LAMOST观测控制系统的设计与实现.ppt

1,LAMOST观测控制系统的设计与实现,答辩人：万长胜导师：金革 教授,2,内容提要,LAMOST工程背景LAMOST观测控制系统分析设计OCS消息总线OCS命令解析器OCS命令执行器OCS视图控制器OCS其他组件OCS与子系统的接口OCS-2级系统实现工作总结,3,LAMOST工程背景,4,大口径兼备大视场望远镜,对天体性质和行为的认识，光学波段光谱最有用目前只有约1:104进行过光谱观测以往的望远镜大多一次只能观测一个目标,5,国际上同类望远镜比较,国际上同类望远镜比较美国的SDSS英国和澳大利亚的AAT美国的SST中国的LAMOST性能指数QI在同样的光谱仪、同样的探测器、同样的台址条件下，对同一亮度的一批天体，在同样信噪比的要求下和在某一给定曝光时间里，所能记录下的光谱数量,6,LAMOST观测流程,控制系统的复杂性导致观测流程的复杂性观测流程观测前准备工作观测过程结束观测,7,LAMOST观测流程示意图,8,LAMOST观测流程示意图,9,LAMOST观测流程示意图,10,LAMOST观测流程示意图,11,LAMOST观测流程示意图,12,LAMOST观测流程示意图,13,LAMOST观测控制概念的引入,控制系统的复杂性LAMOST运作过程中需要调整多个部件的状态观测流程的复杂性全自动观测观测控制系统的基本任务协作望远镜各部件完成观测任务,14,LAMOST观测控制系统进度要求,OCS-0级系统原型系统OCS-1级系统系统框架设计OCS-2级系统设计与实现OCS-3级系统功能完备的系统,15,LAMOST观测控制系统分析设计,16,LAMOST控制系统模型,17,LAMOST控制系统各子系统功能简介,观测控制系统（OCS）OCS是控制系统的核心，它协作子系统完成天文学家的观测任务观测战略系统（SSS）制定观测计划望远镜控制系统(TCS)控制望远镜的各机械系统焦面仪器控制系统（ICS）光纤定位、光谱仪控制、CCD曝光、信号读出等数据处理系统（DHS）光谱数据的在线处理和保存,18,OCS命令驱动模型基本思想,LAMOST对OCS的功能要求协调子系统完成观测流程OCS的基本做法在OCS中，命令起着至关重要的作用。为了使整个观测流程顺利完成，OCS发送一系列的命令来驱动各个子系统完成其相应的命令。同时，OCS监视各个子系统的运行状况，根据运行状况，在必要时向各个子系统发送命令，完成需要调整的行为或命令。,19,命令的分层,分层的原因OCS协调子系统完成天文学家的观测任务的过程中，既要面对天文学家又要面对子系统观测命令 观测命令面对的是天文学家，它是最上层的命令 基本命令基本命令面对的是子系统 子系统命令子系统命令定义了子系统中具体操纵硬件的命令,20,命令驱动模型实现观测流程过程中需要考虑的问题,命令的发送如何把天文学家的观测任务转换成子系统的任务如何按照一定的观测逻辑执行观测任务如何制定OCS与子系统进行命令通讯的协议命令相关的数据集的格式与数据的定义子系统反馈信息的处理如何从子系统获得状态信息如何对子系统的信息进行综合分类如何完成子系统信息在OCS内部各组件间的分发子系统状态信息的格式与数据的定义,21,命令驱动模型结构图,22,命令驱动模型中的关键问题,软件构架消息总线语义转换命令解析器协作子系统命令执行器,23,OCS消息总线,24,消息总线在命令驱动模型中的位置,25,消息总线的优点,便于统一管理控制信息组件间的松耦合,26,消息总线的实现技术,CORBA事件服务生产者组件把产生的控制信息交给消息总线，消息总线把该信息交给感兴趣的消费者组件CORBA通知服务通知服务是事件服务的扩展集，提供事件过滤等高级功能,27,OCS消息总线组件,28,消费者组件,29,生产者组件接口,生产者组件的基本功能是通过消息总线组件提供的接口发布信息，因此，它所做的工作就是获得消息总线组件引用，并通过消息总线接口发布信息。生产者组件不需要为消息总线提供接口操作，采用消息总线模式对生产者组件的实现没有任何影响。