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diff --git a/doc/prozess/gs-Prozess-2 b/doc/prozess/gs-Prozess-2 deleted file mode 100644 index 376143e..0000000 --- a/doc/prozess/gs-Prozess-2 +++ /dev/null @@ -1,255 +0,0 @@ -limit (11.0)##pagelength (16.5)##block# -#start (2.0,0.0)# -#page (1)# -#headodd# -#center#gs-Prozess#right#% - -#end# -#headeven# -%#center#gs-Prozess - -#end# -#center#1 - -#on("b")#2 Allgemeines zur Prozeßdatenverarbeitung#off("b")# - -In diesem Kapitel erfahren Sie, warum unter EUMEL/ELAN die Prozeßdatenver -arbeitung bisher kaum Berücksichtigung gefunden hat und welche Probleme zu -überwinden waren. Es wird aufgezeigt, warum unter EUMEL/ELAN nicht jedes Inter -facesystem verwendet werden kann; außerdem werden die Gründe für die Wahl eines -bestimmten Interfacesystems genannt. - - -#on("b")#2.1 Welche Hardware-Lösungen gibt es zur Zeit ?#off("b")# - -Wie schon in Kapitel 1 erwähnt, ist zum Messen, Steuern und Regeln mit dem -Computer ein Hardware-Interface notwendig, über das der "Kontakt zur Außenwelt" -hergestellt wird. - - -#on("b")# - Computer <--------> Interface <--------> Modell -#off("b")# - - -Interfaces (zu deutsch etwas mißverständlich: Schnittstellen) verbinden innerhalb -eines Systems Teilsysteme und einzelne Funktionseinheiten miteinander. Dabei -werden z.B. #on("b")#Hardware-Schnittstellen#off("b")# (Um diese geht es vornehmlich in diesem -Kapitel), #on("b")#Hardware-Software-Schnittstellen#off("b")# (Nach Festlegung, welche Funktionen -eines Rechnersystems von der Hardware und welche von der Software übernommen -werden, erfolgt hierüber die Verknüpfung der beiden Komponenten), #on("b")#Software- -Schnittstellen#off("b")# (zwischen Programmoduln), #on("b")#Mensch-Maschine-Schnittstellen#off("b")# -(Benutzerschnittstellen - wie z.B. #on("b")#gs-DIALOG#off("b")#) unterschieden. - -Wenn wir im folgenden von 'Interface' reden, ist damit immer eine 'Hardware- -Schnittstelle' gemeint. - -Über ein solches Interface (eine Hardware-Schnittstelle) können an den Computer -externe Geräte/Modelle angeschlossen werden, die vom Computer aus gesteuert -werden. Dabei setzt das Interface die vergleichsweise schwachen Signale des -Computers in Ströme und Spannungen um, mit denen z.B. eine Lampe oder ein -Motor betrieben werden kann. Umgekehrt senden externe Geräte/Modelle über das -Interface Signale an den Computer, die von ihm ausgewertet werden. So müssen z.B. -Widerstandsveränderungen eines Temperaturfühlers oder die Stellung eines Schalters -in eine vom Computer erfaßbare Form umgewandelt werden. - -Inzwischen bieten verschiedene Hersteller (FISCHER, LEGO, AKTRONIK, PHYWE, -etc.) und Lehrmittelverlage (METZLER, CVK, etc.) eine Reihe von Lösungen an. -Leider sind die meisten Lösungen auf ganz spezielle Computertypen zugeschnitten -und somit nicht an anderen Computertypen verwendbar - außerdem unterscheiden -sich die verschiedenen Lösungen z.T. ganz erheblich im Leistungsumfang. - -Einzellösungen, insbesondere an den gängigen Homecomputern, gibt es schon seit -langem. Voraussetzung ist zumeist, daß der Computer über einen speziellen -Anschluß ('Userport' oder 'Joystick-Eingang') verfügt. Oder es werden Platinen -geliefert, die in spezielle Steckplätze (Slots) einzustecken sind, wo sie vom Computer -aus angesprochen werden können. - -Bei all diesen Lösungen konnten wir 'EUMELaner' nur neidvoll zuschauen. Der -Vorteil, den wir sonst so zu schätzen wissen, ein einheitliches Betriebssystem