обеспечения ЭУС Согласно рекомендации ITU-T (МСЭ-Т) выделяют следующие этапы по формированию АО и ПО: ◦ Спецификация и планирование ◦ Системное проектирование ◦ Детальное проектирование ◦ Кодирование ◦ Отладка ◦ Эксплуатация

◦ ◦ Спецификация и планирование На этом этапе определяется состав функций и процессов, выполняемых УК, определяется набор входных и выходных сигналов, которые используются в процессе функционирования УК, перечень состояний, в которых УК может находиться. По этим данным составляется описание алгоритма обмена сигналами и переходов из состояния в состояние. Эти алгоритмы представляют собой функциональную спецификацию УК. Системное проектирование Выбирается состав устройств исполнительной системы, на которой будут реализованы алгоритмы. В связи с этим уточняется состав сигналов и состояний УК применительно к конкретным устройствам исполнительной системы, а также определяются интерфейсы взаимодействия между процессами, например, между процессом обслуживания вызова и процессом предоставления ДВО или технического обслуживания (ТО).

◦ ◦ Детальное проектирование На этом этапе происходит назначение устройств обработки (УУ), устройств хранения (ЗУ) для каждого процесса и функции, а также определение структур данных (их организация и размещение, их объединение в массивы, в файлы), кроме того проводится дальнейшее уточнение алгоритмов с учетом выбора УУ и структуры данных. На этом этапе целесообразно «распараллеливать» работу. Описание алгоритма для данного этапа обычно реализуется на формализованном языке (SDL, CHILL). Кодирование Алгоритмы записываются на формальном языке, выбор которого зависит от конкретной ситуации (от машинных кодов до языка сверхвысокого уровня). Разработано множество алгоритмических языков, максимально приближенных к пользователю, для удобства написания программ специалистами в области телекоммуникаций.

◦ ◦ Отладка Проверяется работа каждой подпрограммы на различных вариантах данных (автономная отладка). Проводится объединение отдельных программных модулей, исследуется совместная работа программ с целью проверки правильности интерфейсных связей между ними и обеспечения работы в реальном времени (комплексная отладка). Автономная 5 -10% Комплексная до 40% Эксплуатация Проверяется правильность функционирования УК в реальных условиях (или почти реальных), а также проводится коррекция. Отладку и эксплуатацию рекомендуется проводить с помощью специальных программных средств (отладчиков, имитаторов, эмуляторов, мониторов). Отладку и особенно эксплуатацию МСЭ-Т рекомендует проводить с использованием языка сверхвысокого уровня MML – это строго формализованный человеческий язык, обеспечивающий необходимое взаимодействие между персоналом и УК.

Язык описаний и спецификаций SDL Этот язык основан на модели автомата. УК представляется в виде двух взаимодействующих автоматов (операционного и управляющего, который обслуживает одну заявку). Операционный автомат представляет собой внешнее окружение, а управляющий – средства по обслуживанию данного типа заявки. Операционный автомат определяет состав сигналов, вырабатываемых участниками соединения, а управляющий автомат определяет состав сигналов УК для участников соединения, состав состояний, состав сигналов переходов в следующее состояние, функции переходов и функции выходов согласно алгоритму обслуживания заявок. Основными определениями в SDL являются: Сигнал – это поток информации Вход – это входной сигнал Выход – выходной сигнал Состояние – положение, в котором процесс ожидает входа. Переход – действия при появлении входа, связанные с переходом в другое состояние Решение – действие во время перехода с выбором одного пути из нескольких возможных. Задача – любое действие при переходе, не являющееся решением или выходом.

Основными символами являются: Вход Состояние Выход Задача Решени е Основные правила следования символов в SDL: ◦ За состоянием может быть один или несколько входов ◦ Каждому входу должно предшествовать только состояние ◦ За символами входа, выхода и задача должен следовать только один символ, кроме символа входа. ◦ За символом решение должны следовать 2 или более символов, кроме символа входа.