,30,OCS命令解析器,31,命令解析器在命令驱动模型中的位置,32,命令解析器概述,命令的分层观测命令基本命令子系统命令基本功能天文学家观测语言到子系统基本命令的转换（即观测命令到基本命令的转换）,33,命令解析算法要求,各层命令集可以扩充命令间映射关系允许改变上下层命令的映射关系必须唯一解析后的结果对运行观测是合理的，没有冗余命令对解析的结果，需要判断和防止硬件冲突,34,命令格式,命令命令由命令动词(CmdVerb)，选项(op)，参数(para)组成，格式如下：CmdVerb op1 para1 op2 para2 命令动词CmdVerb的首字母使用子系统的名称，每个单词的首字母大写，CmdVerb要能反映命令的内容，CmdVerb允许简写。选项op不区分大小写，op包括一个字符-，后跟一个英文字母,不支持单词选项。参数para位于选项后，para可为空，para应符合特定选项的要求，一个选项至多只能跟一个para。,35,观测命令到基本命令的解析,基本步骤扫描：检验命令串推导：把观测命令串中的符号逐步转换成基本命令串的符号,36,命令解析过程涉及的数据集,观测命令动词集Cobv观测命令选项集Oobv基本命令动词集Cbas基本命令选项集Obas命令动词推导集D1选项推导集D2,37,命令解析文法,命令解析文法G由四元式(VT,VN,S,P)组成。其中：VT是基本命令符号，在命令符号表中，Cbas和Obas中定义的基本命令动词和选项属于VT。在推导过程中它是终结符。VN是观测命令符号，在命令符号表中，Cobv和Oobv中定义的观测命令动词和选项属于VN，另外待解析的观测命令字符串s也属于VN。在推导过程中它是非终结符。S是命令解析器的输入。S=s在推导过程中它是开始符号。P是从观测命令符号到基本命令符号的推导关系，由命令推导表定义。在推导过程中它是产生式。,38,推导过程,命令检查推导命令动词推导选项推导,39,命令解析器组件外部接口,40,命令解析器内部结构,41,扫描器,42,推导器,从扫描器获得待解析元素把解析结果交给结果处理类,43,结果处理类,44,OCS命令执行器,45,命令执行器在命令驱动模型中的位置,46,命令执行器基本功能,OCS的要求OCS的基本功能是协调各子系统共同工作，协调任务由命令执行器实现,47,命令执行器要解决的问题,基本命令交给命令执行器后必须在一定的时间段内被执行基本命令开始执行后必须在一定的时间段内结束同时执行的多个基本命令，需要判断和防止硬件冲突没有冗余命令多个基本命令的执行顺序对运行观测是合理的，一个命令只有等相关的命令已开始执行或执行完毕才能开始执行命令在执行过程中要能响应中断基本命令被子系统拒绝执行后的处理,48,命令执行器需要完成的控制,系统资源控制命令执行时间控制命令关联控制执行中断控制子系统拒绝处理,49,命令执行器涉及的控制信息集,系统资源集由于协调过程要解决子系统硬件冲突问题，因此OCS必须定义系统资源集R基本命令与系统资源的映射集附录6,50,命令执行算法原理,命令执行过程特点OCS命令执行过程，本质就是C bas中的基本命令在时间、观测逻辑等约束条件下访问资源R的问题命令执行算法原理与执行过程OCS采用局域网介质访问的时槽环技术来实现。整个时槽环由一系列的时槽构成，每个时槽代表一个资源，可容纳一个基本命令。环的周围是命令发送站（TCSS,ICSS,DHSS）、命令接收站和监控站。每一个子系统有一个命令发送站，子系统代理(SSA)是命令接收站，监控站根据子系统命令执行的情况监视执行过程。时槽环不停的运行，把环周围子系统发送站的待发送基本命令带到子系统代理，子系统代理再把该命令发往子系统执行。协作过程的关键是综合观测逻辑等各种因素制定时槽环周围的站对时槽环的读写规则，并根据读写规则的需要完善时槽定义。