（物理电子学专业论文）lamost观测流程执行策略设计与实现.pdf

中国科学技术大学硕一l - 学位论文摘要 摘要 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜( l 圳o s t ) 是中国天文学家根 据2 0 世纪末天文学发展的趋向，提出的一个大视场多目标光纤光谱巡天的计 划。1 9 9 6 年国家科技领导小组在全国启动了重大科学工程计划，l a m o s t 在1 9 9 7 年由国家计委批准立项，项目于2 0 0 1 年8 月正式开工，并预计于2 0 0 8 年完工。 l a m o s t 是一种新的天文望远镜结构，称为“子午装置的卧式反射施密特望远镜 系统”，它突破了长期以来天文望远镜设备的缺陷，是一台兼备大视场和大口径 的光学望远镜。它选择最佳的观测时机( 天体过中天时) ，可以同时对4 0 0 0 个 目标进行光谱观测、有效口径达4 米，视场达到2 0 平方度。l a m o s t 至今仍然 是国际上大视场多目标光纤光谱观测的最重要的一个项目。 l 捌o s t 望远镜系统的复杂性和观测任务的巨量特点决定了采用观测控制系 统( 0 c s ) 来控制l a m o s t 系统进行自动观测。其中涉及到观测命令众多，而且 观测命令之间还存在逻辑关系，有些命令可以并行执行，有些命令必须串行执 行。为了l a m o s t 能够高效自动的运行，有必要对观测流程的执行进行仔细的分 析和设计。 根据l a m o s t 观测流程的特点，0 c s 采用分层的命令，其中观测命令是面向 观测者，而基本命令是面向l a m o s t 子系统；为了适应l a m o s t 观测命令之 间复杂的逻辑关系，引入了观测命令流来描述。作为l a m o s t 观测流程执行 中的一个重要步骤，我们需要实现从观测命令到基本命令的解析。在仔细分析 了l a m o s t 观测命令集，基本命令集及之间的映射集之后，设计了满足o c s 命令解析需求的数据库，并实现了查询o c s 数据库类。解决了命令参数为前驱 命令结果之后，给出了目前完整的命令解析的实现。 作为论文的重点，根据观测流程执行的特点，模仿操作系统的命令调度， 设计了o c s 命令执行时的数据结构和算法，实现了o c s 自动高效的调度命令。 作为o c s 的核心组件，命令执行器负责观测流程执行中命令的分发以及命令执 行情况的监控。命令执行器必须获取命令的执行情况，在简单介绍了c o r b a 事件服务和通知服务之后，重点介绍了o c s 消息总线的设计和消息总线消费者 的实现。通过多线程技术的运用，命令执行器实现了对每条命令执行的监控， i 中国科学技术大学硕j ：学位论文 摘要 为观测流程顺利的执行提供切实的保障。 最后本文对l a m o s t 观测流程执行的下一步发展方向进行了一些讨论。 本论文的主要创新在于： 1 ) 根据观测流程执行的特点，设计了o c s 观测命令执行的算法和数据结 构。通过多线程技术的运用，实现了对每条观测命令执行的监控，为观 测流程顺利的执行提供切实的保障。在此基础上，实现了o c s 的核心组 件，命令执行器。 2 ) 在原有的0 c s 观测数据库的基础上，增加和修改以适应当前命令解析的 接口，发展和完善了命令解析的规则，实现了目前完整的命令解析。 3 ) 针对观测命令执行中的异常，增加了消息总线的公共信息交互通道，同 时对命令的异常作了初步的处理。 i i 中国科学技术大学 确l j 学位论立 a b s t r a c t a b s t r a c t t h el a r g es k ya r e am u l t i - o b j e c tf i b e rs p e c t r o s c o p i ct e l e s c o p e ( l a m o s ni st h el a t e s t c o n f i g u r a t i o no fa s t r o n o m i c a lt e l e s c o p et h a tw a sr a i s e db ya s t r o n o m e ro fc h i n a af o r m a l p r o p o s a lf o rt h ep r o j e c ts u b m i t t e db yc a sh a sb e e nl i s t e d ，a f t e rr e p e a t e dr e v i e w s ，i n t o ”t h e n a t i o n a lm e g a - s c i e n c ef a c i l i t i e sp r o g r a m ”i n1 9 9 6 t h ep r o p o s a lw a sa p p r o v e db ys t a t e d e v e l o p m e n tp l a n n i n gc o m m i s s i o n ( s d p c ) i na p r i l ，1 9 9 7 ，a n dt h ef e a s i b i l i t ys t u d yw a s a p p r o v e db ys d p ci na u g u s t 。