В качестве примера рассмотрим фрагмент описания ПОВ на этапе приема вызова:

Структура программного обеспечения ЭУС выполняет следующие функции: основные (по обслуживанию телефонных вызовов), дополнительные (ДВО), вспомогательные (эксплуатация, ТО). Эти функции выполняются с помощью аппаратных и программных средств, программы и данные для выполнения всех функций ЭУС образуют программное обеспечение, которое должно удовлетворять следующим требованиям: ◦ должно быть функционально полным (реализовывать все функции); ◦ должно функционировать в реальном масштабе времени; ◦ должно функционировать надежно (коэффициент готовности высокий); ◦ должно минимизировать стоимость хранения программ и данных при соблюдении требований реального масштаба времени; ◦ должно легко изменяться (модульность); ◦ должно быть простым для освоения персоналом, который обслуживает УК; ◦ должно эффективно разрабатываться и совершенствоваться.

Классификация программного обеспечения ЭУС Внутреннее ПО – это программы и данные, которые используются в процессе функционирования и являются обязательными. Состав внутреннего ПО зависит от конкретного образца УК (т. е. от его емкости, от внешнего окружения и т. д. ) Внешнее ПО – это вспомогательные программы и данные, которые используются на этапах составления, отладки, испытаний программ и данных внутреннего ПО с целью повышения эффективности этих этапов. Является как бы надстройкой над внутренним и не зависит от конкретного образца УК. Внутреннее ПО разделяется на следующие группы: ◦ ОС (операционная система) ◦ СКП (система коммутационных программ) ◦ СПТО (система программ технического обслуживания) ◦ САДМП (система административных программ)

ОС координирует работу всех остальных систем, СКП управляет установлением и разъединением всех СПТО автоматизирует контроль и диагностику САДМП автоматизирует эксплуатацию УК, собирает распределяет ресурсы машинного времени, управляет обменом информации с внешними устройствами и т. д. предусмотренных на УК видов соединений (внутристанционных, входящих, исходящих, транзитных). оборудования и ПО УК, восстановление оборудования и ПО после ремонта оборудования и рестарта УУ. статистические данные (по нагрузке, по качеству обслуживания, по режимам работы оборудования и т. д. ) для последующих решений, принимаемых администрацией с целью улучшения работы УК, также в САДМП входят программы для работы персонала с целью изменения абонентских и станционных данных, конфигураций УК и т. д.

Внешнее ПО подразделяется на следующие группы программ: ◦ САП (система автоматизации программирования) ◦ САОП (система автоматизации отладки программ) ◦ САППО (система автоматизации производства внутреннего ПО) ◦ СИНП (система испытательно-наладочных программ) САП используется при кодировании программ. Т. к. программы пишутся на языках программирования, их необходимо «перевести» на язык, понятный ЭУС. Это осуществляется с помощью программ трансляторов или интерпретаторов. САОП применяется на этапах автономной и комплексной отладки программ. На этапах отладки обнаруживаются логические и временные ошибки, т. е. те, которые не обнаружил транслятор. Отладка может проводиться на ЭУС или на ЭВМ общего назначения. САППО – для компоновки программ и данных в соответствии с конфигурацией и требованиями к конкретному образцу УК (выбор и запись версии ПО в ПЗУ и в ВУ). СИНП использует возможности ЭУС для автоматизации наладки и проверки оборудования УК, а также версии ПО при установке станции.

