軟件系統(tǒng)時(shí)鐘級(jí)程序的設(shè)計(jì)

于雪

（遼寧省盤(pán)錦市遼河油田通信公司網(wǎng)管中心，遼寧 盤(pán)錦124010）

1 引言

程控交換機(jī)軟件是一種實(shí)時(shí)性、并發(fā)性很強(qiáng)的軟件，其程序復(fù)雜性大，調(diào)試?yán)щy。由于交換機(jī)業(yè)務(wù)功能很多，彼此之間關(guān)系密切，給交換機(jī)軟件的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難，因此選擇合理的軟件結(jié)構(gòu)是整個(gè)交換機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。程控交換機(jī)在電力系統(tǒng)中有著極其重要的作用，特別是小門(mén)數(shù)程控交換機(jī)有著較好的市場(chǎng)前景。由于電力系統(tǒng)對(duì)程控交換設(shè)備的要求很高，主要要求通信電路具有穩(wěn)定可靠、暢通無(wú)阻、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、接續(xù)速度快、調(diào)度功能完善等特點(diǎn)。

程控?cái)?shù)字交換機(jī)是現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與大規(guī)模集成電路(LSI)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。先進(jìn)的硬件與日臻完美的軟件綜合于一體，賦予程控交換機(jī)以眾多的功能和特點(diǎn)，使它與機(jī)電交換機(jī)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴體積小，重量輕，功耗低。⑵能靈活的向用戶提供眾多的新型服務(wù)功能。⑶工作穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便。⑷便于采用新型共路信號(hào)方式。⑸易于與數(shù)字終端，數(shù)字傳輸系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字終端、傳輸與交換的綜合與統(tǒng)一。

本文編制的是時(shí)鐘級(jí)程序，包括不同模式的定時(shí)方式，考慮到采用51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)（指令為串行方式），因此采用了整體時(shí)鐘控制（基本周期為8ms）的方法。

2 程控交換軟件的基本特點(diǎn)

程控交換軟件的基本特點(diǎn)是：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、具有并發(fā)性、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性和可維護(hù)性要求高。

2.1 實(shí)時(shí)性在正常情況下對(duì)實(shí)時(shí)性要求最為嚴(yán)格的是信號(hào)接收及信號(hào)處理程序（微秒、毫秒級(jí)），相對(duì)而言對(duì)實(shí)時(shí)性要求最低的是運(yùn)行管理程序（秒級(jí)）。

2.2 并發(fā)性和多道程序運(yùn)行并發(fā)性就是在同一時(shí)間段內(nèi)CPU運(yùn)行多道程序。采用多道程序運(yùn)行方式可以使CPU在一段時(shí)間內(nèi)保持若干進(jìn)程處于激活狀態(tài)。不同用戶啟動(dòng)的呼叫處理進(jìn)程可使用相同的處理代碼，各進(jìn)程的差別僅在于它們處理的數(shù)據(jù)不同。

2.3 可靠性的要求可靠性指標(biāo)是99.8%的正確呼叫處理和40年內(nèi)系統(tǒng)中斷運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)。提高可靠性的措施有：⑴對(duì)關(guān)鍵設(shè)備（如控制系統(tǒng)、交換網(wǎng)絡(luò)）采用冗余配置；⑵采用各種措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)的錯(cuò)誤，如為軟件故障，則采用程序段的重新執(zhí)行或再啟動(dòng)，予以恢復(fù)。

2.4 適應(yīng)性的要求⑴為使之能適應(yīng)不同交換局對(duì)交換機(jī)的具體要求，在交換機(jī)的軟件設(shè)計(jì)中采用參數(shù)化技術(shù)，使描述處理邏輯大程序部分與給出數(shù)據(jù)處理參量的數(shù)據(jù)部分分離；⑵可用局?jǐn)?shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)來(lái)適應(yīng)不同的局條件。

