Zagadnienia zwiększenia odporności na zakłócenia przy wprowadzeniu informacji przez przerwania

M i r o sł aw S KR ZEWSKI

Instytut Infor m at yk i Czasu R zeczywistego Poli te ch n ik i śląskiej

Z A G A O N I E N I A Z W i ą K S Z E N I A O DPORNOŚCI N A Z A K Ł Ó C E N I A PRZY W P R O W A D Z A N I U I NF OR M A C O I P R Z E Z P R ZE RW A NI A

S t r e s z c z e n i e » W a rtykule prz ed s ta wi on o przy kł ad ow a rozwiązania u k ł a dó w w e j ś ć p r ze ry wa j ąc yc h k an ał u p r z em ys ł ow eg o o ra z p r z e a n a l i z o ­ w a n o czy nn i ki w pł yw a j ą c a na ich od p or no ść na z a k ł ó c e n i a . W szc ze gó l ­ ności p r z e d s t a w i o n o a n al iz ę w p ł y w u rozwiązań k o n s t r uk cy j ny ch d et e k­

tora z m i a n sygn ał u w ej ś ci o w e g o u kładu we jś ć p r z e r yw aj ą cy ch na zwięk­

s zenie o d po rn o śc i na z a k ł ó c e n i a . R o z w a l a n i a z i lu st r ow an e z o s t a ł y ob­

l ic ze ni a mi te or e ty cz ny m i oraz o tr zy m a n y m i w y n i k a m i sy mu la cj i o p a r ­ tej na za re j e s t r o w a n y c h rzeczyw i st yc h parame tr ac h s y g n a ł ó w z a k ł ó c a ­ jących. R o z w a ża n o równi e ż mo żl iw o ść p r ogramowej r ealizacji rozwią­

z an ia zw ię k s z a j ą c e g o o dp or no ś ć na z ak łó c en ia w kilku m.c.

1. W S T ^ P

Od s y s t em ó w komp u te ro wy c h steru ją cy c h p r o c e s a m i prz e my sł ow y mi wymaga Bię dużej n i e z aw o dn oś ci działania. Na nie za wo dn o ść tę, opró cz n ie za w o d n o ­ ści sameg o s p rz ęt u i o pr og r a m o w a n i a komputera, s kł ad a się również n i e z a ­ wodn oś ć syst e mu z b i e r a n i a danych z obiektu p r z e my s ło we go , ro zu mi a na w s e n ­ sie w i a r y g o d n o ś c i (zgodności z rz ec zywistym stanem obiektu) informacji w p r o w a d z a n y c h do maszyny cyfrowej.

Oedną z me to d zb ie ra n ia danych z obiektu Jest metoda w yk or z ys tu ją c a me­

chanizm prze rw ań p ri or y te to wy c h (karty wejść pr z er yw aj ą cy ch kanału p r z e ­ mysłowego). W rozw ią za n iu tym w y b r an e sygnały z cz uj ni kó w na o biekcie s y g ­ nalizują m.c. każdą (lub tylko określoną " 0 “— > " 1 " lub “1 “ — » ”0 “ ) zmianę etanu c zujnika przez w y ge ne r o w a n i a żądania obsługi z a is tn i ał eg o zd arzenia (przerwanie). Wystą pi e ni e przerw an i a pr zyjmowane jest za dowód z a i s t n i e ­ nia o k re ś l o n e g o zda r ze ni a 1 na ogół m.c, bez dal s ze go spraw dz an i a p r z e ­ chodzi do realiz ac j i p r o g ra mu pr z ew id zi a ne go na tę okoliczność. Mechanizm ten u mo ż li wi a szybką reakcję systemu na z a is tn ia ł e wydar z en ia , ale rów ­ nież po wo du j e znaczną w r aż li wo ś ć systemu na błędne przerwa ni a w ywołane z a k ł óc en ia m i przemysłowymi.

C elem n in ie j s z e g o a rtykułu jest pr ze d st aw ie n ie m o żl iw oś c i z a ró wn o k o n ­ s trukcyj ny c h, Jak i pr ogramowych, z w i ęk sz e ni a odpor n oś ci układów w p r o w a ­ dzania i nf o rm a c j i p r z e z przer w an ia na z a k łó ce ni a (zwiększenia n ie za wo d no ­ ści procesu zb ie r an ia informacji).

