Procesni sistemi vodenja

Procesni sistemi vodenja - Prekinitve 11

http://www.ro.feri.uni-mb.si

Procesni sistemi vodenjaProcesni sistemi vodenja

Prekinitve



Vsebina poglavjaVsebina poglavja

• Prekinitve in izjeme

• Procesi - opis

• Delovanje programa ob prekinitvi – Interrupt service routine

• Prioritete

• Maskiranje, omogočanje & onemogočanje

• Inicializacija

• Primer za realni sistem – vodenje DC motorja



Prekinitve in izjemePrekinitve in izjeme

• Prekinitve– Prekinitve so asinhroni dogodki, ki niso povezani s

tem, kar procesor trenutno izvaja. Prekinitve najpogosteje sprožijo vhodno/izhodne enote, ura..... Lahko so omogočene ali pa onemogočene.

• Izjeme– so sinhroni dogodki, ki so povezani s trenutnim

programom. Primeri izjem: deljenje z nič, kršenje pomnilniškega prostora....



Procesi - opisProcesi - opis

• Program, ki je naložen v pomnilnik in pripravljen za izvajanje, se ponavadi imenuje proces.

• Računalnik lahko hkrati izvaja več procesov, vendar lahko procesor izvaja le eno opravilo hkrati.

• Zgradba:– Programska sekcija– Podatkovna sekcija



Stanja procesaStanja procesa

• Aktivno (stanje pripravljenosti)– Proces je naložen v pomnilnik in pripravljen na

izvajanje, a še čaka, da mu razvrščevalnik dodeli procesor.

• Izvajanje– Procesor izvaja ukaze iz programske sekcije

procesa.

• Blokiranje oz. čakanje– Izvajanje procesa se je moralo začasno ustaviti, ker

je treba počakati na dogodek, ki je pogoj za nadaljevanje izvajanja.



Prehajanja stanj procesovPrehajanja stanj procesov

nov proces

aktiven

čakanje

izvajanje

Konec ali izločitevizločitev

kreiranje

kone

c ali

napa

ka

V/I

ali

čaka

nje

na

drug

do

gode

k

prekinitev

dodelitev procesorja

dogodek se

je zgodil



Procesi - primerProcesi - primer



PrekinitvePrekinitve• Prekinitve so nizkonivojske funkcije CPE• Zahteva po prekinitvi (Interrupt Request, IRQ)

povzroči zaustavitev izvajanja trenutnega procesa in skok na določen naslov, ki je podan v vektorju prekinitev (Interrupt Vector)

• Ta vektor kaže na sekcijo programske kode, ki izvede akcijo, kot jo zahteva določena zahteva po prekinitvi. To funkcijo imenujemo rokovalnik (handler, Interrupt Service Routine, ISR)

• Po zaključku ISR CPE nadaljuje izvajanje predhodnega programa na mestu, kjer je bil prekinjen.



Prekinitve - preklopiPrekinitve - preklopi

• Pojavi se IRQ, kako se izvede preklop med procesi?– Procesor premakne delovne registre in

programski števec v RAM (sklad!). – Izvede se prekinitveni program (ISR).– Po zaključku ISR se obnovi stanje pred skokom

v ISR, procesor obnovi delovne registre in programski števec iz RAM (sklada!).

– Nadaljuje se izvajanje predhodnega procesa.



Izvajanje prekinitevIzvajanje prekinitevŠt. prekinitve

Naslov rokovalnika

1

2

...

Shrani programski števec

Obnovi programski števec

Shrani status

Obnovi status



Viri prekinitevViri prekinitev

• Notranji časovniki procesorja (primerjava z določeno vrednostjo, 0, overflow, ...)

• Zunanja zahteva po prekinitvi (posebni priključek integriranega vezja procesorja

• Druga periferija (UART, ADC, komparator, ...)



Smisel prekinitevSmisel prekinitev

• Zagotavljajo določen odzivni čas.

• Omogočijo odzive na redko nastopajoče vendar kljub temu pomembne dogodke (zaščite, ...).

• Periodične prekinitve so uporabne za zajemanje podatkov in vodenje (regulacijski algoritmi).

• Mogoča je uporaba za vmesno shranjevanje V/I podatkov.



Rokovalnik prekinitev in izjemRokovalnik prekinitev in izjem



Delovanje prekinitev in izjemDelovanje prekinitev in izjem• Distributor prekinitev, ki je del rokovalnika pasti se odziva na

prekinitve. Distibutor najprej ugotovi izvor prekinitve in potem prenese nadzor v zunanjo rutino ki potem servisira prekinitev ali pa v notranjo kernel rutino. Zunanjo rutino morajo zagotavljati gonilniki naprave, notranje rutine pa zagotavlja kernel sam.