2.5 軟件的可維護(hù)性要求采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)，在編程時(shí)盡量采用有意義的標(biāo)識(shí)符常數(shù)，建立完備、清晰的文檔資料，把易隨硬件更新、擴(kuò)充而變化的軟件部分相分離等都有助于提高軟件可維護(hù)性。

3 軟件系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)介紹

軟件系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)分為：中斷級(jí)、時(shí)鐘級(jí)、基本級(jí)。

3.1 中斷級(jí)程序

⑴中斷程序的兩個(gè)特點(diǎn)：一是實(shí)時(shí)性要求高；二是事件發(fā)生的隨機(jī)性；⑵中斷級(jí)程序主要用于故障處理和輸入/輸出處理；⑶中斷級(jí)程序由硬件中斷啟動(dòng)，一般不通過(guò)操作系統(tǒng)調(diào)度。

3.2 時(shí)鐘級(jí)程序

⑴時(shí)鐘級(jí)程序主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)外部出現(xiàn)的事件，時(shí)鐘級(jí)程序?qū)τ诎l(fā)現(xiàn)的事件不進(jìn)行處理，而是將其送入不同的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等待基本級(jí)程序處理；⑵時(shí)鐘級(jí)程序由時(shí)鐘調(diào)度程序調(diào)度執(zhí)行，而時(shí)鐘調(diào)度程序是由時(shí)鐘中斷啟動(dòng)的。

3.3 基本級(jí)程序

⑴基本級(jí)程序的功能是對(duì)外部發(fā)現(xiàn)的各種事件進(jìn)行處理；⑵應(yīng)用程序的大部分在運(yùn)行時(shí)構(gòu)成進(jìn)程，基本級(jí)也稱為進(jìn)程級(jí)；⑶呼叫處理各進(jìn)程具有較高的優(yōu)先級(jí)，管理與維護(hù)程序的大部分進(jìn)程優(yōu)先級(jí)較低；⑷基本級(jí)程序由任務(wù)調(diào)度程序調(diào)度執(zhí)行。

4 時(shí)鐘級(jí)程序的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘級(jí)程序具有一定的執(zhí)行周期，又稱為周期級(jí)程序，如摘掛機(jī)識(shí)別、撥號(hào)脈沖識(shí)別及各種掃描程序都具有一定的執(zhí)行周期，均屬于時(shí)鐘級(jí)程序。另外，忙音、回鈴音和振鈴信號(hào)的通斷也是由CPU控制產(chǎn)生，這種控制方式也于時(shí)間有關(guān)，同樣屬于時(shí)鐘級(jí)程序。

本文完成的是系統(tǒng)軟件時(shí)鐘級(jí)程序的設(shè)計(jì)，主要包括對(duì)外部事件的檢測(cè)（摘掛機(jī)識(shí)別、雙音頻撥號(hào)的識(shí)別或撥號(hào)脈沖識(shí)別）和對(duì)服務(wù)信號(hào)（忙音、回鈴音和振鈴信號(hào)）的時(shí)鐘通斷控制。各種檢測(cè)方式的時(shí)鐘周期為：摘掛機(jī)識(shí)別200ms；雙音頻撥號(hào)識(shí)別16ms；撥號(hào)脈沖識(shí)別8ms;位間隔識(shí)別96ms。各種檢測(cè)方式均使用基本時(shí)鐘周期8ms，這樣設(shè)計(jì)可以大大提高系統(tǒng)的使用效率。檢測(cè)結(jié)果直接送至基本級(jí)程序進(jìn)行分析處理。由于硬件設(shè)置為8用戶，相應(yīng)軟件也是依照8用戶完成控制，如果需要擴(kuò)充用戶，軟件只需稍做變動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

用戶信息檢測(cè)內(nèi)容主要包含用戶摘掛機(jī)狀態(tài)檢測(cè)和對(duì)用戶撥號(hào)信息的檢測(cè)（識(shí)別撥號(hào)方式并進(jìn)行收號(hào)）。