1 9 9 7 i t sc o n s t r u c t i o np e r i o di s8y e a r s c o m i n gi n t oo p e r a t i o na t 2 0 0 8 l a m o s ti sam e r i d i a nr e f l e c t i n gs c h m i d tt e l e s c o p el a i dd o w no nt i l eg r o u n dw i t hi t s o p t i c a la x i sf i x e di nt h em e r i d i a np l a n e i tb r e a k t h r o u g h sa s t r o n o m i c a lt e l e s c o p ee q u i p m e n t d e f e c t sa n ds u c c e e d si nc o m b i n i n gl a r g ea p e r t u r ew i t hw i d ef i e l do f v i e wi no p t i c a lt e l e s c o p eb y u s i n go r i g i n a lc o n c e p t sa n di n g e n i o u sd e s i g n l a m o s ti se x p e c t e dt ob eau n i q u ea s t r o n o m i c a l i n s t r u m e n ti nc o m b i n i n gal a r g ec l e a ra p e r t u r ea n daw i d ef i e l do fv i e w s i n c ei t s4 ma p e r t u r e e l l a b l e si tt oo b t a i nt h es p e c t r ao ff a i n te e l e s t i a lo b j e c t sd o w nt o2 0 5 mw i t hl n ms p e c t r a l r e s o l u t i o ni n1 5h o u r se x p o s u r e ，a n di t s1 7 5 mf o c a lp l a n ec o r r e s p o n d i n gt ot h e5 0f i e l do f v i e w c a na c c o m m o d a t es e v e r a lt h o u s a n d so fo p t i c a lf i b e r s ，i tc o u l do b t a i n4 ，0 0 0s p e c t r ao fc e l e s t i a l o b j e c t ss i m u l t a n e o u s l y , b e c o m i n gt h et e l e s c o p eo f t h eh i g h e s ts p e c t r u ma c q u i r i n gr a t eo f s e v e r a l t e n - t h o u s a n d so f s p e c t r ap e rn i g h t i ti sb e c a u s et h ec o m p l e x i t ya n dh u g eo b s e r v a t i o no b j e c t so fl a m o s tt h a ti t so b s e r v a t i o n c a n tb ec o n t r o l l e db yt r a d i t i o n a lm a n u a lm e t h o d s s oo b s e r v a t i o nc o n t r o ls y s t e mf o c s ) i s d e s i g n e d w i t hr e s p e c tt ot h el o g i cr e l a t i o n so fm a n yo b s e r v a t i o nc o m m a n d s ，s o m ec o m m a n d s m u s tb ee x e c u t e ds e r i a l l y ，b u ts o m ec o m m a n d sm u s tb ee x e c u t e dp a r r e l l y i ti sn e c e s s a r yt oh a v e l a m o s tr u ne f f i c i e n t l yt oa n a l y z ea n dd e s i g nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h eo b s e r v a t i o np r o c e s s c a r e f u l l y