From 04e68443040c7abad84d66477e98f93bed701760 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lars-Dominik Braun Date: Mon, 4 Feb 2019 13:09:03 +0100 Subject: Initial import --- app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2 | 255 +++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 255 insertions(+) create mode 100644 app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2 (limited to 'app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2') diff --git a/app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2 b/app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2 new file mode 100644 index 0000000..376143e --- /dev/null +++ b/app/gs.process/1.02/doc/gs-Prozess-2 @@ -0,0 +1,255 @@ +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")# + -- cgit v1.2.3