第七章 多微处理机控制系统

1、第一节 概述第二节 多微处理机控制系统的结构形式第三节 多微处理机系统的通信第四节 多微处理机控制系统的软件和控制第五节 集散控制系统简介第六节 多微处理机控制系统举例一、多微处理机控制系统的定义及分类一、多微处理机控制系统的定义及分类多机系统：多机系统：指多微处理器系统和多计算机系统。多微处理机系统：多微处理机系统：指一个具有两个或多个微型处理机并能相互进行通信以协同解决一个大的给定问题的微机系统。其特点：1）有两个或多个微处理机。2）共享存储器或高速通信网络。3）共享输入/输出设备。4）机间硬件和软件有交叉作用。多微处理机系统分类：多微处理机系统分类：紧耦合系统(TCS)、松耦合系统(LC

2、S)、分级机构系统。二、多微处理机控制系统的优点二、多微处理机控制系统的优点1. 有较高的处理速度2. 提高系统的可靠性3. 系统便于扩充和修改4. 实现复杂分散控制和管理一体化5. 通过多微处理机实现并行处理，是开发超级计算机的重要途径三、多微处理器控制系统中应解决的问题三、多微处理器控制系统中应解决的问题1. 系统的结构形式和通信方案2. 任务分割和开发并行性问题3. 正确处理资源竞争和死锁问题4. 提高系统可靠性和动态重组问题一、紧耦合系统一、紧耦合系统耦合系统：耦合系统：指通过电信号连接在一起的系统，或者说是一个共享公共硬件资源的系统。紧耦合系统：紧耦合系统：通过一个共享的高速主存来实

3、现处理机间更紧密的联系，各微处理机之间可在指令一级上实现并行处理。结构形式：1. 公共总线结构2. 多端口存储器结构3. 交叉开关树4. 总线窗口结构二、松耦合系统二、松耦合系统紧耦合系统：紧耦合系统：每个微处理机有一个大容量的局部存储器，不同计算机间通信是通过一个消息传送系统(MTS)交换消息来实现的。这种耦合程度很松，任务之间的交互作用很小，通常把它看成是一个分布系统。结构形式：1. 总线型结构2. 环型结构3. 星型结构4.总线窗口结构三、分级结构形式三、分级结构形式对多微处理机系统通信的主要要求是：1)具有高的可靠性，在硬件和软件的设计中，要妥善解决冲突，不出现死锁。在信息中增加冗余码

4、，以便于检错和纠错；采用冗余传送方式等2)具有高的传送效率，提高并行处理能力，减少完成一个信息交换所需的通信次数。3)有足够的缓冲区的容量。为了解决通信过程中的拥挤现象，应根据信息的长短和可能同时通信的微机的多少，而留有足够的缓冲区。1. 总线连接的通信方式2. 调制解调连接的通信方式3. 用过程输入输出装置连接的通信方式4. 高速数据通信连接的通信方式计算机系统内各独立模块之间传递各种信息的渠道，它定义了各引线的信号、电气和机械特性。单总线结构和多总线结构、内部总线和外部总线结构等 指整个计算机系统内使用一条共享总线，其特点是同一总线实现系统内CPU与存储器、I/O接口设备的直接联系。 指C

5、PU与存储器、I/O等设备之间有两条（种）或两条（种）以上的总线，若采用I/O和内存总线分开的多总线结构，可减少总线争用现象，提高效率。又称微型计算机总线，指整个又称通信总线，指整个硬件设计的任务：根据系统总体设计的结果，设计出系统的电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和线路设计工作。微型计算机、单片机接口电路、输入输出通道的扩充组合逻辑或时序逻辑电路供电电源光电隔离电平转换驱动放大器一、实验室模拟装置上进行调试二、在工业生产现场进行工业试验一、软件的分类二、应用程序的语言选择及设计步骤三、高级语言和汇编语言的混合编程四、微型计算机控制系统的研制工具（一）系统软件1.操作系统2.语言加工

6、系统（1）编辑程序（2）编译程序（3）连接、装配程序（4）调试程序（5）子程序库3. 诊断系统（二）应用软件1. 控制程序2. 数据采集及处理程序3. 巡回检测程序4. 数据管理程序1.机器语言2.汇编语言3.高级语言步骤：步骤：问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。方法：方法：模块化程序设计法、结构程序设计法1. 程序接口 最常用的是在一种语言程序中调用由其他语言编写的程序模块，其间也可以含有少量的参数传递。2. 命名约定 进行混合语言调用时，采用一个兼容的、大家都承认名称是非常重要的。3. 调用约定 在两种程序语言中实现彼此调用而建立的一种协定，它具体对应了一个函数、一个过程、或一