auf ganz -unterschiedlicher Hardware zur Verfügung zu haben, wird hier zum Nachteil. Eine -einheitliche Lösung schien zu Anfang völlig aussichtslos zu sein. - - -#on("b")#2.2 Die besonderen Probleme unter EUMEL#off("b")# - -Das Betriebssystem EUMEL gestattet es nicht, beliebig auf Hardwarekomponenten des -Rechners zuzugreifen - und das aus gutem Grund, denn sonst wäre ein reibungsloser -Multi-User-Betrieb nicht gewährleistet. Man kann aber den Zugriff auf neue Hard -warekomponenten im EUMEL-System etablieren. Allerdings ist das etwas aufwendiger -als in anderen Systemen, denn das sogenannte 'Shard', die 'Software-Hardware- -Schnittstelle', muß angepaßt werden. - -Unsere ersten "Gehversuche" mit der Prozeßdatenverarbeitung unter EUMEL haben -so angefangen. Es ist aber leicht einzusehen, daß dieser Weg nicht sinnvoll ist. Denn -dann müßten alle EUMEL-Shards (es gibt ja für jeden Rechnertyp mindestens eines) -entsprechend geändert werden, ggf. müßten für verschiedene Lösungen verschiedene -Versionen entwickelt werden - eine Aufgabe, die niemand bereit wäre zu überneh -men. - - -#on("b")#2.3 Die Wahl des Interface-Systems#off("b")# - -Unser Ziel war klar: Wir wollten ein gängiges, käuflich zu erwerbendes Hardware- -Interface möglichst universell an Computern verschiedener Hersteller unter dem -Betriebssystem EUMEL ansprechen können. - -Nach Sichtung der angebotenen Systeme kamen nur drei in die engere Wahl: das -LEGO-Interface, das FISCHER-Technik-Interface und das AKTRONIK-Interface (Soft -ware-kompatibel dazu ist das PHYWE-Interface). - -Bei der Auswahl hielten wir es für sinnvoll, die Empfehlung des Landesinstituts für -Schule und Weiterbildung in Soest zu berücksichtigen, in der folgende Anforderungen -an Interfaces formuliert sind: - - - 8 digitale Eingänge - - 8 digitale Ausgänge - - optional: analoge Ein- und Ausgabe. - -Allen gestellten Anforderungen wird nur das AKTRONIK-Interface gerecht. Das System -ist modular aufgebaut, je nach Anforderungen kann mit verschiedenen Steckkarten -gearbeitet werden. Es gibt eine "Kompaktlösung", bei der die wichtigsten Funktionen -bereitgestellt werden (8 digitale Eingänge, 8 digitale Ausgänge, 2 analoge Eingänge). -Darüber hinaus kann auch noch mit dem sog. 'Modul-Bus' gearbeitet werden, bei -dem gleichzeitig mehrere Steckkarten angesprochen werden können. Mit ent -sprechender Steckkarte ist auch die analoge Ausgabe möglich. - -Die beiden anderen Interfaces erfüllen die oben genannten Anforderungen nicht: Das -LEGO-Interface verfügt über nur 6 digitale Ausgänge und 2 digitale Eingänge; analoge -Ein- und Ausgabe ist gar nicht möglich. - -Das FISCHER-Technik-Inteface verfügt über 8 digitale Ausgänge und 8 digitale Ein -gänge. Das Interface verfügt auch über einen analogen Eingang - allerdings nicht -über einen Analog-Digital-Wandler-Baustein! Das bedeutet, daß der angeschlossene -Rechner die Auswertung der eingehenden Daten übernehmen muß - ein zeit -kritischer Prozeß, der in einem Multi-User-System nicht garantiert werden kann. Die -analoge Ausgabe ist grundsätzlich nicht möglich, das System ist in sich abgeschlossen -und kann sich ändernden Anforderungen ebensowenig angepaßt werden wie das -LEGO-Interface. - - -Wir entschieden uns also dafür, die weitere Entwicklung auf der Basis des -AKTRONIK-Interfaces zu betreiben. Es galt jedoch noch, dieses Interface mit dem -Computer zu verbinden - und das möglichst universell: möglichst unabhängig von der -verwendeten