a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fo c s f l o w , h i b e r a r c h y c o m m a n d sa r e a d o p t e d o b s e r v a t i o nc o m m a n d s a r ef o ro b s e r v e r s ，t h eb a s i cc o m m a n d sa r e f o rl a m o s t s u b s y s t e m i no r d e rt oa d a p tt ot h ec o m p l e xl o g i co ft h ec o m m a n d s ，p i p e l i n ei si n t r o d u c e dt o d e s c r i b e a sa ni m p o r t a n ts t e pi nt h ei m p l e m e n t a t i o n ，w en e e dt op a r s et h eb a s i cc o m m a n d s f r o mt h eo b s e r v a t i o no m m a n d s a f t e rc a r e f u la n a l y s i so ft h eo c sc o m m a n ds e t ，t h eb a s i c c o m m a n ds e ta n dt h e m a p p i n gb e t w e e ns e t s ，t h ed a t a b a s eu s e df o rp a r s i n gc o m m a n d sa n d i n q u i r i n gd a t a b a s ec a t e g o r ya r ed e s i g n e d t h eq u e s t i o nt h a tt h ec o m m a n d sp a r a m e t e r sa r et h e r e s u l t so ft h ep r e c u r s o rc o m m a n d si ss o l v e d ，t h ec u r r e n ti n t e g r i t yo ft h ec o m m a n dp a r s i n g r e a l i z e di sg i v e n a st h ee m p h a s i so ft h i sa r t i c l e ，p e rt h ef e a t u r e so ft h eo b s e r v a t i o np r o c e s sa n dt h em o t h o d o fh o wt h eo p e r a t i n gs y s t e ms c h e d u l e ，t h ed a t as t r u c t u r ea n da l g o r i t h mo fh o wo c sd i s p a t c h e s t h ec o m m a n d si sd e s i g n e dt oa s s u r ea u t o m a t i ce f f i c i e n ts c h e d u l i n g a so n ec o r ec o m p o n e n to f o c s ，c o m m a n de x e c u t o ri sr e s p o n s i b ef o rd i s p a t c h i n gt h ec o m m a n d sa n dm o n i t o r i n gt h e e x e c u t i o no ft h ec o m m a n d s a n di tm u s to b t a i nt h ei n f o r m a t i o no fe x e c u t i o nf r o mt h em e s s a g e b u s ，a n o t h e rc o r ec o m p o n e n to fo c s a f t e rt h ep r e s e n t a t i o no ft h ec o r b ae v e n ts e r v i c ea n d n o t i f i c a t i o ns e r v i c e ，w ef o c u so nt h em e s s a g eb u sd e s i g na n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fm e s s a g eb u s c o n s u m e r s c o m m a n de x e c u t o ru s e s m u l t i t h r e a d i n g t e c h n o l o g y t om o n i t o re v e r y c o m m a n d ，w h i c hg u a r a n