Z E S Z Y T Y N A U K O WE PO LI T E C H N I K I ŚLĄ SK I EJ ______ _

seria: I N F O R M A T Y K A z. 7 Nr kol. 809

_______ 1984

174 M. Skrzewski

2. RO Z WI Ą Z A N I A U K ŁA D ÓW W E3 ŚĆ PRZ E RY WA 3Ą C YC H

Schemat bloko wy typowej drogi, jak? przebywa s y g n a ł z obiek tu (z czuj­

nika) w u kładzie w e j ść prz er yw a ją cy ch przeds ta wi a rys. 1. Informacja dwu-

Rys. i. Droga sy gn a łó w w układzie we j ść p r ze ry wa j ąc yc h kanału p rz emysło­

wego

s tan o wa z obie kt u przes ył an a jest do kanału p r z e my sł o we go sy g na ł a m i wyso- ko p oz io mo w ym i n a pi ęc i o w y m i (prądowymi), najczęściej 24, 4 8 V (również 60 i 100 V) Ql] ,[2] ,[3] i odbierana jest w od bi o rn ik u o małej op o rn oś ci wej­

ściowej (np. p ar ametry progu prz eł ąc za n ia U p ■ 6-1 6 V przy I p » 5 m A dla U sygn ” 2 4 v W )• Układ odbiornika zawi er a na ogó ł filtry, z m niejszają­

ca sze r ok oś ć pasma c z ę s t o tl iw oś c i dział aj ąc y ch z a k ł óc eń or az układy se­

p ara c ji galwanicznej dla zm ni ejszenia w p ły w u zak łó ce ń z w ią za ny c h z różni­

cami p ot encjałów punk tó w uziemień. Elementy te tworzą łącznie układ prze­

ł ączający o o d p ow ie dn i o dob ra ny m progu przełącz an ia , z a m i en ia ją c y poziony s yg na łó w stoso wa n yc h na o biekcie na poziomy s y g na łó w logic zn yc h układów k anału przemysłowego. Pr zykłady rozwiązań układu odbior ni ka s y g n ał u przed­

s tawia rys. 2.

P odstawą od bi or n ik a jest element se paracji galwanicznej (transoptor), z a d a ni e m op o rn ik ów Rl, R2, R3 i diod Dzi, Dl jest z jednej s t rony ochro­

na przed z n i s z c z e n i e m diody elektr o lu ml ne s cy jn eJ LED tranaoptora, z dru­

giej strony, w y k o r z y s t u j ą c c h a r a kt er y st yk ę I - U diody LED w r a z z uwzględ­

nieniem progu ele me n tu logicznego (lub n apięcia U Q£ t ra nz ystora) okre­

ślenie w a r to ś ci progu pr ze łączania odbior ni k a 1 d o pa so w an ie do stosowa­

nych na obi ek ci e s y g n a ł ó w logicznych. Filtracja z a k łó c eń mo że być zreali­

z owana na w e j ś c i u odbiorn ik a (pojemność C1 na rys. 2a) i w ó w c z a s filtr og r an ic za s z er ok oś ć pasma częstot li w oś ci z a k ł ó ce ń d z ia ła j ą c y c h na wejścia o dbiornika. Częściej jednak filtr ten Jest w ł ą c z o n y na w y j ś c i u układu se­

p aracji galwanicznej-r tak Jak na rys. 2a i bj w ó w cz as z a d a ni em tego fil­

tru Jest elimin ac ja k r ó t ko tr wa ł yc h s y g na łó w zakłóc aj ąc yc h , jednocześnie takie umi e js co wi e ni e filtru powoduje z wi ęk s z e n i e czasu trwania zakłóceń p rz ec ho d zą cy ch przez filtr [4).

S yg na ł w y j ś c io wy u kładu odbiornika badany jest w uk ła dz ie detektora zmian, i każda (lub okreś l on a) zmiana s y g na łu z o s ta je zapam i ęt an a w reje­

strze zmian i popr ze z układ Interfejsu z m ag i st ra lą m.c. pow od u je genera­

cję z gł o sz en ia w układzie p rzerwań m.c. Przyk ła do w o rozwią za n ia układu de­

tektora zmian p rz e ds ta wi a rys. 3.