4.1 用戶摘掛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)根據(jù)硬件電路的設(shè)置，用戶掛機(jī)狀態(tài)為高電平'1'，摘機(jī)狀態(tài)為低電平'0'。程序設(shè)定檢測(cè)確認(rèn)周期為200ms。為了避免由于干擾而引起的誤操作，在識(shí)別一個(gè)用戶是否有摘掛機(jī)動(dòng)作時(shí)判斷是否能連續(xù)25個(gè)周期（每一個(gè)基本周期為8ms）均能檢測(cè)到該用戶的同一狀態(tài)，如能夠檢測(cè)到是同一狀態(tài)則確定用戶動(dòng)作，并將檢測(cè)結(jié)果送至基本級(jí)程序分析處理（是否轉(zhuǎn)變用戶狀態(tài)由基本級(jí)程序分析處理）。由于每個(gè)用戶摘、掛機(jī)狀態(tài)只占用一個(gè)二進(jìn)制位，而每次只對(duì)一個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行檢測(cè)會(huì)大大降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，所以采用群處理的方法（每次對(duì)8個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果送至相應(yīng)存儲(chǔ)單元，然后等待基本級(jí)程序處理）。用戶摘掛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)使用96ms的基本時(shí)鐘周期，連續(xù)保持192ms（2個(gè)基本周期）同一狀態(tài)，CPU才進(jìn)行判斷處理（基本級(jí)完成）。由于硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)為8用戶，因此系統(tǒng)采用群處理方式對(duì)用戶進(jìn)行摘掛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)只需檢測(cè)一次。

4.2 撥號(hào)脈沖的識(shí)別與接收號(hào)盤(pán)話機(jī)送來(lái)?yè)芴?hào)信息的是脈沖信號(hào)，與用戶的摘掛機(jī)狀態(tài)一樣也是用戶線的斷、續(xù)狀態(tài)。因此這部分設(shè)計(jì)仍然使用判別用戶線狀態(tài)的方法來(lái)識(shí)別撥號(hào)脈沖。

4.3 雙音頻信號(hào)的識(shí)別在雙音頻話機(jī)號(hào)碼接收中，由于采用了單片濾波譯碼芯片MT8870，因此號(hào)碼的接收比較簡(jiǎn)單。MT8870芯片從DTMF信號(hào)輸入至檢測(cè)識(shí)別出其對(duì)應(yīng)的代碼的建立時(shí)間是40ms左右，因此，采用16ms周期對(duì)其進(jìn)行掃描（仍然使用8ms基本周期）。由于此種方式工作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，在此就不再詳細(xì)介紹。

值得說(shuō)明的是，在用戶摘機(jī)之初，時(shí)鐘級(jí)程序?qū)τ脩敉瑫r(shí)使用兩種撥號(hào)檢測(cè)方法同時(shí)進(jìn)行掃描，直到以一種方式接收到號(hào)碼之后，才停用另一種收號(hào)方式。由于硬件系統(tǒng)只提供了兩路雙音頻收號(hào)系統(tǒng)，因此，軟件程序就需要對(duì)收號(hào)資源進(jìn)行分配，這部分功能主要是由基本級(jí)程序?qū)崿F(xiàn)的。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，CPU對(duì)用戶狀態(tài)（信息）的檢測(cè)均是通過(guò)8ms的基本周期來(lái)完成的。用戶摘掛機(jī)狀態(tài)采用的是不間斷的掃描方式；其它信息的檢測(cè)是通過(guò)相應(yīng)的啟動(dòng)標(biāo)志來(lái)進(jìn)行控制，以達(dá)到對(duì)用戶的各種狀態(tài)在不同周期進(jìn)行定時(shí)掃描的目的。

[1]葉敏.程控?cái)?shù)字交換與交換網(wǎng)(第2版)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,1998年

[2]李文海,毛京麗,石方文.數(shù)字通信原理[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社,2001年