,51,资源控制,获取资源子系统命令发送站完成 执行命令 子系统代理释放资源 监控站,52,命令执行时间控制,基本命令开始执行的时间由子系统命令发送站控制 基本命令执行超时由监控站控制,53,命令关联控制,人工控制观测逻辑与自动识别观测逻辑人工控制观测逻辑是强制性观测逻辑自动识别观测逻辑是建议性观测逻辑同步命令 某些基本命令需要与其它基本命令同时执行前驱命令 某些基本命令需要在其它一些命令执行后执行,54,执行中断控制,中断控制的原因观测过程中有时需要中断正在执行的基本命令中断控制的实现时槽的修改：中断标志位、中断开始时间、中断允许的最大时间命令发送站：启动中断过程监控站：监视中断情况子系统代理：执行中断,55,子系统拒绝执行处理,子系统代理：获得拒绝信息监控站：提交拒绝信息,56,其它读写规则,没有控制要求的基本命令的执行命令的强制执行,57,命令执行器设计,58,命令分发器,59,子系统命令发送站,60,时槽环,61,监控站,62,子系统代理,63,OCS视图控制器,64,视图控制器在命令驱动模型中的位置,65,功能与设计要求,视图控制器基本功能为天文学家提供控制LAMOST观测过程的界面设计要求良好的扩展性，易于修改与OCS内部的松散耦合要求既能方便的控制观测过程，还要能方便的监测观测情况，同时还要能提供在线工具,66,视图控制器的设计模式,SVC的模式S(subject)为应用主体，即根据命令驱动模型定义的观测控制框架模型V(view)即显示给天文学家的控制视图C(controller)把用户的输入转换成主体的操作优点把实现不同功能的组件分离开来，提高了灵活性和复用性,67,视图组件,68,菜单类,状态显示器命令流生成器编辑工具数据库网络,69,流程类,基本任务观测流程控制步骤类定义,70,状态监控类,监视命令执行情况类定义,71,Shell类,字符界面类定义,72,OCS其他组件,73,命令流生成器,74,日志记录器,75,日志管理器,76,命令管理器,77,状态管理器,78,OCS与子系统的接口,79,接口类别,命令接口OCS如何把命令发送给子系统状态接口OCS如何从子系统获取命令执行的状态信息,80,接口命令协议,命令的接收/拒绝协议这是一种异步接口模式，OCS不等待子系统执行完毕。命令的执行反馈协议提供命令的执行完成情况信息开始、完成、出错、正在执行、中断,81,接口状态协议,主动式状态获取由于子系统状态信息的改变对于OCS而言具有很大的随机性，为对子系统状态随时作出反应，OCS要求子系统具有一定的主动性功能,82,接口数据集,子系统状态集OCS中最底层的命令执行信息子系统事件集子系统中出现的阶段性的事件观测事件集观测过程的阶段性事件,83,子系统事件的获得,过滤的方式获得开始执行基本命令基本命令执行完毕,84,观测事件的获得,从子系统事件对应的基本命令获得相关的观测命令通过命令解析器提供的工具获得该观测命令相关的基本命令集从OCS观测数据库中获得上一步中观测命令对应的基本命令集的执行情况综合出观测事件,85,接口软件模块的设计,86,OCS-2级系统实现,87,OCS开发平台,linux操作系统Linux遵从posix标准开放源代码C/C+开发语言灵活快速软件系统架构工具CORBA图形库QT数据库MYSQL,88,光纤定位系统的测试,89,测试流程,传送星表坐标分区定位回零采集图像计算定位精度,90,OCS与光纤定位系统接口软件实现,基于tcp的socket连接非阻塞的读写接口client把命令交给接口server。接口server执行命令,91,测试结果,该次对接过程中，光纤定位系统实现了同时定位19颗目标星的预计目标,92,工作总结,93,本论文工作总结,观测控制框架的完善命令流生成器的位置视图控制器的外部联系命令执行器的外部联系命令状态智能处理器的外部联系其它组件功能和接口的完善关键算法语义转换算法协作算法信息综合分类算法,94,本论文工作总结,数据集确定了控制信息数据模型和控制数据集，并对数据集的修改提出了约束条件OCS组件的实现消息总线组件视图控制器组件命令解析器命令执行器组件管理器与光线定位系统连接,95,实现难点与解决途径,控制的复杂性和观测流程的复杂性引入了观测控制的概念利用CORBA技术构筑了OCS消息总线采用基于编译理论的语义转换算法完成了命令解析过程采用基于时槽环的命令执行算法实现了协作子系统共同工作的任务完成了光纤定位系统的测试工作,96,致谢,