7、个子程序的调用过程。两个相关的程序即调用程序和被调用程序。4. 参数传递约定过程和过程之间的调用和被调用之间的信息的传递和交换：通过全局变量或经堆栈进行参数传递来完成。形参：形参：定义或说明时用形式参数实参：实参：调用时则替换成实际参数关键：如何把实参传递给相应的形参，且调用结束如何把所得的结果送主调用程序。参数的传递方式：（1）传值：（2）传址：（3）传名：（4）传结果：1.C语言程序中的接口处理(1)命名约定编译程序自动地在程序中出现的变名（变量名、过程名、函数名等）的前面加上一个下画线“_”如face_face(2)调用约定采用标准的extern关键字在主调程序中予以说明，其形式如下：

8、extern 返回值类型 名称（参数类型表）被说明的可以是：外部过程、函数、变量及其它数据类型(3)参数传递约定a)不进行参数传递：则外部说明和调用时都予以空缺b)传值传送：直接写出实参c)传址传送：则在extern说明中，将参数类型说明成指针型，并在放实参时给出参数的地址。2. 汇编语言中的接口处理1)在编写汇编语言程序的被调用过程时，应用PUBLIC说明，过程名不超过8个字符。例 PUBLIC _fact2)如果C语言程序以巨型(huge)、大型(large)、中型(medium)存储模式编译，则被调用的汇编过程应说明成far，例如 _fact proc far如果C语言程序以小型(sma

9、ll)、紧凑型(compact)存储模式编译，则被调用的汇编过程应说明成near，例如 _fact proc near3)考虑调用约定，C语言程序向汇编程序传送参数是通过堆栈进行的，而C语言参数压栈的顺序与参数在调用时参数表中出现的顺序相反4)被调用的程序的返回指令汇编程序：RETBASIC等程序：RET n返回地址：C语言中：small、compact模式，2个字节 huge、large、medium模式，4个字节5)C语言的参数传递的默认方式：传值，数组采用传址方式参数2返回地址参数1BP保护BA高地址堆栈生成方向低地址BP+6BP+4BP+2BP fact(A,B)1)按各种约定编写汇编

10、语言源程序，得到可重新定位的目标文件，注意下划线、PUBLIC和BP的使用。2)按约定编写C语言程序，编译后得到目标文件，注意extern和参数的类型的使用。3)将两种语言程序的目标文件连接成一个可执行文件。4)运行该执行文件注意：注意：只有一个主模块，在主调程序中。一个C语言过程名为protect，则汇编程序调用它时必须写： CALL _protect汇编程序中需要对被调用的C语言过程用汇编关键字EXTRN说明，且必须放在调用C语言过程模块之前，最好放在汇编语言程序的开始。EXTRN语句可以对外部过程、外部函数、外部变量进行说明，其一般形式为 EXTRN 被调用函数名：调用类型(near,f

11、ar) EXTRN 变量名：size(BYTE,WORD,DWORD,)例： int A; char B; long C; EXTRN _A:WORD,_B:BYTE,_C:DWORD参数传递的方式：1.以外部变量实现： C语言程序中定义为：char x 汇编语言中说明并处理成： extrn _x:byte : mov x，参数值2. 利用堆栈实现：汇编语言按照与C语言程序参数接收顺序相反的顺序把要传的参数压入堆栈，C语言再从堆栈中取得参数。研制工具： 微型计算机开发系统（MDS）、联机仿真器（ICE）以及单扳机、交叉汇编程序、模拟仿真程序等一、数字滤波二、线性化处理三、数码显示四、越限报警处

12、理程序五、PID控制算法程序数字滤波：通过一定的计算程序对信号作数字化的处理，以减少干扰在信号中的比重。与模拟滤波器相比有以下优点：1) 数字滤波用程序来完成2) 数字滤波不需要硬件设备3) 数字滤波可以对频率很低的信号滤波4)通过改变数字滤波程序就可以实现不同的滤波方法或调整滤波参数，比改变模拟滤波器的硬件灵活、方便。数字滤波算法：（一）算术平均值滤波（二）中值滤波（三）一阶滞后滤波（四）程序判断滤波算术平均值滤波：算术平均值滤波：寻找一个Y，它与各采样值Xk之间误差的平方和E为最小 E=mine =min(Y-Xk)2 (6-1)N为采样次数，根据极值定理得： Y= Xk （6-2）即：把

13、n次采样值进行相加，然后取其算术平均值为本次采样值。应用：应用：属于静态滤波，适用于过程变化比较慢大参数。2kN k=1N k=1N k=11Nk中值滤波：中值滤波：对某一被测参数连续采样N次（一般N取奇数），然后把N次的采样值从小到大（或从大到小）排队，再取中间值。应用：应用：属于静态滤波，适用于过程变化比较慢大参数一阶滞后滤波：一阶滞后滤波：表达式： yk=(1- )xk- yk-1 (6-3)式中： xk第k次采样值； yk第k次采样后滤波结果输出值； yk-1上一采样周期滤波结果输出值； 滤波平滑系数， ； 滤波环节的惯性滞后时间常数； T 采样周期应用：应用：属于动态滤波方法，适用于快速随机变 化参数 +T程序判断滤波：将两次采样数据进行比较，求出差值，根据差值大于或小于最大允许偏差决定舍弃还是保留。1. 限