Результат интеллектуальной деятельности: Способ документирования данных в многозадачной системе

Предлагаемое изобретение относится к области цифровой вычислительной техники, а именно к способам регистрации сигналов в многозадачных системах реального времени, в том числе в бортовых вычислительных системах комплексов военного назначения с целью дальнейшей диагностики работы и предупреждения отказов составных частей изделия (локаторов, огневых средств, шасси, приводов вооружений, вычислительных систем, и др.) и для оценки результатов работы экипажа с получением итоговых отчетов.

В современных комплексах военного назначения возникает необходимость одновременного документирования радиолокационной информации от нескольких источников, показателей работы всех систем комплекса, поступающих команд и распоряжений с целью дальнейшего объективного контроля и анализа функционирования систем комплекса и действий экипажа, а также хода боевых действий. Документируемая информация представляет собой значительное количество дискретных отметок сигналов, поступающих в бортовой вычислитель от систем комплекса по каналам связи. Документирование информации должно вестись по всем системам на протяжении всего времени работы комплекса. Общее количество сигналов может составлять до нескольких тысяч и представлять данные разных типов (целые, вещественные, упакованные битовые сигналы). Обновление различных сигналов происходит с разной частотой и в разные моменты времени, поэтому регистрация информации должна вестись с достаточно высокой частотой (порядка 1000 Гц), вследствие чего резко возрастает объем регистрируемой информации. С другой стороны размер файла регистрации ограничен емкостью запоминающего устройства бортового вычислителя. Как правило, система объективного контроля находится вне данной вычислительной системы. Для дальнейшего анализа необходимо скачивание и перенос информации посредством съемного накопителя или каналов информационного обмена, что при большом объеме записанной информации занимает значительное время. Кроме того, быстродействие системы контроля и анализа обратно пропорционально размеру файла документирования. При пропадании тех или иных сигналов в файл документирования записываются нулевые значения, в дальнейшем система анализа ошибочно интерпретирует эти нули, как нулевые значения сигнала.

Известен способ сбора, регистрации и статистической обработки полетной информации (патент РФ №2115163), в котором реализована возможность оценки текущего уровня безопасности полета летательного аппарата (ЛА) в признаковом пространстве отказов и действующих ограничений в масштабе реального времени. Проводится оперативный анализ, диагностируются отказы и выдаются рекомендации по действиям экипажа. По информации, полученной с борта самолета, с помощью вычислительных средств на земле возможно проведение более глубокого анализа. Регистрируется до ста сигналов с фиксированной частотой в 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Гц.

Недостатком указанного способа является невозможность реализации требуемых характеристик регистрации.

Прототипом заявляемого технического решения является способ документирования данных в многозадачной системе, описанный в патенте РФ №2351979.

В данном изобретении способ документирования данных в многозадачной системе включает регистрацию формирующих данные сигналов поблочно с фиксированной частотой, значение которой задают до начала документирования.

В этом способе осуществляется запись на машинный носитель эхо-сигналов, принимаемых бортовой радиолокационной станцией, с их временной и азимутальной привязкой. Подлежащая регистрации информация разбита на кадры, каждый из которых представляет собой реализацию эхо-сигнала от пачки из 162 зондирующих импульсов. Период импульсов в пачке может быть установлен 59, 60 или 69 мкс. Начало кадра отмечается импульсом начала кадра. Непрерывная последовательность кадров, лежащих в азимутальном секторе 202-158 градусов, образует цикл обзора. Каждый кадр сопровождается выработкой служебной информации (кодов префиксов и гиперпрефиксов, регистрируемых одновременно с кадром). Данные представляются в двоичном дополнительном коде и упакованы в 32-битовые слова, содержащие две координаты радиолокационных отметок. Каждый блок регистрируемой информации, представляющий собой децимированную выборку радиолокационных сигналов за один цикл обзора, записывается в файл данных, соответствующий этому циклу обзора. Временная и азимутальная информация по всем кадрам этого цикла обзора параллельно записывается в другой файл. Таким образом, на каждом цикле обзора формируется два файла документирования: первый содержит только координатную информацию по радиолокационным отметкам, второй - времена и азимуты самого локатора.