• Različni procesorji prepoznajo različno veliko in raazlične tipe prekinitev. Kernel definira tabelo IRQL (interrupt request level). V tej tabeli so urejene prekinitve po prioriteti. Višja prekinitev ima višjo prioriteto. Procesor ima svoj kazalec IRQL, ki kaže v to tabelo in se spreminja glede na prekinitve. Prekinitve, ki ležijo pod tem kazalcem so onemogočene, dokler se kazalec IRQL ne pomakne navzdol.



Prioritete prekinitev - prikazPrioritete prekinitev - prikaz



Izjeme (tabela vektorjev):Izjeme (tabela vektorjev):



Prioritete prekinitevPrioritete prekinitev



TMS320LF2407 – izvajanje prekinitevTMS320LF2407 – izvajanje prekinitev

TMS320LF2407TMS320LF2407



TMS320LF2407 – maskiranje prekinitevTMS320LF2407 – maskiranje prekinitev


Interrupt Flag Register (IFR)

Interrupt Mask Register (IMR)



TMS320LF2407 – registriTMS320LF2407 – registri

• Peripheral Interrupt Vector Register (PIVR) • Peripheral Interrupt Request Registers (PIRQR0,

1, 2)

• Peripheral Interrupt Acknowledge Register (PIACKR0, 1, 2)




Freescale DSP560x – zakasnitev (Latency)Freescale DSP560x – zakasnitev (Latency)

Zajemanje iz pomnilnika



Freescale DSP560x – zakasnitev (Latency)Freescale DSP560x – zakasnitev (Latency)

Izvajanje v procesorju



Primer za realni sistem – vodenje DC motorjaPrimer za realni sistem – vodenje DC motorja

• opis problema

• definicija procesov• določitev prioritet



Sistem za vodenje DCM – blokovna shemaSistem za vodenje DCM – blokovna shema

breme

motor ojačevalnik regulator uporabniški

vmesnik

merilniki

napajalnik



Osnovni princip delovanja DC motorjaOsnovni princip delovanja DC motorja



Pulzno širinsko modulirani krmilni signalPulzno širinsko modulirani krmilni signal



PWM za DC motorPWM za DC motor

UDC

DCM

T1

T2

UDC DCM

T1

T2

T3

T4

Vezje unipolarnega pulzno širinskega

modulatorja

Vezje bipolarnega pulzno širinskega

modulatorja



Meritev položaja in hitrostiMeritev položaja in hitrosti

Inkrementalni dajalnik

Vir svetlobe

Disk

Optični sistem

Ojačevalnik



VsebinaVsebina

• Programska oprema– Režimi delovanja

• Prehajanja

• Opis

– Prekinitvene rutine



Režimi delovanja - prehajanjaRežimi delovanja - prehajanja



Režimi delovanja - INITRežimi delovanja - INIT

• pogon (pretvornik) onemogočen

• PWM onemogočen

• preverja Fault



Režimi delovanja - INITRežimi delovanja - INIT

• inicializacija procesorja• inicializacija modula PWM• inicializacija ADC modula• definicija časovnikov in njihovih kanalov• inicializacija prekinitev IRQA in IRQB• prioritete prekinitev• inicializacija algoritma vodenja• vodenje = ROČNO• stanje = STOP• določitev uporabljenih kanalov ADC• inicializacija meritve hitrosti z inkrementalnega dajalnika• sinhronizacija PWM in ADC• inicialzacija krmilnih stikal• inicializacija prekinitvene rutine za PWM fault• inicializacija vodenja zavore• inicializacija pretvornika• omogočitev prekinitev



Režimi delovanja - STOPRežimi delovanja - STOP

• pogon (pretvornik) onemogočen• PWM onemogočen• v rutini za strežbo ob periodni prekinitvi se izvaja

algoritem vodenja:– analogna meritev in korekcija,– inicializacija pogona,– omogočitev ponovnega tipanja ADC signalov

• čaka na Start• preverja Fault



Režimi delovanja - RUNRežimi delovanja - RUN

• pogon (pretvornik) omogočen• PWM omogočen• v ADC End of Scan prekinitvi se

izvaja algoritem vodenja:– analogna meritev in korekcija,– algoritem vodenja v strogem

realnem času,– PŠM,– omogočitev ponovnega tipanja

ADC signalov

• preverja Fault



Režimi delovanja - FAULTRežimi delovanja - FAULT

• pogon (pretvornik) onemogočen

• PWM onemogočen

• čaka na Start, Reset, ...