Computerhardware. - -Dieses Ziel ist nur dann zu erreichen, wenn man die 'Standardschittstellen' des -Computers berücksichtigt, die unter EUMEL problemlos ansprechbar sind: die -parallelen (Centronics) und seriellen (V24) Schnittstellen. Diese 'Standardschnitt -stellen' sind zwar nicht für den direkten Anschluß der Modelle/Interfaces geeignet, -über einen "Adapter" aber ist ein Anschluß möglich. - -Die Entscheidung fiel schnell gegen eine Verwendung der parallelen (Centronics) -Schnittstelle. Die meisten Computer verfügen nur über eine dieser Schnittstellen, die -zumeist auch schon durch den Drucker belegt ist. Außerdem handelt es sich dabei in -der Regel um eine unidirektionale Schnittstelle - d.h. die Daten können vom -Computer zum Endgerät (z.B. Drucker) gelangen, nicht aber vom Endgerät zum -Computer. Somit wären zwar Steuerungsvorgänge, nicht aber Meß- und Regelungs -vorgänge über die Schnittstelle möglich. - -Einige Hersteller nutzen die Datenleitungen, über die z.B. der Drucker dem Rechner -mitteilt, daß der interne Speicher voll bzw. das Papier zuende ist. Über diese Leitung -werden Daten seriell übertragen und vom Rechner ausgewertet. Unter EUMEL -scheidet diese Lösung aber aus, denn um hier eine sichere Auswertung zu gewähr -leisten, müßten Maschinenspracheprogramme eingebunden werden; das ist aber -unter EUMEL nicht möglich. - -Damit war festgelegt, daß die weitere Entwicklung auf der Basis des AKTRONIK-Inter -faces über die serielle Schnittstelle erfolgen sollte. Wie schon erwähnt, ist das Inter -face auf keinen Fall direkt an die serielle Schnittstelle anschließbar. Wie der Name -schon sagt, werden die Daten bei einer seriellen Schnittstelle seriell übertragen - um -Prozeßdatenverarbeitung zu betreiben, müssen die Daten aber parallel vorliegen. - -Notwendig ist also ein "Adapter", der einen Seriell-Parallel-/Parallel-Seriell-Wandler -beinhaltet, so daß die Verbindung zwischen Computer und Interface hergestellt -werden kann. - -Inzwischen sind uns hier zwei (käuflich zu erwerbende) Lösungen bekannt - der -"RS232-Adapter" der Firma AKTRONIK und das "MUFI" (Multifunktionales Interface) -der Firma BICOS: - -Das MUFI ist sicherlich der universeller verwendbare "Adapter" (leider aber auch die -kostspieligere Lösung). Einerseits kann es ebenso wie der "RS232-Adapter" an eine -separate serielle Schnittstelle angeschlossen werden, andererseits verfügt es über -einen zweiten - den eigentlich interessanten Betriebsmodus: Es kann nämlich auch -in den Terminalkanal eingebaut werden. - -Die Idee, die dahintersteckt, ist folgende: Das MUFI verfügt (neben der eigentlich -wichtigen bidirektionalen parallelen Schnittstelle) über einen (seriellen) Eingang und -einen (seriellen) Ausgang. So kann das MUFI einfach in eine Leitung zwischen -Computer und Terminal eingebaut werden. In ausgeschaltetem Zustand hat es -keinen Einfluß auf den Datenaustausch zwischen Rechner und Terminal - als ob es -gar nicht vorhanden wäre. In eingeschaltetem Zustand dagegen "horcht es den -Datenfluß zwischen Rechner und Terminal ab". Auf eine vereinbarte Parole -(Zeichenkombination) hin, "weiß es", daß die folgenden Daten nicht für das -Terminal, sondern eben für sich bestimmt sind. Diese, und nur diese Daten werden -aus dem Datenstrom vom MUFI "herausgefischt" und intern sachgerecht weiterver -arbeitet. Alle anderen Daten werden unbeeinflußt an das Terminal weitergeleitet, -damit ja nicht der reibungslose Betrieb gestört wird. Natürlich ist das MUFI