К недостаткам прототипа можно отнести регистрацию информации не по мере необходимости, а с фиксированной частотой, задаваемой до начала регистрации. Рабочая емкость сменного накопителя на жестком магнитном диске составляет 60 Мб, что накладывает ограничения на размер файла регистрации и на продолжительность непрерывной регистрации данных. На каждом цикле обзора формируются два файла документирования, каждый из которых содержит однотипную информацию по своему источнику. Работа с большим количеством файлов документирования существенно увеличивает время скачивания и анализа информации.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа документирования больших объемов информации для бортовой вычислительной системы, позволяющего осуществлять запись сигналов одним файлом одновременно от всех источников, входящих в состав многозадачной системы, с разной частотой на протяжении всего времени работы при наименьшем размере файла документирования, что позволит снять ограничение по времени непрерывной регистрации данных, сократить время скачивания информации и увеличить быстродействие системы объективного контроля и анализа, а также исключить ошибочную интерпретацию нулевых значений сигналов системой анализа.

Поставленная задача решается способом документирования данных в многозадачной системе, который включает регистрацию формирующих данные сигналов поблочно с фиксированной частотой, значение которой задают до начала документирования, при этом новым является то, что в одном файле документирования одновременно регистрируются данные сигналов от нескольких источников информации либо с фиксированной частотой, заданной для каждой задачи индивидуально, либо асинхронно по признаку готовности к регистрации, выставляемому задачей в процессе работы, с возможностью предварительного выбора из общего списка задач и сигналов по ним данных для документирования, при этом файл документирования содержит заголовок, блок имен и блоки регистрируемых данных, причем в заголовке файла документирования указывают общие характеристики регистрации: максимальную частоту регистрации, максимальный размер блока регистрируемых данных, характеристики каждой задачи и максимальное количество структур в каждом объекте задачи, а блок имен содержит последовательный перечень имен и размерностей сигналов, при этом блок регистрируемых данных имеет переменный размер и состоит из заголовка, за которым следуют данные по задачам - сигналы и объекты, представляющие некоторое количество однотипных структур, являющихся совокупностью сигналов, логически связанных между собой, при этом заголовок каждого блока данных включает размер блока и признак готовности к регистрации для каждой регистрируемой асинхронно задачи, перед данными по объекту указывается количество структур, входящих в его состав на момент регистрации задачи, а в случае если структур нет (их число равно 0), объект не документируется в данный момент времени.

Также если задача регистрируется по событиям, то в заголовке файла документирования указывается частота ноль, иначе запись происходит с указанной частотой.

Представленный способ поясняется с помощью графических материалов, где:

на фиг. 1 представлена структурная схема системы регистрации и взаимодействие ее с системой анализа;

на фиг. 2 представлена схема многозадачной системы;

на фиг. 3 представлена структура файла формата *.fri;

на фиг. 4 представлена таблица соответствия размерностей

на фиг. 5 представлена структура блока данных;

на фиг. 6 представлена структура объекта;

на фиг. 7 представлена временная диаграмма формирования данных для регистрации;

на фиг. 8 представлены характеристики задач многозадачной системы.

Разработанный способ документирования больших объемов информации применяется в системе регистрации, взаимодействующей с системой анализа (Фиг. 1), которая позволяет наглядно отображать зарегистрированную информацию и проводить диагностику работы всей многозадачной системы и отдельных ее задач.

В состав системы регистрации входят:

- центральный процессор 13, на котором выполняется задача регистрации;

- центральный процессор 8, на котором запускается интерфейс системы регистрации;

- встроенный Flash-диск 12, на котором располагается исполняемый файл задачи регистрации и текущий файл документирования;

- встроенный Flash-диск 9, на котором располагается исполняемый файл интерфейса системы регистрации;

- канал связи Ethernet 14 для взаимодействия между задачей регистрации и ее пользовательским интерфейсом, а также для взаимодействия с системой анализа. Обмен данными организован посредством технологии сетевых сокетов с применением стандартных протоколов TCP/IP;

- трекбол и клавиатура 3, монитор 4, которые позволяют управлять регистрацией данных;

- блок питания 15.

В соответствии с фиг. 1 данный способ реализован в бортовой вычислительной системе 16 комплекса противовоздушной обороны. В вычислительной системе одновременно выполняется несколько задач, работающих под управлением специализированного программного обеспечения (диспетчера). Диспетчер 17 обеспечивает инициализацию, запуск и контроль времени выполнения задач. Каждая задача имеет свое функциональное назначение и представляет отдельный исполняемый файл, который после запуска диспетчером выполняется как отдельный процесс. Время на работу задачи задается в ее параметрах и контролируется диспетчером. Задача регистрации работает под управлением диспетчера в бортовой вычислительной системе наряду с другими задачами. Система регистрации имеет удаленный пользовательский интерфейс, что обеспечивает дистанционное управление записью.