t e e st h e s m o o t hr u no fl a m o s t i 中国科学技术大学颀i ：学位论立 a b s r r a c t a tl a s ts o m e p r o p o s a l sf o rc o n t i n u e dr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ee x e c u t i o no f l a m o s to b s e r v a t i o np r o c e s sa r ed i s c u s s e d t h eo r i g i n a lp o i n t so ri d e a so f t h i sd i s s e r t a t i o na r el i s t e df o l l o w i n g ： 1 ) i na c c o r d a n c ew i t ht h eo b s e r v a t i o no fo c so b s e r v a t i o np r o c e s sn e e d s ，ac o m p l e t e i m p l e m e n t a t i o n o ft h eo b s e r v a t i o n p r o c e s sa l g o r i t h m i s a c h i e v e d t h r o u g h m u l t i t h r e a d i n gt e c h n o l o g y ，t h ee x e c u t i o no f e v e r yc o m m a n di sm o n i t o r e d s oo n e c o l e c o m p o n e n to f o c s c o m m a n de x e c u t o ri sr e a l i z e d 2 ) o nt h eb a s eo ft h eo r i g i n a lo b s e r v a t i o no c sd a t a b a s e ，t h ei n t e r f a c eo ft h ed a t a b a s ei s i n c r e a s e da n da d a p t e dt ot h ec u r r e n tc h a n g e s 。a f t e rt h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n t o f t h er o l e s ，t h ec u r r e n ti n t e g r i t yo f t h ec o m m a n d p a r s i n gr e a l i z e di sg i v e n 3 ) t h ec o m m o ni n f o r m a t i o nc h a n n e lo ft h em e s s a 站b u si sc r e a t e dt oh a n d l et h e e x c e ：p t i o n a n dt h ec o m m a n de x e c u t o rh a sd o n et h ei n i t i a la b n o r m a lp r o c e s s i n g 中国科学技术大学颂l ：学位论立 第一章引言 第一章引言 1 1 l a m o s t 计划的提出 我国天文界经过多年的努力建设了以2 1 6 米、1 5 6 米光学望远镜、1 2 6 米红外望远 镜、太阳磁场和多通道望远镜、1 3 7 米毫米波、米波综合孔径、以及甚长基线干涉射电望 远镜为代表的天文学实测基础，有力地促进了我国天文研究的开展，提高了我国大文学在 国际上的地位。 为了天文事业的进一步发展，我国天文界分析了当代天文和天体物理学的发展趋势、 中国天文学的现状，并结合我国当前社会发展的需要和可能性，提出了“大天区面积多目 标光纤光谱天文望远镜( l a m o s t ) ”项目，建议列入“九五”期间国家重大科学一：稃计划。 它瞄准了涉及天文和天体物理学中诸多前沿问题的大视场天文学，抓住大规模光学光谱开 拓的可贵机遇，以新颖的构思、巧妙的设计实现了光学望远镜大口径兼备大视场的突破。 随着项目建设在二十一世纪初的完成，它将使我国天文学在大规模光学光谱观测、在大视 场天文学研究上在国际上居于领先地位。该项目由中国科学院院士王绶培、苏定强为首 的研究集体建议，得到了天文界广泛的支持，由中国科学院提出，经过反复论证，于1 9 9 6 年列为国家重大科学1 ：程项目，1 9 9 7 年4 月得到国家计委关于项目建议寸j 的批复，1 9 9 7 年8 月2 9 臼得到国家计委关丁项目可行性研究报告的批复。 1 2 l a m o s t 结构 托_ 辩 童葫照射雏管铸收正崔 曲磐 肄掰主幢 图卜1 大天区面积多目标光纤光谱望远镜( l a m o s t ) 示意图 中国科学技术大学硕 学位论文 第一章0 i言 l a i l 0 s t 是一架卧式中星仪式反射施密特望远镜，其总体结构示意图见图卜l 中 l a l 4 0 s t 在结构上大体由三部分组成：反射施密特改正板m b 球面土镜辄和焦面。