Z ag adnienia zwięks za n ia odporności.. 175

Rys. 2. P r zykładowe rozwiązania odbiornika s y gn ał u z o pt oi zolacj« (a,b) oraz typowa charak te r ys ty ka diody e le kt ro l um i n e s c e n c y j ­

nej w transoptorze (c)

C) b)

-CL_{■» a} ^ZCŁOiza

N/C -f

d a

r T

J

Rye. 3. Wybrane ro związania detektora stanu syg na łu w e j śc io we g o: w y k r y w a ­ nie d ow olnych z mian (a.c) oraz tylko pr ze jścia H - L (b)

176 M. Skrzewaki

Układ z rys. 3a po wp is a n i u aktualnsj w a r t o ś c i sygnału w ej ściowego do r ejestru Q w y k r y w a w y s t ą p i e n i e zmiany w y j śc i a odbiornika i rejestruje ten fakt w re j estrze (p r ze rzutniku Z), układ z rya. 3b Jest Jednym z moż­

liwych rozwiązań u k ła dó w de te k t o r ó w okreś lo ne go charakt er u zmian sygnału w e j ś c i o w e g o (w tym pr zy padku przejścia z "1" na “0"), układ z tys.3c wpi­

suje "i" do r ejestru Z przy każdej zmia n ie stanu w y jś c ia odbiornika.

R ealizacja układu w s p ó ł p r a c y z magist ra lę m.c. 1 układu g e neracji syg­

nału p rzerwania zależ ę oczywi śc i e od rozwięzań układowych m.c. Na ogół u- kład umożliwia pobranie do m.c. z a wa rt oś c i rejestru pamiędi z mi an Z. nie­

które r oz więzania (np. [2] ) umożl l wi aj ę równ ie ż pobranie do m.c. 3tanu li­

nii we j śc i o w y c h (wyjścia odbiornika sygnału) karty wejść przerywajęcych.

3. Ź R Ó D Ł A O DPORNOŚCI NA Z A K Ł Ó C E N I A

Z p rz e ds t a w i o n e g o na rys. 1 s c h em at u bl ok ow e go toru sygn a łu w układzie w ej ść przery w aj ęc yc h wynika, że o o dp or n o ś c i układu na za kł ó ce ni a mogę de­

cydować dwa bloki: odbiornik sygna łu (układ dopaso wa ni a po ziomów i sepa­

racji galwanic z ne j) i det ek t or zmian sygnału. Z chwilę w p ro wa d z e n i a in­

f ormacji do rejestru zmian Z zaró wn o kr ó tk otrwała z miana stanu wyjścia odbiornika, w y w o ł a n a zakłóceniem, Jak i rz eczywista zmiana stanu czujnika na obiekcie będę preze n to wa ły eię dla m.c. J e dn akowo (wygeneruję zgłosze­

nie do układu przerwań m.c.).

Z de cy d o w a n a w i ę k s z o ś ć ro zwięzań pomija m o ż l i w o ś ć w yk or z y s t a n i a konstruk­

cji d et ektora z mian do z w ię ks z en ia odporno śc i na zakłócenia, wykorzystu- Jęc do tego celu w y łę cz ni e układ o db i or ni ka sygnału.

W celu zwięk s ze ni a odporn oś ci na za k łó ce ni a układu d o pasowania pozio­

mów i s e p a r a c j i galwanicznej można w p ł y w a ć na dwa parametry układu: poziom progu prz eł ęc z an la (a w ł a ś ci w ie m argines zakł óc eń odbior n ik a) o ra z sta- łę czasowę filtru. Zwięks ze ni e w a r t o ś c i z a r ów n o Jednego, Jak i drugiego p sr ametru powoduje zm ni ej s z e n i e ilości bł ędnych zmian stanu s y gn ał u w yj­

ś ciowego odbiornika, z tym że w z rost w a r t oś c i m a r g i ne su za k łó ce ń powoduje z m n i ej sz en i e śr edniego czasu trwania błędnej z m ia ny s y g na ł u na wyjś ci u od­

biornika, natomiast ze z w i ę k s z e n i e m stałej czasowej czas ton w z r a st a (4].

O dp orność na z ak ł óc en ia de te k to ra z mi an ok r eś lo na Jest minim a ln ym cza- asm trwania zmiany, która z ostanie Już przez ten de tektor zauważona. Na­

zwijmy ten czas czasem z a dz ia ł a n i a det e kt or a i ozna c zm y Y^. D eśli czas trwania zmia ny (błędu) będzie mniejszy od czasu z ad zi a ła ni a detektora zmian Y d , to z m ia n a ta nie zos ta ni e w y k ry ta i nie z ostanie wygenerowana przerw an i e (przerwanie w y g e n e r u j ę tylko z miany s y g n ał u wy odbiornika a czasie trwania Z > Y^). W p r z e d s ta wi on y ch na rys. 3 u kładach detektorów z mi an czas z a d zi ał an i a równy Jeet ok. 3 0 -4 0 ns (ok. 3 - 4 czasy propagacji sygn ał u przez bramkę T T L ) ; 1 pr aktycznie każda z miana na wejś ci u detekto­

ra wy wo ła na z a k łó ce ni e m speł ni a w a r u ne k Z > Y^ 1 g e neruje przerwanie.