Заявленный способ документирования данных в многозадачной системе работает следующим образом.

В системе регистрации до начала документирования пользователь выбирает из общего списка задачи и сигналы для регистрации и выставляет частоту регистрации для каждой задачи или признак асинхронной регистрации. Регистрация данных по выбранным задачам осуществляется на протяжении всего времени работы, которое может составлять до нескольких часов. При этом одновременно одни задачи документируются с установленной частотой, а другие асинхронно (по признаку готовности к регистрации, выставляемому задачей в процессе работы).

После запуска многозадачной системы 17 (Фиг. 2) каждой задаче 19-22 автоматически назначается адрес в общей области памяти 23, по которому хранятся данные 24-27, предназначенные для регистрации. В случае документирования информации по задаче с фиксированной частотой подсистема регистрации записывает данные с соответствующей периодичностью. При регистрации информации асинхронно после записи задачей данных по своему адресу в общей области памяти задачей выставляется признак готовности к регистрации. После этого подсистема регистрации 28 записывает данные этой задачи. Если задача не выставила признак готовности к регистрации, то в данный момент времени данные по ней не регистрируются.

В соответствии с фиг. 3 файл документирования (^*.fri) 30 состоит из последовательно записанных заголовка 31, блока имен 32 и блоков данных 33-34.

Заголовок файла 31 условно можно разделить на две части: общие характеристики и описание задач.

Общие характеристики:

- идентификатор;

- название работы;

- размер заголовка (в байтах);

- максимальная частота;

- дата и время;

- максимальный размер блока регистрации данных;

- количество задач;

- количество блоков данных;

- конечное время;

- смещение блоков данных;

- размер имен (в байтах) для сигналов вещественного и целого типов, битовых, упакованных сигналов и объектов.

Описание задач:

- название задачи;

- частота (если задача регистрируется по событиям, то частота - ноль, иначе запись происходит с указанной частотой).

- информация по сигналам, входящим в задачу:

- количество вещественных 4-байтовых сигналов;

- количество целых 2-байтовых сигналов;

- количество упакованных слов;

- количество битовых сигналов упакованных в 2 байта;

- количество объектов;

- характеристики объектов.

Характеристики объектов (регистрируются в соответствии с количеством объектов):

- максимальное количество структур;

- количество записанных данных;

- количество сигналов вещественного типа размером 4 байта;

- количество сигналов целого типа размером 8 байт;

- количество сигналов целого типа размером 4 байта;

- количество сигналов целого типа размером 2 байта;

- количество сигналов целого типа размером 1 байт;

- количество упакованных в один байт битовых сигналов (релейные сигналы).

Блок имен 32 содержит имена и размерности сигналов по всем регистрируемым задачам. Имена сигналов располагаются последовательно без смещений в символьном виде. Размер имен (в байтах) зависит от типа данных и указан в заголовке файла 31. За именем каждого сигнала через разделитель «=» указывается его размерность, представленная в виде 4 цифр. Первые две цифры обозначают тип размерности (время, дальность, скорость …), вторые две - единицы измерения (с, мс, м, км, м/с …). Соответствие размерностей представлено в таблице на фиг 4. Запись дальности в км выглядит следующим образом: «Dцел=0601». В случае отсутствия у сигнала размерности в блоке имен указывается только имя «Тип цели» или «Тип цели=0000».

Для упакованных сигналов в именах через разделитель «=» указывается маска в шестнадцатеричном виде. Имена всех сигналов, упакованных в одно слово (2 байта), идут последовательно и разделяются «;». Если в одно слово упаковано 3 сигнала (с масками 0×000F, 0×00F0, 0×FF00), то имя слова будет выглядеть следующим образом:

«Имя1=0×000F;Имя2=0×00F0;Имя3=0×FF00».

Для упакованных сигналов размерности не указываются.

Блоки данных записываются последовательно друг за другом без смещения или идентификатора. Каждый блок данных содержит информацию разного типа от всех регистрируемых в данный момент задач. Общее количество зарегистрированных блоков данных указано в заголовке файла 31. Каждый блок данных 35 состоит из заголовка 36 и непосредственно данных по задачам 40-41. В заголовке блока данных указываются:

- время регистрации блока;

- размер блока в байтах;

- признак регистрации в данном блоке для каждой задачи при асинхронной регистрации (1 или 0).

Если при асинхронной регистрации задачей не был выставлен признак готовности к регистрации, задача не регистрируется, признак регистрации этой задачи в заголовке блока равен 0, и в самом блоке нет данных от этой задачи.