在 观测过程中，天体的光经虮反射到地再经反射后成像住直径为1 7 5 米的焦面上。焦 面上放置有4 0 0 0 根光纤，由光纤将天体的光分别传输到焦面卜面的光谱仪房内的2 0 台光 谱仪的狭缝上，然后通过光谱仪后端的高灵敏的c c d 探测器获得4 0 0 0 条光谱。 t 3 总体性能目标和主要技术指标 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜工程的总体性能目标和主要技术指标，综合了 科学目标的要求、望远镜技术的可能和观测台址的条件，概括如下： 有效通光孔径4 米 焦距2 0 米 现场角直径5 度( 焦面线直径1 7 5 米) 光学质量8 0 光能量集中在2 0 角秒直径的圆内 光纤数4 0 0 0 根 光谱覆盖范围3 9 0 0 - - 9 0 0 0 r 观测天区赤纬从一1 0 ”到+ 9 d 的2 4 0 0 0 平方度 光谱分辨率1 0a 0 光谱观测能力以1 0a o 的光谱分辨率，在1 5 小时曝光时间内， 极限星等达到2 0 5 等 实时和离线数据处理能力 根据l a m o s t 总体性能目标，以1 0a o 的光谱分辨率，在l5 小时曝光时间内，极限 星等要达到2 0 5 等。考虑到兴隆观测站台址视宁度平均为2 角秒，则该望远镜收集的大体 光能量的8 0 须进入3 3 0 角秒直径( 3 2 0 微米内径) 的光纤中。 1 4 l a m o s t 控制系统模型 根据l a m o s t 可行性报告，l a m o s t 控制系统的主要组成部分如图i - 2 所示。望远 镜控制系统( t c s ) 控制望远镜和圆顶；焦面仪器控制系统( c s ) 控制光纤定位、光谱仪 和c c d 等仪器设备：数据处理系统( d h s ) 提供存储光谱数据、在线的数据初处理和离 线的数据处理及光谱质量分析；巡天战略系统( s s s ) 则提供观测计划、选择观测大区和 观测对象i 环境辅助子系统则向观测控制系统( o c s ) 和t c s 提供监测的环境数据，观测 控制系统( o c s ) 负责l a m o s t 整个系统的运行。 2 中国科学技术大学硕。i ：学位论文第一荦0 l 苦 图! - 2l a m o s t 控制系统模型 1 5 观测控制系统的意义 在l a m o s t 的软件系统中，观测控制系统( o c s ) 在l a m o s t 的观测运行和数据管 理方面具有重要地位。观测控制系统是近几年来随着国际上一些人型天文仪器的建成和巡 天计划的开展而发展起来的软件系统，是以计算机技术来完成观测中的常规任务，从而大 大提高望远镜的使用效率和科学产出能力。 l a m o s t 是一个高度自动化的、也是相当复杂的巨型系统。这个巨型系统是由多个子 系统组成的，只有将各子系统有机地组织起来，协调一致地执行子系统的功能，才能可靠 和有效地完成l a m o s t 的观测任务。因此各子系统之间需要有一个能联系、协调和控制 各子系统操作，使望远镜系统有条不紊地、按计划、有步骤地进行天文观测的观测控制系 统( o c s ) 。l a m o s t 的o c s 系统将是一个通过子系统之间、运行模块之间的软硬件接口 构成的多层次的、集中与分散相结合的观测控制系统。 1 6 本论文的目的和章节安排 0 c s 管理l a m o s t 运行的核心是观测流程的执行，l a m o s t 运行的观测流程涉及到观测命 令众多而且观测命令之间还存在逻辑关系，有些命令可以并行执行，有些命令必须串行 执行。为了l a m o s t 能够高效自动的运行，有必要对观测流程的执行进行仔细的分析和设计。 本论文试图在l m o s t 观测流程执行中的命令的解析，命令的调度及命令的监控等方面 做一定的研究，确定观测流程执行的策略，实现0 c s 的核心组件命令执行器，为0 c s 的开 发打下一个坚实的基础。 本论文第一章引言介绍l a m o s t 计划的背景及特点，以及l a m o s t 控制系统模型。 3 中国科学技术大学硕七学位论文第一荤引言 同时介绍本论文的总体安排。 第二章介绍了观测控制系统o e s 的系统模型和设计框架。o c s 进行观测控制的主旨是 控制各个子系统完成观测流程。从这一根本目的出发，抽象出o e s 的命令驱动模型和分布 式系统框架。最后简单介绍了o e s 的命令以及与子系统之间的接口协议。 第三章在第二章介绍的0 c $ 命令的基础上，进一步分析o c s 中的命令并结合命令执 行器的情况来介绍o c s 中的命令的解析，最后介绍了当前命令解析的主要步骤。 第四章首先介绍0 c $ 软件中信息的交换情况，然后重点介绍信息交换的枢纽消息 总线，晟后介绍o c s 的组件如何获取命令的状态。 第五章在分析0 c $ 命令流特点的基础上，设计了观测流程的执行算法及数据结构，并 通过一个例子简要的说明了该算法。 第六章在前面几章的基础上结合命令执行器的功能详细介绍了命令执行器的实现。 第七章在介绍了软件工程中软件测试的思想及方法后，介绍了目前命令执行器所进行 的测试。 