Prekinitvene rutinePrekinitvene rutine



Prekinitvene rutine - nivojiPrekinitvene rutine - nivoji

• Level 1: IRQA, IRQB

• Level 0:– Priority 6: PWM Fault, AD High/Low Limit– Priority 4: ADC End of Scan– Priority 3: Quadtimer– Priority 1: SCI, GPIO



Glavni programGlavni program

inicializiraj procesor

inicializiraj most

onemogoči most

inicializiraj ADC

inicializiraj konstante algoritma

meritev offsetov ADC

stanje = INIT

stanje_RUN = RUN_Magnetize



Glavni program Glavni program

while (1){

test_mosta();

switch(stanje){

case INIT:// stanje - INIT

break;case STOP:

// stanje - STOP

break;case RUN:// stanje - RUN

break;case FAULT:

// stanje - FAULT

break;default:

// stanje ni definirano pravilno

// se obravnava kot FAULT

stanje = FAULT;

break;}

}



Glavni program – režim INITGlavni program – režim INIT

case INIT:

// stanje - INIT

inicializiraj_algoritem_vodenja();

inicializiraj_algoritem_observerja();

cakaj_Udc(); // čakaj, da je Udc dovolj velika

omogočitev_prekinitev();

stanje = STOP;

stanje_RUN = RUN_Magnetize;

INIT_DONE = 1;

break;

// end - stanje - INIT



Glavni program – režim STOPGlavni program – režim STOP

case STOP:

// stanje - STOP

onemogoči_most();

if(Stikalo_RUN == ON)

{

stanje = RUN;

stanje_RUN = RUN_Magnetize;

}

break;

// end - stanje - STOP



Glavni program – režim RUNGlavni program – režim RUN

case RUN:

// stanje - RUN

if(Most_Error == OFF) omogoči_most();

if(Stikalo_STOP == ON) želena hitrost = 0;

break;

// end - stanje - RUN



Glavni program – režim FAULTGlavni program – režim FAULT

case FAULT:

// stanje - FAULT

onemogoči_most();

onemogočitev_prekinitev();

omogočitev_prekinitev_najnižjega_nivoja();

if (fault_cleared) stanje = INIT;

INIT_DONE = 0;

break;

// end - stanje - FAULT



IRQA in IRQBIRQA in IRQB

• IRQA – nižanje hitrosti

• IRQB – višanje hitrosti



Zaščite: PWM Fault, AD High/Low LimitZaščite: PWM Fault, AD High/Low Limit

• Napaka na PWM modulu (signal z mosta)

• Prekoračene omejitve ADC:– Toki

– Napetost UDC



ADC End of ScanADC End of Scan

void irq_hitri_reg()

{

omogoči_irq_višje_prioritete();

onemogoči_irq_nižje_prioritete();

meritev_tokov();

meritev_udc();

test_mosta();

switch(stanje)

{

// Detekcija in posluževanje stanj

}

}



ADC End of ScanADC End of Scan – Režim STOP – Režim STOP

case STOP:

onemogoči_most();

usa = 0; usb=0;

usd = 0; usq=0;

isd_ref = 0; isq_ref = 0;

int_PIreg_isd = 0;

int_PIreg_isq = 0;

observer_v_realnem_casu();

break;



ADC End of ScanADC End of Scan – Režim RUN – Režim RUN

case RUN:

if(stanje_RUN == RUN_Magnetize){

isd_ref = magnetilni tok;

isq_ref = 0;if(isd > isd_min) stanje_RUN = RUN_Spin;

}

if(stanje_RUN == RUN_Spin){

isd_ref = magnetilni tok;

isq_ref = navorni tok;

}

if(stanje_RUN == RUN_Demagnetize){

isd_ref = 0;

isq_ref = 0;

if(isd < isd_0) stanje = STOP;

}

hitri_regulator_v_realnem_casu();

observer_v_realnem_casu();

space_vector_modulation();

break;



ADC End of ScanADC End of Scan – Režim FAULT – Režim FAULT

case FAULT:

onemogoči_most();

zavora();

break;



QuadtimerQuadtimer

void irq_pocasni_reg()

{

omogoči_irq_višje_prioritete();

onemogoči_irq_nižje_prioritete();

test_mosta();

meritev_hitrosti();

switch(stanje)

{ // detekcija in posluževanje stanj

}

}



Quadtimer – Režim STOPQuadtimer – Režim STOP

case STOP:

wr_ref = 0;

int_PIreg_wr = 0;

break;



Quadtimer – Režim RUNQuadtimer – Režim RUN

case RUN:

if(stanje_RUN == RUN_Magnetize) {

wr_ref = 0;

int_PIreg_wr = 0;

}

if(stanje_RUN == RUN_Spin){

wr_ref = želena hitrost;

if(wr_ref == 0)&&(hitrost == 0)

{

stanje_RUN == RUN_Demagnetize

}

}

if(stanje_RUN == RUN_Demagnetize){

wr_ref = 0;int_PIreg_wr = 0;

}

pocasni_regulator_v_realnem_casu();

break;



Quadtimer – Režim FAULTQuadtimer – Režim FAULT

case FAULT:

onemogoči_most();

zavora();break;



GPIO in SCI – I/O in komunikacija GPIO in SCI – I/O in komunikacija



Domača nalogaDomača naloga



Možna vprašanja na izpituMožna vprašanja na izpitu

• Kaj proži prekinitve – viri prekinitev?

• Stanja procesa – opis in prehajanja.

• Opis izvajanja prekinitev.

• Prioritete prekinitev – opis.

Documents

Procesni sistemi vodenja