В каждой задаче документируются сигналы и объекты (Фиг. 6), состоящие из некоторого количества структур 43-44 одного типа. Максимальное количество структур в данном объекте указывается в заголовке файла в характеристиках этого объекта. Например, объект может представлять совокупность целевых отметок, поступающих на каждом такте в составе радиолокационной информации. Максимальное количество структур в этом объекте - максимально возможное количество сопровождаемых целей. Каждая структура в таком объекте будет представлять собой характеристики соответствующей целевой отметки (номер цели, координаты, скорости, тип цели, госпринадлежность и т.п.). В объекте на данном такте регистрируются только структуры, в которых присутствуют сигналы, т.е. регистрируются структуры по тем целям, информация по которым присутствует в составе поступивших на данном такте радиолокационных сообщений. Поэтому количество структур в одном объекте в каждом блоке данных может меняться. Для каждого объекта в блоке данных сначала указывается текущее количество структур, входящих в его состав, затем регистрируются непосредственно структуры. Для того чтобы на данном такте в задаче регистрировался объект, количество структур, входящих в его состав, должно быть не менее одной.

Структуры 43-44 в общем случае могут состоять из сигналов следующих типов:

- вещественный размером 4 байта;

- целый размером 8 байт;

- целый размером 4 байта;

- целый размером 2 байта;

- целый размером 1 байт;

- упакованные в 1 байт битовые сигналы.

Количество сигналов каждого типа указывается в заголовке файла 31 в описаниях задач.

Если в текущий момент времени в объекте нет структур, то есть, нет данных по сигналам, входящим в их состав, то количество структур 42 равно нулю, и объект не регистрируется. Соответственно, размер блока данных 35 (Фиг. 5) может меняться в зависимости от числа задач, объектов и структур, входящих в объект, регистрируемый в данный момент времени, что сокращает размер файла документирования. Переменный размер объекта позволяет избежать записи пустой информации и документировать только актуальные данные. Сигналы, которые требуется регистрировать в каждом блоке (например, готовность систем, наличие связи), в объекты не упаковываются.

Работу системы регистрации данных поясняет временная циклограмма, представленная на фиг. 7. Для примера рассматривается регистрация четырех задач, одни из которых документируются по частоте, а другие асинхронно. Характеристики задач представлены в таблице на фиг. 8.

На первом такте выполняются задачи 1 и 2. Они выставляют признаки готовности к регистрации, и система регистрации при формировании блока данных для записи документирует данные по этим задачам. На четвертом и восьмом такте выполняется задача 3, но на четвертом такте задача не выставляет признак готовности к регистрации, запись не происходит. На восьмом такте признак выдается, и, соответственно, данные регистрируются. На десятом такте выполняется задача 4. Признак готовности к регистрации не выдан, но задача 4 документируется по частоте, а не по событиям, и данные записываются.

По окончании работы многозадачной системы общее количество зарегистрированных блоков данных прописывается в заголовке файла документирования. Файл документирования посредством канала Ethernet 14 передается из системы регистрации 28 в систему анализа 29.

В системе анализа производится распаковка зарегистрированных сигналов в соответствии с данными заголовка файла 31 и заголовков блоков 36, сбор дискретных информационных отметок по каждому сигналу по всем записанным блокам информации, заполнение ими табличных форм и построение графиков изменения сигналов по времени. На основании табличных и графических представлений зарегистрированных сигналов аналитик делает выводы о корректности работы систем комплекса (локаторов, огневых средств, приводов вооружения, шасси, средств информационного обмена, программного обеспечения), выдает рекомендации разработчикам или дает оценку действиям экипажа. Командир комплекса военного назначения может запросить экспресс-отчет по работе комплекса для оценки действий экипажа и работы систем комплекса на основании информации средств документирования. В случае пропадания в какие-то моменты времени сигналов, их значения не отображаются в табличных формах и на графиках, поэтому исключается ошибочное толкование нулевых значений.

Испытания показали, что данный способ документирования данных в многозадачной системе позволяет вести документирование в многозадачной системе с разной частотой на протяжении всего времени работы при наименьшем размере файла документирования. Это дает экономию места в постоянной памяти вычислительной системы, увеличение времени регистрации и объема регистрируемой информации, уменьшение времени скачивания информации, и увеличение быстродействия системы объективного контроля и анализа, а также исключает ошибочную интерпретацию нулевых значений в записи при пропадании сигналов.