第八章是总结和展望，它回顾了本论文的主要_ 作，并为命令执行器的后续发展提出 了一些建议。 论文晟后是在学期间发表的论文记录，参考文献及致谢。 4 中国科学技术大学硕t 学位论文第二章o c s 简介 第二章o c s 简介 本章首先将介绍o c s 的物理模型，然后从o c s 的物理模型引出o c s 的命令驱动模把， 并介绍涉及到的命令状态协议，最后介绍o c s 接个软件系统的构成 2 1 o c s 的控制对象 在图l 一2 中我们已经知道l a m o s t 控制系统的组成。作为l a m o s t 的神经中枢，o c s 负责从观测战略系统中得到观测计划，井把它分解为具体的观测步骤，指挥和调度t c s 、 i c s 和d h s 系统协调一致地进行观测。o c s 还将实时检测和分析望远镜各部分的运行状态， 处理己发生的或可能发生的非正常情况，以保证观测的正常。 简而言之，l a m o s t 的各个子系统都是o c s 的控制对象。f 面将简耍的介绍下 l a m o s t 的各个子系统。 观测战略系统( s s s ) 面对着2 4 0 0 0 平方度天体中1 07 个待测目标，要在几年之内将它们的光谱分期分批地 观测一遍，如何有效地组织观测将是一项非常繁重的一r 作，需要制定出完整周密的观测计 划。这个观测计划不仅要包括中长期的观测目标、短期的观测计划，还要具有应付突发事 件的能力，如对感兴趣的目标进行精测；对观测结果不满意目标进行重测；对漏测目标进 行补测：当观测环境发生变化时( 如视宁度变差、大气出现抖动、刮风、下雨、下雪、云 的遮挡等) 。需要停测；当设备出现故障时，重新组织观测等。 这些因素都将会影响观测，给组织观测增加新的难度。因此不仅需要有完整的观测计 划，也需要有一个能及时地处理出现的突发情况的专家系统。观测战略的主要任务是既能 制定中长期的观测计划，又能根据当前观测任务和观测条件给出短期的观测计划，最大限 度地利用望远镜的观测能力。 望远镜控制系统( t c s ) t c s 主要实现对望远镜的备机械系统的控制，它包括反射镜m ，、球面镜和焦平面等 的定位和跟踪，望远镜圆顶的控制，导星的定位和对讯和地的主动光学系统进行同步控制。 有效协调地管理和控制望远镜的定位和跟踪是t e s 的主要任务。 焦面仪器控制系统( i c s ) i c s 包括光纤定位光谱仪控制，c c d 曝光和数据读出控制等部分。这些部分关系到 l a m o s t 的数据获取，直接影响着观测结果。完整的l a m o s t 人系统包括4 0 0 0 根光纤。 中国科学技术大学顾f 。学位论文 第一审o c s 摘介 1 6 台光谱仪，3 2 个c c d 以及它们相应的控制结构。随着l a m o s tt ：程进展，它们已各 自独立成一个子系统。其中c c d 读出控制与数据获取与在线处理系统d h s 在功能衔接上 是密不可分的。 数据处理系统( d h s ) d h s 将对所获取的光谱数据进行在线处理和保存，并对光谱的质量进行在线分析以检 验观测的效果。更进一步的数据分析将放到离线完成。 2 2 l a m o s t 系统工作流 在l a m o s t 的整个工作流中，包括观测目标的选择、观测计划的安排、进行实际观 测、数据存储和数据处理等过程，图2 - 1 是l a m o s t 的j = 作流模型幽它反映了在l a m o s t 光谱巡天工作中所需要完成的功能。 “观测安排”是根据科学目标和巡天战略进行观测计划的安排，提供每个观铡夜的观 测天区和观测对象，是从包含有上千万个天体的输入星表中选出每次观测所需要的4 0 0 0 个天体的坐标、星等和类型等参数提供给“观测运行”。 “观测运行”是在每个观测夜使用望远镜和焦面仪器来进行实时性的观测：t = 作，是按 照多光纤光谱观测的步骤进行的，其结果是得到所需要的观测数据( 原始数据) 。观测运行 中的情况( 运行报告) 将返回到“观测安排”。 “图像处理”通过处理原始观测数据而得到观测天体的光谱对每条光谱进行质麓检 查( 质量报告) 并报告给“观测安排”。 “光谱分析”是对每条光谱进行分析，得到这些天体的物理参数，如类型、红移或视 向速度、谱线强度等。分析结果( 分析报告) 将返回到“观测安排”。 “数据发行”和“科学研究”是以一定的方式将光谱数据提供给天文界进行科学研究。 因此，从工作流中可以看到。观测控制系统( o c s ) 与望远镜控制系统( t c s ) 和焦 面仪器控制系统仪器米完成“观测运行”的功能。 6 中国科学技术大学硕1 擘位论文第_ 二章o c s 赫介 s s s o c s 、t c s 、i c s d h s 公众 天文学家 0 ( 观测安排) 、 v 爹莎 测观测运行入 ：| ：观测计划i 、i 、彖习意 一文图像处理) ! 垒垡堡童l 隔始数据 、- - _ _ _ f 3 b l 光谱数据j i，l j 、 ：质簧报告l ! 、i 、 夏数据发行) ( 光谱分析) 、；7 l 仨刍j j i ：公布数据l ：| 光谱参数| -( 科学研究) 山l 一 v 一：分析报告il ：研究成果i 图2 - 1l a m o s t _ - e 作流示意图 2 3 观测流程业务模型 l a m o s t 观测流程经过数年的讨论，确定了一个较为详细和更切合实际观测的观测流 程。