Zagadnienia zwiększenia odporności.. 177

4. S P O S OB Y Z W I Ę K S Z E N I A “O DPORNOŚCI N A Z A K Ł Ó C E N I A “ D ET EK T O R A ZMIAN

Możliwość zwięk sz e ni a o d p or no śc i na błędne zmiany s tanu syg na ł u w e j ­ ściowego de te ktora zmian leży w i ę c w z w i ęk sz en i u Jego czasu z ad ziałania Yj. Można to z re a li z o w a ć różnymi sposobami. Dedną z m o żl iw o śc i jest z a ­ stosowanie innych, wo l ni e j s z y c h niż T T L układów logicznych, z mo ż liwości?

dodatkowego sp owalniania, o dużych czasach propag ac j i (np. e l ementy serii SN 15 300 lub H 100); przez stosow an ie dodat ko w yc h pojem n oś ci spowalniają- cych można czas Y^ d e tektora zmienić w o k re śl o ny ch p rzez konstrukcję elementów granicach.

Innę możli w oś ci ? jest za st osowanie układu u za le żnienia czasowego, ga- n erujęcego dla każdej wykrytej zmiany sygn ał u w e j śc io we g o odcinek czasu (impuls o czasie trwania) Yj^ ok reślający min im a ln y czas trwania zmiany sygnału wejściowego, generujący przerwanie. Oedną z mo żl iwych realizacji układu detektora zmian dział a ją ce go we dług proponowanej metody p r z e ds ta ­ wia ry3. 4.

Rys. 4. Rozw ią za ni e u kładu d et ektora zmian sygnału w ej ś ci ow eg o z m o ż l i w o ­ ścią określania mi ni m a l n e g o czasu trwania wykry wa ne j zm iany sygnału w e j ­

ściowego

Oest to układ w y kr yw aj ą cy przejście z "1" na "0". Przez zast ąp ie n ie ne­

gacji na w e j ś ci u u kładu e l e me nt u EX0R (jak w układzie z rys. 3c) można za­

mienić go na układ det e kc ji do wo lnych zmian sygn ał u wejś c io we go ] w ukła-

»U

dzie tym łatwo m o żn a zmi en i ać czas zadz ia ł an ia detektora Y^. Proponowane metody w y m ag aj ą zmiany k on st r uk cj i karty w e jś ć pr ze rywających (zmiana e l e ­ mentów na inne lub z w ię k sz en ie ilości elementów) i mogą w y ma ga ć zmiany Jej o r ga ni za c ji (zmniejszenia ilości s y g na łó w doprow ad za ny c h do jedhej kar­

ty); e l im in uj ą c jednak całkowicie ge ne rację bł ędnych przerwać w yw oł a n y c h zakłóceniami o czasie trwania 2 < Y*.

Podobną poprawę o d p or no śc i na zakłó c en ia można uzyskać również na d r o ­ dze programowej w e r y f i k a c j i ge ne r owanych przez kartę przerwań, bez z m i a ­ ny kons tr uk cj i karty, Jeśli rozwiązanie układu w ejść przery wa j ąc yc h umożw liwia w p r o wa dz e ni e sygn a łu w yj śc i o w e g o z odbio rn ik a (z układu d o pasowania poziomów) w p rost do ra.c. (rys. 5).

W ro z wiązaniu tym od l ic z a n i e czasu Y ^ n as tępuje na drodze p r o gr a mo ­ wej przez prog ra m obsługi przerwania; na st ępnie s pr aw d za na jest p o p r a w ­ ność przerwania przez porówn an i e a kt ua ln e go stanu s y g n ał u w e j ś c i o w e g o ze

178 M. Skrzewski

Rys. 5. Zmodyfi k ow an e rozwiązanie drogi sygna łu w układzie wejść przery­

wających

s tanem za ło żonym dla danego typu przerwania (np. dla w e j ś ć wykrywających zmianę z "1" na “0 “ na wyjściu odbiornika powinien być w momencie spraw­

dzania stan "O" logiczne). Właściwy program obsługi przerwania zr ealizo­

wany zos ta n ie tylko dla tych zgłoszeń, dla których spraw dz en i e to z ak oń ­ czy się pomyślnie. Metoda ta nie eliminuje g enerowania 'błędnych" przer­

wań, lecz zapobiega błędnej reakcji systemu na te przerwania.