ebenso in -der Lage, die gerade extern anliegenden Daten zu ermitteln und in den Datenstrom -zum Computer "einzuschleusen". - -Um diese Aufgaben bewältigen zu können, wurde das MUFI mit einem eigenen, -schnellen Mikroprozessor ausgestattet, der in der Lage ist, den Datenfluß zu -bewältigen. Zudem wurde versucht, das MUFI mit soviel Intelligenz (Firmware) -auszustatten, daß alle zeitkritischen Prozesse bei der Ansteuerung des Interface- -Systems vom MUFI selbst erledigt und die Daten vom MUFI so aufbereitet werden, -daß sie möglichst einfach weitergegeben und verarbeitet werden können. - -Durch die Beschränkung der Baud-Rate auf maximal 19200 ist die Verarbeitungs -geschwindigkeit allerdings auch beschränkt. Die rechnerisch maximale Ausgabetakt -rate von 320 Hz bei 19200 Baud und 160 Hz bei 9600 Baud wird von #on("b")#gs-Prozess#off("b")# auf -einem 80386-Rechner im Alleinbetrieb tatsächlich erreicht. Natürlich bedeuten -mehrere gleichzeitig betriebene MUFIs an einem Rechner Geschwindigkeitseinbußen. -Ebenso sinkt die Ausgabetaktrate bei Prozessoren mit geringerem Durchsatz (8088: -maximal 120 Hz). Für die Anwendungen in der Schule sind diese Geschwindigkeiten -aber hinreichend. - -Die Vorteile des MUFI für diejenigen, die EUMEL im Multi-User-Betrieb nutzen, liegen -dennoch klar auf der Hand: - - - Es werden keine weiteren seriellen Schnittstellen benötigt. (Die vorhandenen - sind sowieso schon weitgehend belegt. Gegebenenfalls würden zusätzliche - Kosten verursacht.) - - - Es sind keine weiteren Kabelverlegungen zwischen Rechner und Arbeitsplatz - notwendig, trotzdem befindet sich das MUFI direkt am Bildschirmarbeits - platz. - - - Das beim Anschluß an eine separate Schnittstelle notwendige, zeitauf - wendige Ansteuern des Interface-Kanals entfällt. - - -Arbeiten Sie an einem Einzelplatz-System (z.B. IBM-kompatibler Rechner nur mit -Monitor) so ist ein Betrieb des MUFIs im Terminal-Kanal nicht möglich. Hier bleibt -nur der Betrieb des Interface-Systems an einer separaten seriellen Schnittstelle. -Sinnvoll ist aber auch ein solcher Betrieb, wenn (zunächst) nur die Hardware für -einen Arbeitsplatz zur Verfügung steht. Das Interface kann dann nämlich von meh -reren Tasks abwechselnd angesprochen werden. - -Beim Anschluß an eine separate serielle Schnittstelle sind die Leistungen des MUFIs -und des RS232-Adapters gleichwertig. Da das abwechselnde Ansprechen einer -seriellen Schnittstelle und der Tastatur/des Monitors unter EUMEL relativ zeitauf -wendig ist, sind hier keine hohe Ausgabegeschwindigkeiten zu erwarten: bei einem -8088-Rechner ca. 40 Hz, bei Prozessoren mit höherem Durchsatz eben entsprechend -mehr. Dennoch ist das für die meisten Anwendungen in der Schule schnell genug. - -Für Spezialanwendungen ist auch die direkte Ansprache der Schnittstelle möglich. -Hierbei sind Ausgabetaktraten von 960 Hz bei 19200 Baud bzw. 480 Hz bei 9600 -Baud möglich. Für die schulische Praxis (in der Sekundarstufe I) ist diese "direkte -Ansprache" aber ungeeignet, da weitergehende Programmierkenntnisse erforderlich -sind. Zudem kann bei Programmierfehlern "die Task am Kanal hängenbleiben". -Genaueres dazu sehen Sie bitte im Kapitel 'Hinweise für den Systembetreuer/ -Programmierer'. - -Die Hardware-Konstellation stellt sich im Überblick also folgendermaßen dar: -#on("b")# - - Computer <---> Adapter <---> Interface <---> Modell - - (mit se- ('MUFI' (AKTRONIK) - rieller oder - Schnitt- 'RS232- - stelle) Adapter') -#off("b")# - |