目前版本为第三版。观测流程分为4 个部分：非观测时间、观测前准备i ：作、跟踪观 测、结束观测程序。这4 个部分是根据不同的时间段，望远镜可完成的任务而制定的。 7 中国科学技术人学颂十学位论且= 第一章o c s 简介 s 中国科学技术大学顺十学位论j 第一二章o c s 简介 9 中国科学技术大学硕士学位论文第- 二帝o c s 硒介 图2 - 2 观测流程示意图 对于整个观测的具体过程如图2 - 2 所示。图2 - 2 根据l a m o s t 观钡g 流程v 3 0 绘出 1 0 中国科学技术大学硕l ：学位论史第一二章o c s 简介 从图中我们可以看出整个观测的具体过程，包括哪些任务在先，哪些任务在后，哪些任务 可以并行处理，哪些任务存在相关的联系等等。由于这些任务是有o c s 来协调完成，基本 上所有任务都是o c s 发出指令后，各子系统去执行，因此在图中，每个任务都包含o c s 发送指令和子系统执行指令，这样也有助于提取观测命令。从图中，我们可以直观地看出 命令之间的执行次序，这在制定观测命令流是至关重要的。观测命令流也就是制定一份任 务执行的次序( 包括串行，并行，同步等) 。在幽中。黑体表示一个观测命令。 在图中，我们可以看到一些简单的规则，如果在执行自检且白检情况良好的情况卜， 才能执行其它任务所以自检通过将成为大部分命令的前提条件，因此大部分命令的前置 条件都有一个“系统自检通过”。 在图2 2 中，有些过程没有表示出来，如在望远镜的整个运行过程中都需要环境监测 同时，在任务的执行中，都有状态返回给o c s 。 2 4 o c s 命令驱动模型 在o c s 中，命令起着至关重要的作用。为了使整个观测流程顺利完成，o c s 发送一 系列的命令来驱动各个子系统，各个子系统完成其相应的命令。同时，o c s 监视各个子系 统的运行状况，根据运行状况，在必要时向各个子系统发送命令，完成需要调整的行为或 命令。 2 4 1 命令分类 这里的分类是按层次进行的分类，如图2 - 3 分为如下三类 1 ) 观测命令 这部分命令为系统的最上层，面对的是观测用户，它们是与各个子系统是无关的， 即它们并不关心系统是如何实现的，也不需要了解。f 层的情况。 2 ) 基本命令 观测命令被发送后，必然要发给各个子系统，此时命令分解为基本命令，这些基 本命令定义了子系统需要实现的功能。从观测命令剑基本命令的分解。可以遵循以f 原则：需要完成功能的外部子系统和一定的物理逻辑。这里的物理逻辑指的是与各子 系统无关的物理逻辑，与子系统有关的物理逻辑放在f 一层。 3 ) 子系统命令 在各个子系统的代理应用收到子命令之后，代理应用完成观测子命令到子系统命令的 语义转换。同时，加入和子系统有关的对命令的逻辑处理。然后子系统命令被发给子系统 处理。在这里就有一个子系统命令发给子系统之后子系统必须能理解，并继续进行起内 部命令语义的转换。这就存在一个命令接口，这部分的j ：作就需要和各子系统的开发人员 来共同制定，使命令接口尽量简洁、易于理解和扩展。 中国科学技术大学顾十学位论文第_ 二章o c s 简介 2 4 2 命令协议 命令 命令流 统命令 图2 - 3l a m o s t 中的命令层次关系 对于很短时间就能完成的命令，我们采用同步处理的方式，这样命令基本上不存在阻 塞的问题，但是如果需要一定时间才能完成的命令我们采h 异步处理的方式。在l a m o s t 中，绝大部分的命令是需要一定时间来完成的，同时在命令的执行过程中，必须有人量状 态反馈，对于这种命令的处理，使用异步处理方式是合适的。 对于命令的异步处理方式，我们提出了命令的接受拒绝协议、命令的执行反馈协议。 通过这些协议来保证命令的发送及其结果的反馈的完成。 2 4 2 1 命令的接收，拒绝协议 对于需要一定时间才能完成的命令，我们使用异步处理的方式，在o c s 发送命令给各 个子系统，各个子系统在完成一些简单的分析( 如命令的语法扫描。命令的物理逻辑分析) 后，做出对此命令接受与否的决定，井把结果返同给客户。 如果命令接受，则返回0 ，否则，返回一个非零的错误码。对丁这个非零的错误码， 需要制定份错误码表对于这个错误码表，对于再个子系统需要分别制定。 比如说，命令语法检奇未获通过，则返回一个与此相关的，已定义好的错误码，客户 获得这个错误码后，纠正错误后再次发送。 这样，命令就不需要排队，不会出现命令被堵塞的现象，对于紧急情况，0 c s 就仅需 要定义紧急命令，简化了o c s 的设计。 如果命令接受，则返回0 给客户。对于这个命令执行过程的状态则通过其他途径反 2 中国科学技木大学硕i ：学位论文第一二章o c s 简介 馈。这样就达到了命令通道和状态的反馈通道分开，这样做是基于可扩展性和并发性的考 虑。 如果命令通道和反馈通道不分开，则回带来如下问题： a 大量反馈的状态信息就只能以串行，排队的方式返同给o c s 。 b 如果需要并行的更新一些状态，这种方式就无法傲到信息传递的并行。 c 无法支持事件处理。 对于命令执行时状态的反馈，我们在状态协议的基础上，义增加了命令的执行反馈协 议。