Программная организация процесса обслуживания вызовов в системе коммутационных программ (СКП)

О - определитель КО - коммутационное оборудование ПУ - периферийные устройства ПД - подсистема данных - набор массивов памяти ППИ - (подсистема приема информации) осуществляет сканирование объекта с целью приема входных сигналов от абонента и другого УК. ПОИ – (подсистема обработки информации) осуществляет: 1) выбор следующего состояния в ПОВ 2) поиск и занятие комплектов и соединительных путей в КП 3) формирование последовательности периферийных команд для перевода ПОВ в это состояние ПВИ – (подсистема выдачи информации) осуществляет выдачу последовательности периферийных команд в ПУ для проключения точек коммутации ЦКП, подключение нужных комплектов и выходных сигналов. ПДП – подсистема диспетчирования ГД – главный диспетчер (прерывания) ДПВС – диспетчерская программа высокой срочности ДПНС – диспетчерская программа нормальной срочности

Массивы МСКТ – массив состояний контрольных точек комплекта. Отображает предыдущее состояние контрольной точки (КТ) объекта, для этого достаточно одного бита. Изменение состояния КТ происходит из-за сигналов, поступающих от абонента или других УК. МЗО – массив заявок на обслуживание. Хранит очереди заявок на обслуживание. Под заявкой подразумевается любое изменение состояния КТ. Например, поступление вызова, начало набора номера, окончание набора номера, ответ, отбой и др. МОВ – массив обслуживаемых вызовов. Хранит служебную информацию по одному конкретному вызову в процессе его обслуживания (номер абонента А и Б, категорию абонента, тип подключаемого приемника и передатчика, координаты соединительных путей и т. д. ). МЗС – массив занятости/свободности. Отражает доступность ресурсов, которые могут потребоваться в ПОВ. МСИ – массив справочной информации, дополняет МЗС. Хранит информацию о структурном составе внешнего окружения и конфигурации УК. Количество и объем МСИ массива зависит от характеристик станции и ее окружения. МППК – массив последовательности периферийных команд. Хранит подготовленные наборы (последовательности) периферийных команд для установления/разъединения соединений в КП и управления внутренними состояниями комплекта.

Рассмотрим взаимодействие программ и данных по этой схеме на примере этапа подключения комплекта приема номера к АК. 1. ППИ 1. 1 Начало нового этапа 1. 2 В процессор поступает информация о текущем состоянии КТ от ПУ 1. 3 Состояние сравнивается с предыдущим из МСКТ 1. 4 Изменение состояния (абонент снимает трубку) вызывает заявку на выполнение данного этапа (подключение комплекта приема номера - КПН к АК), который поступит в МЗО 2. ПОИ 2. 1 Занимается МОВ, который из МЗО переписывает номер АК, организующего вызов (номер абонента А) 2. 2 Поиск соединительного пути от АК к свободному КПН идет по МЗС и МСИ, результат поиска записывается в МОВ 2. 3 Формируется последовательность периферийных команд, которая записывается в МППК 3. ПВИ 3. 1 Проверяется свободность адресуемого ПУ по МЗС 3. 2 Если оно свободно, то в него выдается команда из МППК. После выдачи всех команд, этап подключения приемника к АК завершен. 3. 3 МППК освобождается, все данные ушли наверх, а все данные, необходимые для ПОВ, ушли в МОВ.

Функции программ технического обслуживания и административных программ Техническая эксплуатация (ТЭ) УК включает в себя технические и административные операции для надежного функционирования УК с заданным качеством обслуживания абонентов. Основными методами ТО на телефонных сетях являются: ◦ Профилактический метод заключается в проведении плановых мероприятий по проверке и настройке элементов УК. Метод направлен на предупреждение возникновения неисправностей и характеризуется слабой степенью автоматизации. ◦ Контрольно-корректирующий метод ТО заключается в постоянном слежении за состоянием частей УК и вмешательстве с целью устранения неисправностей лишь при снижении качества обслуживания до предельного уровня. Метод направлен на автоматизацию процессов контроля и диагностики, обеспечивает оперативное обнаружение неисправности и является основным для УК с программным управлением.