5. A N A L I Z A E FE KTYWNOŚCI P RO P ON O W A N Y C H ROZWIĄZAĆ

Załóżmy, że dla danego rozwiązania odbior ni ka sygnału (układu dopaso­

wania poziomów 1 s ep aracji g alwanicznej) i danego c harakteru zakłóceń p rz em ysłowych na o biekcie znane są rozkłady gęstości prawdopodobieństwa opisujące w ys tę p o w a n i e bł ędów na w y jś c iu odbiorn ik a wy wo ł an yc h tymi zakłó­

ceniami: fj(T) czasu trwania błędu oraz fx (x ) odstępu czasu między ko­

lejnymi błędami. Załóżmy również, że w rozważanym przedziale czasu syg­

nał obiektu ma s tałą war to ś ć (np. " 0 “ lub "1"), tzn. w sz y st ki e zmiany na wyjś ci u o dbiornika wy wo ł a n e są dział a ni em zakłóceń.

W stan d ar do wy m ro związaniu układu w ejść przery wa ją cy c h zakłóc en ie spo­

wodu je ge ne rację przerwania. Jeśli czas trwania T w yw o łanej nim zmiany na w y j ś ci u o dbiornika będzie w i ę ks zy od czasu zadz ia ł an ia de te ktora zmian Y^. P r a w d o p o do bi eń s tw o w y st ąp i e n i a b łędnego p rzerwania P^ będzie więc równe :

pb* • t ) fT (T)dT. (1)

Y d

Oeśli średni czas trwania błędu T będzie rzędu 2 - 1 0 ^ 8 przy Y^ * 30-40ns, to

psr *

W przypadku rozwiązań z rys. 4 i rys. 5 błędne w y g e n er ow an i e (błędna reakcje systemu na przerwanie) może na stąpić w jednym z dwóch przypadków:

- czas trwania b łędu T jest więks z y od czasu yJ * lub - odst ęp czasu mię­

dzy kolejnymi błędami jest na tyle mały, że w mo me nc ie zakończenia czasu

Zagadnienia zwiększenia odporności.. 179

Y * w y st ę p! następny błęd (zakładamy, że można pominęć możliwość wystę- piania kilku bł ędów w czasie Y^*).

P r a w d o p o do bi eń s tw o w y s t ę p l e n i a takiej sytu ac ji będzie równe:

p b ?

“ P{T > Y*} + P{T < Y*n X <

T]

oznaczany przez z różnicę z « Y * - X J

f z U ) - fx (-X + Y*).

wtedy

oo oe j

Y *

P.bZ . ] f r (T)dT ♦ j fT (T) | -fx ( - X - Y*)dXdT . | fT (T)dT (3}

Y * 0 0 0

w ewnętrzna całka w w y r a ż e n i u (3) Jest równa:

T

J - f x ( - X - Y * ) d X - FX (Y*) - Fx (Yd* - T) (ś) 0

Tff.

Dla n a łych czasów trwania błędu T « Y^ możemy zapisać:

OO

F x iYd ) " F X (Y* " T) * T * fx (Yd ) 1 f M T >dT * 0 (5) y *

1 wtedy

*

P bS

00 Yd

j* fT (T) . T . fx (Y*)dT - 7 . fx (Y*) 1 ^ fT (T)dT ? I (6)

gdzie:

T - w a r t o ś ć średnia czasu trwania błędu.

Z za le ż n o ś c i (3) 1 (6) wynike, że Jeśli T < < X T to z a le żność P fa ■g ■

■ * f ( Y ^ zawiera sz e ro ki e atninua, w którym Pfa~ przyjmuje bardzo nałe w a r ­ tości.

