Ядро операционной системы, драйвер КАМАК

Технология построения систем реального времени, к которым относится и описываемая система сбора и управления, опирается на развитую систему планирования и запуска параллельных процессов (time sharing). Реализация этой технологии на бездисковых микро-ЭВМ (Ерухимов и др. 1989) требовала в свое время практически полной авторской разработки микро-ядра, загружаемого вместе с программой регистрации. В настоящее время развитая операционная система легко помещается в память персонального компьютера и выполняет основную долю нагрузки по диспетчеризации процессов. Поэтому достаточно было дополнить стандартное ядро операционной системы драйвером специализированной аппаратуры, а сервисные программы, работающие с аппаратурой через этот драйвер, запускать как независимые задачи.

Структура драйвера КАМАК построена в соответствии с требованиями системы UNIX, обязывающей работу пользовательских программ с внешними устройствами как с файлами. Поэтому драйвер содержит точки входа, необходимые для выполнения следующих функций: open(), close(), read(), ioctl(). C помощью параметров, передаваемых через эти системные функции можно соответственно открывать и закрывать устройство, читать данные из буферной области памяти, а также управлять любым из модулей КАМАК в рамках описанных операций. Последняя функция драйвера позволяет также опрашивать или менять содержимое флажков и областей передачи параметров между пользовательской задачей и ядром. Например, включение таких режимов, как синхронизация системных часов, калибровка, перевод в режим записи данных, пуск каретки и т.п. производится с помощью соответствующей функции ioctl(). Список основных ioctl() драйвера приведен в табл. .

Для получения практически независимой работы нескольких параллельных процессов со своими модулями КАМАК тело каждой из перечисленных функций содержит до восьми точек входа, приписанных к соответствующему псевдоустройству: camac, camac1, camac2,..., camac7. Так, например, camac1 служит для чтения флагов состояния, а camac5 - для управления кареткой. Все псевдоустройста, кроме предназначенных только для чтения флагов, самоблокируются для монопольного использования при открытии и освобождаются функцией close(). Это предотвращает задание противоречивых команд для внешних устройств.

Кроме модулей обслуживания системных запросов, драйвер содержит подпрограмму обработки прерываний от импульсов одного из модулей КАМАК, который совместно с программным счетчиком образует программно-аппаратные системные часы ``звездного" времени. Все синхронные процедуры располагаются в этой подпрограмме. Последовательность синхронных процедур изображена на рис. .

  

Figure: Подпрограмма обработки прерываний от таймера KAMAK.

Как видно из рисунка, подпрограмма содержит несколько ветвей, обуславливающих четыре основных режима работы:

1.

Синхронизация системных часов ``звездного" времени.

2.

Ожидание изменения флагов.

3.

Калибровка радиометров.

4.

Регистрация данных.

Из всех этих режимов только первый запрещает опрос АЦП и вызов процедур управления кареткой, поскольку требует максимальной ``реактивности" на воздействие импульсов синхронизации часов. В остальных режимах сначала производится чтение данных датчика положения каретки - Measure(), затем в цикле опрашиваются все необходимые каналы радиометров. Во время относительно долгой процедуры преобразования данных в АЦП<sup>4.10</sup> вызывается аддитивная сортировка (Кнут 1978) ранее считанных данных внутри заданного ``окна" усреднения. То есть эта процедура оптимизирована таким образом, что не требует дополнительных затрат процессорного времени. Кроме сортировки после опроса АЦП производится линейное усреднение данных каждого канала. Тем самым в процедуре считывания предусмотрена возможность получения ``робастных" (Ерухимов и др. 1988) оценок регистрируемых данных (подробнее см. гл. ).

После опроса каналов вызывается одна из динамических процедур управления приводом каретки с радиометрами. Адрес процедуры записывается в указатель - (*mode)() с помощью системных вызовов ioctl().

Динамические процедуры аналогичны разработанным для системы управления кареткой (см. гл. ) и могут быть как очень простыми типа return, так и довольно сложными, например, отработка ошибки позиционирования. Однако непременным условием такой процедуры является минимальное время исполнения с завершеннием до следующего цикла прерывания от таймера.

Обработка прерывания от таймера заканчивается процедурами анализа завершения накопления данных, и при необходимости, помещением результата усреднения в буферную область памяти. Доступ к этим данным для записи и визуализации осуществляется через системные вызовы read() и ioctl(). При этом используются специальные указатели на начало области данных и их количество.