增加这个协议是基于这样的考虑： 如果命令在执行的过程中出错。对于这个错误，如果不使用命令的执行反馈协议，在 状态协议中只反映某个状态已经出错，对于错误的严重性，就需要o c s 通过分析才能确定。 同样，如果在执行过程中，由于不能协调一致的错误。就需要o c s 时刻分析这些状态才能 确定。而且对这些状态的意义必须深入理解。 使用命令的执行反馈协议的主要目的是向o c s 提供命令的执行完成信息，在处理问题 时能做出更快速的反应。 2 4 2 2 命令的执行反馈协议 命令的执行反馈协议对应于命令的接收，拒绝协议。由于对于每个命令子系统都马上 返回结果，对于接受命令，客户如何能快速得到命令执行的状态呢命令可能很顺利的完 成了，也可能因为一些原因出现一些警告信息但命令仍可以继续执行f 去，或许碰剑某 个错误，在错误排除之前不能在执行下去，或许命令还没执行完，删户需要改变命令的执 行方法等等。 如果让0 c $ 时刻去分析大量的状态信息来获得命令的执行状态，不但需要深入理解各 个状态信息而且这样的操作是比较低效率的。更关键的是，各个子系统并不是把所有状 态信息都对o c s 是可见，o c s 的这种分析也是不完整的。 一个解决此问题的比较好的方法就是使用命令的执行反馈协议。对状态信息的分析由 各个子系统来完成，著填写命令的执行状态变量。、 对于命令的执行状态，有那么几种：开始( s t a r t ) 、完成( d o n e ) 、出错( e r r o r ) 、正 在执行( a c t i v e ) ，中断( i n t e r r u p t e d ) 、暂停( p a u s e ) 。 对于命令和状态对应关系应该是一个子系统命令对席一个或多个命令状态变量。如 果子系统命令对应多个命令状态变量，则监视命令执行状态的时候，就必须检查所有相应 的命令状态变量，并综合。 这个命令的执行反馈协议仅仅是监视命令执行的完成情况，而不是监视其“成功”完 成情况。比如让望远镜指向赤经3 0 度，赤纬3 0 度，结果望远镜指向赤经3 5 度，赤纬3 5 度，那么对于命令的反馈执行协议不会有任何警示信息。这个警示信息有状态库来提供， 或者说由相应的子系统来保证成功执行。 其状态机如f 图所示： 中国科学技术大学硕 擘位论文第一二章o c s 琦介 图2 4 命令执行状态的转换 这个状态机中各个状态的转变，由各个子系统来完成，只有各个子系统完成了这个状 态机，0 c s 才能准确判断观测命令的执行状态。 当子系统接受命令后即把执行状态值设置为s t a r t ，当命令开始执行的时候，把执 行状态值设置为a c t i v e ，在执行的过程中，就可能出现几种情况：如果执行出错，这个错 误将导致任务不能被继续执行卜去，这样执行状态值设萱为e r r o r ，然后o c s 再作出相应 的处理；如果执行被中断。则执行状态值设置为i n t e r r u p t e d ，执行被中断，说明需要执 行另一个命令：如果执行中既没山错，也没被中断，则命令顺利执行完成，则执行状态设 置为d o n e 。 由于这个状态机是面向o c s 的，所以，在各个子系统的可能出现的其他状态信息在这 儿被忽略，如警示信息，因为其不影响任务的继续执行，其执行状态值仍为a c t i v e 。 2 4 3 命令驱动模型 对于子系统来说，o c s 是观测控制命令发出的主动方，则一种展原始的控制模式是子 系统就绪后被动等待o c s 传来的命令以完成相应的行为。如果使用这种模式进行观测控 制，只能通过人工来进行控制操作，对命令的执行情况和子系统的状态必须到各个子系统 上去查看，然后作相应调整，这与l a m o s t 的自动观测控制的要求显然相去其远。 是以，子系统麻该主动向o c s 反馈命令的执行情况，o c s 也必须实时了解子系统的 状态。在观测运行过程中，子系统的工作状态应该是透明的，包括向其他子系统共享自己 的状态数据。这就要求o c s 必须解决状态传递的问题。 对于予系统状态和命令执行情况的反馈，o c s 是通过称为消息总线的一种总线架构来 收集的。子系统将自身的状态和命令执行情况通过消息模式发送剑o c s 的消息总线上，由 消息总线向需要这些信息的模块和子系统分发。关下消息总线的机理和实现方法，将在第 四章详加阐述。 依靠从消息总线传来的子系统的状态和命令执行反馈，o c s 可以对当前整个系统的运 行情况做出分析和判断，然后根据需要调整后续的命令来保证观测流稃的止确运行。在o c s 中，完成该功能的模块为命令执行器。命令执行器的作用是向所有子系统下达基本命令， 它方面接受上级传来的观测命令，将其解析为基本命令另一方面根据子系统的运行情 况判断和调整后续命令，其依据规则是可以人为制订并根据实际需要加以改进的。 4 中国科学技术大学顾士学位论文第二章o c s 简介 借助命令执行器和消息总线，o c s 与子系统之间完成了命令状态反馈命令的信息 循环模型，子系统通过不断止确执行相应的命令米完成相应的观测步骤( 其正确性靠o c s 对子系统状态反馈的自动判断并做出相应处理来保证) ，从而推动观测流挫的运行。这种模 型称作o c s 的命令驱动模型。如图2 5 所示。 o c s 堂皇璺堡 图2 - 5o c s 命令驱动模型 2 5