180 M. Skrzewski

Postać z al eż n o ś c i P b ^ *» (Y*) zależny od postaci ro zk ł ad ów fx (x )>

fT (T), np. dla fx (x ) a Q“ ^ (rozkład równom ie r ny na przedziale A, B) P b^min " a n p * c*^a rozkładów fT ( T ) » T/a e x p ( - T 2/ 2 a 2 ) (rozkład R a y l e i g h a ) i fx (X) - | & 3 X 2 exp(-&X) (rozkład Gamma) o T ■» 5,10/j s i

1 s, w y kr es zależno śc i P b* od

Rys. 6. W y kr es z a le żn o ś c i prawdopo­

d ob ie ńs t wa w y s t ą p i e n i a błędnego p rzerwania P ^ od czssu z a d z i a ł a ­ nia d et ektora Y^. Linia cięgła - T - l O ^ s , linia przeryw a na T » 5^us su

Y^* p r zedstawia r y s . 6.

Z w y k r e s u tego w y n i k a wniosek, że aby uzysk ać znaczne zwiększenie odporności na z ak łócenia, powinien

, afc __

byc s pe łniony w a r un ek Y^ > 4 . Tj przy tym w a r un ku pr a wd o p o d o b i e ń ­ stwo Pb^ < 1 0 -5 (dla danych z przy­

kładu) .

Pr z ep ro wa d zo ne o bl ic z en ia dla arbitr al n ie przyję ty ch dany ch nie pozwalaję w y z n a c z y ć w y m a g a n e g o cza-

□la zn al ez i e n i a odpo- Y * dla rz ec z ywistych z a k ł óc eń przemysłowych,

w ied z i na pytanio, jakie powinno być Y * przy działaniu na układ wejść pr z er yw aj ą cy ch rzec zy wi s ty ch zakłóceń, s ko rz ys t an o z danych zebranych przy pomiarach zakłóceń, p r z ep r ow ad zo n yc h spe c ja ln ą ap a raturą pomiarową [6]re­

jestrującą mome n ty w y s t ą p i e n i a z a k ł óc eń oraz czasy ich trwania. Pomiary pr z ep ro wa d zo no dla układu zb li żo n eg o do ro z wiązania z rys. 2b o p a r a m e ­ trach progu przeł ą cz an ia 6 V, 11 mA.

Zebrane dane pomiarowe w y k o r z y s t a n o do z a m o d el ow an l a p r o po no w an eg o w p. 4 sposobu elimin a cj i b łędów w y w o ł a n y c h zakłóceniami.

Wyniki m odelowania dla kilku w y b r a ny ch pom ia r ów w r a z z histogramami czasu trwania b ł ę d ó w i odstę pu czasu między błędami prz ed st a wi aj ą rys. 7a, b,c.

P onieważ p o je mność pamięci urządz en i a p o m ia ro we g o u możliwiła z ar e je ­ s tr owanie danych d ot y cz ąc yc h kolejnych 320 zakłóceń, stąd otr z ym an e w y n i ­ ki model ow a ni a o k r e ś la ją ’ jako ;zero p r a w d o po do bi e ńs tw o P b£ < 3 .1 25 . 10 .

Ola o trzymania P b<? < 1 0 ~ 2 w p r ze ds t aw io ny c h po m iarach w y m a ga ny czas Y d* w y n o s i 50-100^11 s.

Po ni e wa ż w i ę k s z o ś ć rozwiązań u k ł ad ów o db i or n i k ó w operuje s y g n a ł a m i 24;

48 V (próg p rz eł ączania na poziomie 12 lub 24 V), należy s po dz i e w a ć się

£4] , że średnie czasy trwania bł ędów będą krótsze, a o d st ęp czasu między błędami większe, co pozwala o sz a co wa ć w y m a ga n ą w a r t oś ć

20-50^1 s dla P b~

<

“

-

- 4 .

na poziomie

fe«*

Zaga dn i en ia zw i ęk s z e n i a odporności... 181

Rys. 7b

182 M. Skrzawskl - f i.

N -C+

.2.

•5- -C-

- t T I t u t

/ .2 .y

1 2

T X .? . 9 .9 A. w s

R y e . 7c

Rys. 7. W yniki model ow an ia pr oponowanego a lg or y tm u e li m i n a c j i błędnych przerwań. Górne w y k r e s y przedst a wi aj ą h istogramy czasu trwania impulsu za­

kłócaj ąc e go (T) i ods t ęp ów czasu między im p ul sa mi z ak ł ó c a j ą c y m i (X). dol­

ny w y kres przedstawia ot rz ym a nę w w y n i k u m od el o wa ni a ilość b łędnych przy­

jętych przerwań dla czasu zadz i ał an ia detektora Y ^ z mi en ia n eg o co S^us 5 ^ s do 1 ms

6. P R O G R A M O W A E L I M I N A C O A B Ł Ę D NY CH PRZ ER WA Ń

O tr zymane o s za co wa n ie w y m a g a n e g o czasu łb w s k a z y w a ł o b y na koniecz­

ność realiza cj i wy m ag a n e g o czasu opóźnie ni a przed s p r a w d z e n i e m s ta n u li­

nii generującej przerw a ni e w postaci pętli programowej.