Система программ ТО (СПТО) СПТО представляет собой программные средства для обеспечения функционирования УК с заданным качеством СПТО подразделяется на 4 группы программ: 1) Программы контроля (Пр. К) – эти программы обнаруживают неисправности в различных частях оборудования УК, поэтому различают Пр. К коммутационного поля, УУ, служебных комплектов, генераторного оборудования. 2) Программы восстановления – определяют необходимость блокировки и замены устройств, а также возобновления нормальной работы УК. Программы включают в себя действия по анализу неисправности, реконфигурацию и перезапуск. 3) Программы диагностики запускаются после обнаружения отказа с целью определения места и характера неисправности. Программы диагностики, как и Пр. К, обычно выполняются в виде тестов. Диагностика определяет место неисправности с заданной точностью, которая называется диагностической разрешающей способностью. Диагностика улучшает ремонтопригодность устройства: плата заменяется резервной и устройство становится исправным. 4) Программы оператора позволяют производить действия по реконфигурации и диагностике и т. д. по запросу обслуживающего персонала. Также обеспечивает документирование всех действий по ТО.

Рассмотрим, как происходит процесс ТО в дублированном управляющем комплексе (ДУК): Возникновение неисправности Обнаружение неисправности Защита (блокировка неисправности) Сообщение о неисправности (аварийные сообщения) Диагностика неисправности Устранение неисправности (замена плат, может быть ремонт) ◦ Послеремонтная проверка (тесты) ◦ Восстановление (разблокировка, восстановление режима, может быть переключение с резерва) ◦ ◦ ◦

Система административных программ (САДМП) САДМП – программные средства ТО для эксплуатации и расширения УК. Обычно включает в себя: 1) программы учёта (сбора статистики) Эти программы собирают статистическую информацию о телефонной нагрузке, о качестве обслуживания, о неисправности, о тарификации и т. д. 2) Программы внесения изменений Используются при внесении изменений конфигураций станции, абонентских и станционных данных (это массивы информации, хранящие описание свойств и связей АК и других приборов станции); изменение этих данных осуществляется персоналом. 3) Программы оператора Запускают программы изменения абонентских и станционных данных, других программ по управлению, в том числе для вывода результата работы административных программ на печать. Общение персонала с УК происходит на языке MML, который представляет собой набор директив оператора, в ответ на директивы система выдает ответные сообщения

Операционные системы реального времени (ОСРВ) ОС – это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами аппаратно-программного комплекса и процессами, которые используют эти ресурсы. Основными ресурсами являются: процессор, оперативная память и ПУ. Управление ресурсами состоит в обеспечении удобного доступа к ресурсам и в распределении ресурсов между процессами. Под процессом здесь понимается последовательность действий, определенных программой или подпрограммой, а также данные, используемые во время выполнения этой программы.

Классификация ОС: ◦ ◦ ◦ ◦ По количеству пользователей, одновременной обслуживаемых системой: - однопользовательские - многопользовательские По числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением ОС: - однозадачные - многозадачные По типу доступа пользователей к системе: - с пакетной обработкой - с разделением времени - в реальном времени По типу аппаратно-программного комплекса, для управления ресурсами которого система предназначена: - однопроцессорные - многопроцессорные - сетевые - распределенные

Основные требования ОСРВ это: ◦ Достаточное быстродействие. ◦ Возможность параллельно выполнять несколько задач. ◦ Возможность безотказной работы в течении длительного времени. ◦ Особые требования по безопасности. ◦ Важно максимальное время отклика на событие, а не среднее. Различают ОСРВ мягкого РВ и жесткого РВ. К жесткому типу относятся системы, в которых неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом. Мягкие ОСРВ могут не успевать все делать всегда в заданное время, а успешность функционирования определяется по некоторому критерию (по максимальной задержке в выполнении какой-то операции или средняя своевременность обработки какого-либо события и т. д. ) К жестким ОСРВ относятся: Vx. Works, OS 9, Link. OS, OSE, QNX. К мягким ОСРВ относятся: LINUX, Windows NT, Windows CE, RTAI, RTX, EINUX.

