3.1   Подсистема пакетного ввода/вывода

Задача данного уровня состоит в том, чтобы обеспечить унифицированный пакетный ввод/вывод в многомашинном комплексе.

Реализована следующая схема:

1. Вводится именование точек ввода/вывода по следующему правилу:

   //<УЗЕЛ>/<ТИП_ИНТЕРФЕЙСА>/<УСТРОЙСТВО>:(tx|rx)
   

   где

   УЗЕЛ

   идентификатор вычислителя в комплексе

   ТИП_ИНТЕРФЕЙСА

   тип интерфейса сопряжения

   УСТРОЙСТВО

   конкретное устройство ввода/вывода, возможно с указанием дополнительной информации для устройств осуществляющих мультиплексирование

   tx или rx

   направление ввода/вывода относительно ИМС

   например:

   //node1/serial/ttyM0:rx

   приёмник последовательного интерфейса ttyM0 на первом узле.

   //node3/1553b/tmk0-25.17:tx

   узел 3, интерфейс MIL-STD-1553B, 17-й подадрес устройства tmk0 в направлении на передачу.

2. ПО уровня шины данных предоставляет сервис пакетного обмена типа публикация/подписка (publish/subscribe),

   а именно:

   • ПО на одном узле может подписаться по имени на поток ввода/вывода
   • ПО на другом может опубликовать факт наличия нового пакета на потоке ввода/вывода

   Если имя потока подписки и публикации совпадают, внутренний алгоритм маршрутизации потоков произведёт доставку пакета подписчику.

   Также работают подписки по т.н. регулярным выражениям [1].

   

   Рис.3. Иллюстрация работы publish/subcribe

   В качестве транспортного уровня внутренней магистрали используется сеть Ethernet и вышестоящие протоколы семейства IP. Максимальный размер пакета - 8 килобайт.

3. Весь ввод/вывод осуществляемый ИМС осуществляется именно с помощью обмена пакетов по внутренней информационной магистрали и с помощью специальных программ - агентов ввода/вывода.

   Если узел располагает какими-то устройствами ввода/вывода, то на нём постоянно работает специальная программа обеспечивающая стыковку внутренней шины с данным устройством.

   Рассмотрим пример последовательных устройств:

   Пусть узел-1 располагает 8 последовательными устройствами: ttyM0 - ttyM7, тогда

   • все присвоения именам из диапазона //node1/serial/ttyM[0-7]:tx <-- pkt на любом узле, приведут к передаче пакета на соответствующее устройство узла-1
   • все принятые агентом ввода/вывода пакеты с физического интерфейса, будут ретранслированы на внутреннюю магистраль ИМС под соответствующим именем, например //node1/serial/ttyM2:rx.

Таким образом предложенная схема:

• позволяет унифицировать ввод/вывод для различных интерфейсов.
• позволяет осуществлять ввод/вывод в многомашинном комплексе, вне зависимости от расположения точки ввода/вывода - локальной или удалённой.
• в штатном режиме позволяет осуществлять удалённый мониторинг и отладку всего ввода/вывода или некоторой его части (мониторинг всего -- подписка на '.*').
• в штатном режиме позволяет осуществлять протоколирование всего ввода/вывода или некоторой его части на внешний носитель.
• с помощью штатного ПО поставляемого с системой позволяет воспроизвести записанный ранее ввод/вывод в произвольном темпе.
• масштабируется по отношению к новые типам интерфейсов и увеличению количества узлов ИМС.
• также, может быть использована для организации внутренних каналов связи ИМС.
• гибкость системы обеспечивается за счёт отказа от соединений типа точка-точка и переходу к шинной архитектуре.

3.2   Уровень именованных данных

Задача данного уровня состоит в том, чтобы унифицировать работу с прикладными данными, а также унифицировать преобразование информации между пакетным и прикладным уровнями данных.

Реализована следующая схема:

1. Вводится соглашение о именовании величин.