Spróbńjmy dokładniej przeana li zo wa ć to z a g ad ni e ni e, a sz cz eg ó l n i e osza­

cować czas. Jaki upływa w a.c. od momentu w y g e n e r o w a n i a przerw a ni a do roz­

p oczęcia p rogramu Jego obsługi. Czas ten z ależy od typu m. c. i s p o s ob u jej oprogramowania. N a jk ró ts z a zwłoka w y s tę p! w przypadku pracy m.c. bez zło­

żone go syst em u operacyj n eg o, kiedy m.c. testuje w o kr eś l on yc h zegarem chwilach czasu stan wejść pobie ra ny c h p ro gr am o wo i reaguje na stwierdzono zmiany, a w pozostałym czasie ocze k uj e na przerwanie od we jś ć przerywają­

cych. Wystą pi e ni e przerwania (przy zał oż en i u braku w a ż n i e j s z y c h przerwań o cz ek ujących na o b sługę) powoduje wt ed y przek az an ie sterow an ia programowi obsługi danego przer w an ia po czasie, w którym na st ę pu je z ap am i ę t a n i e sta­

nu p ro c esora w mome nc i e wy s tą p i e n i a przerwania (najczęściej tylko stanu licznika rozkazów) oraz z i d e n t y fi ko wa n ie p r ogramu jego obsługi. W przypad­

Zagadnienia zwiększania odporności.. 183

ku pełnej h ardware'owej Id en ty f ik ac ji ź ródła przer w an ia (np. seria PDP-ll) czas ten będzie znacznie króts zy niź przy koni e cz no śc i częściowo p r o g r a ­ mowej identyf ik a cj i zgłoszenia. R ealizacja programu obsługi może następie d opiero po pełnym z a b e z pi e cz en iu stanu p ro cesora w m omencie p r ze rw a ­ nia (chowanie z aw a rt o ś c i r ej estrów uniw er sa l ny ch 1 w s k a ź n i k ó w procesora).

W pr z ypadku pracy m.c. pod złożonym sys te m em opera cy j ny m do czasu o cz ek i­

wania z gł os ze n ia (przerwania) na obsługę dochodzę niezbędne czynności włas­

ne syst em u (uaktualnienie odpo w ie dn ic h ws ka ź n i k ó w w tablicach, przeględ- nlęcie kolejki zadań o c z ek u ję cy ch na pr zy dział p ro cesora i t p . ). Dek stęd wynika, na jrótszy czas opóźnie ni a wystę p l w prostym s ystemie ze s p e c j a l ­ nie oprac ow an y m o pr og ra m ow an ie m (bez systemu oper ac yj n eg o) przy hardwa- re'owym r ozpoznawaniu źródła przerwania.

Zakładajęc, że z a p am ię ta n ie stanu procesora w y ma g a s ch owania np. 3 re­

jestrów u ni w er salnych procesora, dla m.c. serii PDP-ll czas ten można o- szacować następująco:

LSI 11/02

10.8^us

3x3.5 ^js 2 1. 3 ¿ab

W innych m i n i k o mp ut er a ch czas reakcji na p rzerwanie kształtuje się po­

dobnie np. dla M IT R A 15 w y no s i on ok. 30 ¿js. W przypadku częściowo p ro­

gramowej i de nt yfikacji źródła zg ło sz e ni a np. PDP-8 czy pracy pod s y s t e ­ mem opera cy j ny m czas ten będzie znac zn i e większy.

Majęc to na uwadze w yd aj e się, że w y m a ga ni a odnośnie do g en eracji cza- su może spełnić w w i ę k s z o ś c i m.c. sam me ch a ni zm (zachowania stanu procesora) prze ł ęc ze ni a k o ntekstu 1 nie sę potrzebne d o da tkowe procedury realizacji czasu opóźnienia. Po zapa m ię ta ni u stanu procesora program ob­

sługi przerwania p owinien dokonać s pr aw dz e ni a stanu linii w ejściowej ge- nsrujęcej przerwanie i przejść do dalszej jego obsługi tylko wtedy, gdy stan linii będzie zgodny z p r z e w i d y w a n y m » w przeciw ny m w y p ad ku zakończyć swoje dz ia ła n ie i odt wo r zy ć etan pr ocesora sprzed przerwania.