В состав ОСРВ входят следующие элементы: 1) ядро 2) планировщик задач 3) связные задачи 4) общие ресурсы 5) средства синхронизации с внешними событиями и по времени Так же обычно присутствуют функции управления памятью файловой системы, средства для интерфейса с оператором и другие средства высокого уровня. Ядро имеет малые размеры и служит для загрузки остальных частей ОС. Имеет высокую степень защиты. Планировщик задач определяет, какая задача должна выполняться в каждый момент времени. Связные задачи осуществляют взаимное согласование процесса с помощью специальных сообщений.

В России из большого множества ОСРВ наиболее часто встречаются следующие системы: QNX – самая распространенная система, т. к. настроена на процессор Intel. Особенности: реализует обработку 16 и 32 -х разрядных данных и допускает конфигурирование по желанию пользователя (объем 10 Мб), включает компилятор на языке С++, протоколы TCP/IP, CMP. Vx. Works – это ОСРВ инструментальная среда (связаны с Tornado), фирма Winel River Systems. Предназначена для создания систем жесткого типа, при этом прикладное ПО в среде Tornado создается на специальной машине (host) и выполняется целевыми машинами данных (target). host target Windows (NT) не проектировалась как ОСРВ, но в неё включены элементы ОСРВ - класс процессов реального времени, который может диспетчироваться. Использование этой ОС целесообразно, когда нет ничего другого: в мягких ОСРВ, простых ОСРВ (в которых число типов событий невелико и где загрузка процессоров всегда мала). Linux –модифицирована средствами сетевой графической поддержки. Совместима с другими ОС – DOS, свободно доступна, обладает свойствами многозадачности, многопользовательская система, имеет защиту процессора и памяти. Для задач реального времени обычно используется система RT Linux.

Сетевые процессоры IXP 1200 1. 2. 3. 4. 5. Эта платформа образована открытой средой обработки для реализации сетевых задач различных уровней. Включает в себя компоненты: Сетевые компоненты IXP Коммутационные контроллеры IXE Форматирующие устройства IXF Компоненты физического уровня LXI Среда проектирования SDK Разработчики предлагают необходимость ПО для реализации конкретных проектов. Для этой платформы в качестве ОС рекомендуются: Linux, Vx. Works и другие.

Реализация ПО на примере ЦСК «КВАНТ» Предназначена для СТС и УТС. Т. к. это отечественная разработка, процесс построения и производства ПО к ней доступен и изучен. Особенностью представления данных в системе Квант является то, что машинное слово длиной 16 двоичных разрядов для сокращения записи использует специальное 5 -ти символьное представление со следующими форматами: Адрес ячейки, в которой хранятся некоторые данные, будем указывать через ). 24305) 44000 – ячейка с адресом 24305 содержит число 44000, адрес 16 -ти разрядный.

К важнейшим абонентским данным относятся: соответствие списочных и линейных номеров, тип АЛ, ограничения по видам связи, набор ДВО, категория АОН, тип ТА и т. д. Каждый абонент станции Квант имеет абонентскую характеристику первой ступени (АХ-1) АХ-1 обеспечивает пересчет линейного номера в набор параметров таких, как класс обслуживания, тип АЛ, ограничение и т. д. Рассмотрим структуру АХ-1, имеющую 3 варианта записи этой характеристики: Массив АХ-1 находится по адресу 44000) в 4 -м дополнительном блоке памяти.

Рассмотрим первый вариант АХ-1: № СКО определяет, к какому из 8 -ми слов массива СКО необходимо обратиться для уточнения характеристик данных абонента. 33200) – адрес первой ячейки массива Все абоненты, которые не подходят ни одному из 8 -ми СКО, описываются по второму варианту – АХ-1, т. е. имеют характеристику АХ-2:

Рассмотрим структуру массива РКО: АХ-3 – для некоторых абонентов может потребоваться. Содержит список сокращенных номеров и услуги (прямая связь).