   А именно, для всех прикладных величин составляется единое правило их именования в рамках ИМС. Например:

   Величина	Имя
   Курс	hdt
   Путевой угол	cog
   Широта	lat
   Долгота	lon
   Пеленг	brng
   Угол места	elev
   Крен	roll
   Дифферент	pitch

   и так далее

2. Вводится пространство имён прикладных данных:

   /<ДОМЕН>/<ВЕЛИЧИНА>
   

   где

   ДОМЕН

   наименование прибора или сопрягаемой системы

   ВЕЛИЧИНА

   наименование одного из параметров вырабатываемого сопрягаемой системой

   например:

   /КОМПАС/hdt

   курс корабля выработанный компасом

   /НАВ.КОМПЛЕКС/hdt

   курс корабля выработанный корабельным навигационным комплексом

3. ПО уровня именованных данных предоставляет следующие сервисы:

   • чтение данных по имени
   • публикация/подписка (publish/subscribe) на именованные данные.
   • публикация с выходом на уровень ввода/вывода

   Принцип работы сервиса публикации/подписки аналогичен изложенному в части Информационная шина данных ИМС

   Сервис публикация с выходом на уровень ввода/вывода описан ниже в разделе ПЕРЕДАЧА.

4. Уровень ПО отвечающий за реализацию протоколов связи осуществляет связывание пакетного уровня с пространством имён прикладных данных.

   

   Рис.4. Связывание пакетного уровня с уровнем прикладных данных

   На Рис.4 схематически изображен процесс связывание уровня прикладных данных с пакетным уровнем.

   Рассмотрим этот процесс подробнее:

   ПРИЕМ

   1. от внешней системы по потоку ПОТОК поступает пакет информации pkt.

   2. по настройкам ИМС эта информация преобразуется в

      • ДОМЕН -- имя сопрягаемой системы
      • pkt_2dict -- алгоритм протокола приёма

   3. принятый пакет информации обрабатывается алгоритмом протокола приёма. В результате получается набор именованных данных v вида:

      v = {'имя1': значение1, 'имя2': значение2, ...}
      

   4. ДОМЕН пополняется полученными именованными данными, происходит уведомление всех подписчиков домена.

   пример (приём данных от GPS):

   /* поступает новый информационный пакет */
   ПОТОК = '//node2/serial/ttyM2:rx'
   pkt   = '$GPRMC,211500.00,A,5800.00,N,2200.000,E,11.2,275.1,,,\n\r'
   
   /* ИМС определяет, что информация поступает от приёмника GPS */
   ДОМЕН = '/GPS1'
   pkt_2dict = /* реализация протокола приёма IEC61162_1 в части предложения RMC */
   
   /* v = pkt_2dict(pkt) */
   v   = {'daytime_utc': 21:15,
          'lat': 58.0*degree,
          'lon': 22.0*degree,
          'sog': 11.2*knot,
          'cog': 275.1*degree
         }
   
   /* пополнение пространства именованных данных, уведомление подписчиков */
   kdat_populate(ДОМЕН, v)
   

   ПЕРЕДАЧА

   1. прикладное ПО инициирует выдачу набора именованных данных v в ДОМЕН
   2. по настройкам ИМС эта информация преобразуется в
      • ПОТОК -- поток для выдачи в сопрягаемую систему
      • dict_2pkt -- алгоритм протокола передачи
   3. набор именованных данных v обрабатывается алгоритмом протокола передачи. В результате формируется пакет pkt для выдачи в сопрягаемую систему.
   4. Происходит публикация пакета, что в свою очередь приводит к выдачи на соответствующем узле пакета агентом ввода/вывода в сопрягаемую систему.

   пример (выдача целеуказания визиру):

   /* прикладное ПО готовит исходные данные */
   ДОМЕН = '/ВИЗИР'
   v     = {'brng': +30*degree, 'elev': -0.5*degree}
   
   /* работает связка именованные данные -> пакетная передача */
   ПОТОК     = '//node1/serial/ttyM10:tx'
   dict_2pkt = /* реализация протокола связи ИМС -> ВИЗИР */
   
   /* pkt = dict_2pkt(v) */
   pkt   = '$BRVPO, ... ,+030.0,-00.5, ... *9A\n\r'
   
   /* вывод пакета к сопрягаемой системе */
   publish(ПОТОК, pkt)
   

На уровне прикладного ПО предложенная схема позволяет:

• отделить протокольный уровень от уровня прикладных данных.
• унифицировать работу с прикладными данными.
• унифицировать приём и обработку прикладных данных от сопрягаемых систем.
• унифицировать выдачу прикладных данных и команд сопрягаемым системам.
• в штатном режиме осуществлять мониторинг и отладку поступающих и исходящих данных.