T a k i m ec hanizm obsłu gi powinien zapewnić, zgodnie z poprzednimi o s z a ­ cowaniami pr aw d op od ob i eń st wo b łędnego w y k o n an ia programu obsługi

PDP1 1 /3 5 11/05

czas reakcji na przerwanie

(chowanie L.O. 1 rej. etanu _ 7 y

na stos i ładowanie nowej o . ^ ^ s / . / ¡ » i zaw. LO 1 rej. stanu)

czas chowanie re jestrów 3 x 3 . 2 ^ a 3 x 7¿ j t 15 u e 2 8 . 7 ¿At

pbS < io"3 -i o" 4 .

184 M. Skrzewski

L IT ER A TU RA

[l] P romatic 700-pr og ra m ma bl e logie controllar. In f ormation YL 765-lOlE, YL 76-105E, A S E A 1976.

£2} K-90 C omputer Systems Manual. Kent Au to m a t i o n Systems, Hitchin, Hert- ford8chire, 1975.

£3] High Level Process Interface Unit T D C 20 00 - Specif ication and Te chni­

cal Data. Hon ey we l l Inc, 1979.

[4] Sk rz e ws ki M. : Ocena w pł yw u z a k łó c eń na transmisję s y g n a łó w dwus ta no ­ w y c h w relacji obiakt-B.c. Zesz yt y Naukowe P ol itechnki śląskiej.Auto­

matyka 53, Gliwice 1981.

[5] Dok um en ta c ja C AM AC - Rejestr p rzerwań typ 303, I nstrukcja obsługi.

[6] Sk rz e w s k i M . : Wp ro w a d z a n i e informacji z obiektu przez ka na ł przemy­

słowy do maszyny cyfrowej z uwz gl ę dn ie ni e m z a g a dn i eń odporn oś ci na za­

kłócenia. P raca doktorska. Polit e ch ni ka śląska, Gliwice 1980.

£73 POP 11 / 05 /L 0/ 3 5/ 40 Pr ocesor Handbook, Digital Equipment Corp., 1973.

£8] LSI -P DP 1 1/03 P ro cessor Handbook, Digi ta l Equipment C o r p . , 1975.

£9) Mitra 15, D e sc r ip ti on manual, C.I.I., 1972.

Recenzent s Doc. dr inż. Darzy Łęczyński

W płynęło do Redakcji: 31 .0 3. 1 9 8 3 r.

BOIIPOCH nOBŁflHEHHH IIOliEXOyCTOfttlHBOCTH B METOJtE BBEJtBHHH HH50PMAUHH HCnOJIb3yaĘEtt nPEPHBAHHH

P e

b u e

B

ctaTte npe/tcTasjieHU HeKoiopue

npepaBHiax

CHruaJiou npoMumzeHHoro Kaaajia

TaKxe oCcysytenŁ! ifaKiopH BZHJUoimie

ax noMezoycioiiaz-

b o c t b. B

aaciHocTH

aHa®H3

aa

pemeazii

TeKiopa

K3X6He

BxoflHoro carHajia

Ha noBHmeHHe nonexoycToflraBociH.

PaccyzASBHH npoaMBCTpHpoBaHH TeopeiHaecKHMH pacaeiaMH h noayaeHHbMH pe- 3yjiBTaTaMH

Ha ocaoBe HSMepeHHux napaueipoB npouuouieHHUx nouex.IIpe- AycMOipeHa laicze 803MoxHocib nporpaMUHoit peajiH3aiiHH

noMexoycioit-

H H B O C I H B H e K O I O p t D C 3BM,

Zagadnienia zwiększenia odporności... 185

SOME PR OBLEMS OF I MP R O V I N G IN T ER FERENCE I M M U N I T Y IN INTERRUPT BASED DATA GA T HERING SCHEME

S u m m a r y

Some factors ef f ecting an in te r ference i mmunity of interrupt based di­

gital data input systems are discussed. Specially, the influence of the input signal detector design on the inte rf e re nc e Im munity are analised, and the results of theore t ic al c al culation and of s im ul at i on based on reaL industrial noise data are presented. A meth od for improving the inte rf e ­ rence immunity, derived from this analysis, and a w a y of they possible implementation in chosen c omputer systems are also presented.