軟件系統(tǒng)時鐘級程序的設(shè)計

于雪

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

1 引言

程控交換機軟件是一種實時性、并發(fā)性很強的軟件，其程序復(fù)雜性大，調(diào)試困難。由于交換機業(yè)務(wù)功能很多，彼此之間關(guān)系密切，給交換機軟件的設(shè)計帶來了很大的困難，因此選擇合理的軟件結(jié)構(gòu)是整個交換機軟件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵所在。程控交換機在電力系統(tǒng)中有著極其重要的作用，特別是小門數(shù)程控交換機有著較好的市場前景。由于電力系統(tǒng)對程控交換設(shè)備的要求很高，主要要求通信電路具有穩(wěn)定可靠、暢通無阻、實時性強、接續(xù)速度快、調(diào)度功能完善等特點。

程控數(shù)字交換機是現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)與大規(guī)模集成電路(LSI)有機結(jié)合的產(chǎn)物。先進的硬件與日臻完美的軟件綜合于一體，賦予程控交換機以眾多的功能和特點，使它與機電交換機相比，有以下優(yōu)點：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，維護方便。⑷便于采用新型共路信號方式。⑸易于與數(shù)字終端，數(shù)字傳輸系統(tǒng)連接，實現(xiàn)數(shù)字終端、傳輸與交換的綜合與統(tǒng)一。

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

2 程控交換軟件的基本特點

程控交換軟件的基本特點是：實時性強、具有并發(fā)性、適應(yīng)性強、可靠性和可維護性要求高。

2.1 實時性在正常情況下對實時性要求最為嚴格的是信號接收及信號處理程序（微秒、毫秒級），相對而言對實時性要求最低的是運行管理程序（秒級）。

2.2 并發(fā)性和多道程序運行并發(fā)性就是在同一時間段內(nèi)CPU運行多道程序。采用多道程序運行方式可以使CPU在一段時間內(nèi)保持若干進程處于激活狀態(tài)。不同用戶啟動的呼叫處理進程可使用相同的處理代碼，各進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是99.8%的正確呼叫處理和40年內(nèi)系統(tǒng)中斷運行時間不超過2小時。提高可靠性的措施有：⑴對關(guān)鍵設(shè)備（如控制系統(tǒng)、交換網(wǎng)絡(luò)）采用冗余配置；⑵采用各種措施及時發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)的錯誤，如為軟件故障，則采用程序段的重新執(zhí)行或再啟動，予以恢復(fù)。

2.4 適應(yīng)性的要求⑴為使之能適應(yīng)不同交換局對交換機的具體要求，在交換機的軟件設(shè)計中采用參數(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可用局數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)來適應(yīng)不同的局條件。

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

3 軟件系統(tǒng)優(yōu)先級介紹

軟件系統(tǒng)的優(yōu)先級分為：中斷級、時鐘級、基本級。

3.1 中斷級程序

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

3.2 時鐘級程序

⑴時鐘級程序主要用來發(fā)現(xiàn)外部出現(xiàn)的事件，時鐘級程序?qū)τ诎l(fā)現(xiàn)的事件不進行處理，而是將其送入不同的優(yōu)先級隊列等待基本級程序處理；⑵時鐘級程序由時鐘調(diào)度程序調(diào)度執(zhí)行，而時鐘調(diào)度程序是由時鐘中斷啟動的。

3.3 基本級程序

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

4 時鐘級程序的設(shè)計

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

本文完成的是系統(tǒng)軟件時鐘級程序的設(shè)計，主要包括對外部事件的檢測（摘掛機識別、雙音頻撥號的識別或撥號脈沖識別）和對服務(wù)信號（忙音、回鈴音和振鈴信號）的時鐘通斷控制。各種檢測方式的時鐘周期為：摘掛機識別200ms；雙音頻撥號識別16ms；撥號脈沖識別8ms;位間隔識別96ms。各種檢測方式均使用基本時鐘周期8ms，這樣設(shè)計可以大大提高系統(tǒng)的使用效率。檢測結(jié)果直接送至基本級程序進行分析處理。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，如果需要擴充用戶，軟件只需稍做變動即可實現(xiàn)相關(guān)功能。

用戶信息檢測內(nèi)容主要包含用戶摘掛機狀態(tài)檢測和對用戶撥號信息的檢測（識別撥號方式并進行收號）。

4.1 用戶摘掛機狀態(tài)的檢測根據(jù)硬件電路的設(shè)置，用戶掛機狀態(tài)為高電平'1'，摘機狀態(tài)為低電平'0'。程序設(shè)定檢測確認周期為200ms。為了避免由于干擾而引起的誤操作，在識別一個用戶是否有摘掛機動作時判斷是否能連續(xù)25個周期（每一個基本周期為8ms）均能檢測到該用戶的同一狀態(tài)，如能夠檢測到是同一狀態(tài)則確定用戶動作，并將檢測結(jié)果送至基本級程序分析處理（是否轉(zhuǎn)變用戶狀態(tài)由基本級程序分析處理）。由于每個用戶摘、掛機狀態(tài)只占用一個二進制位，而每次只對一個二進制位進行檢測會大大降低系統(tǒng)運行效率，所以采用群處理的方法（每次對8個用戶同時進行檢測，檢測結(jié)果送至相應(yīng)存儲單元，然后等待基本級程序處理）。用戶摘掛機狀態(tài)的檢測使用96ms的基本時鐘周期，連續(xù)保持192ms（2個基本周期）同一狀態(tài)，CPU才進行判斷處理（基本級完成）。由于硬件設(shè)計系統(tǒng)為8用戶，因此系統(tǒng)采用群處理方式對用戶進行摘掛機狀態(tài)的檢測只需檢測一次。

4.2 撥號脈沖的識別與接收號盤話機送來撥號信息的是脈沖信號，與用戶的摘掛機狀態(tài)一樣也是用戶線的斷、續(xù)狀態(tài)。因此這部分設(shè)計仍然使用判別用戶線狀態(tài)的方法來識別撥號脈沖。

4.3 雙音頻信號的識別在雙音頻話機號碼接收中，由于采用了單片濾波譯碼芯片MT8870，因此號碼的接收比較簡單。MT8870芯片從DTMF信號輸入至檢測識別出其對應(yīng)的代碼的建立時間是40ms左右，因此，采用16ms周期對其進行掃描（仍然使用8ms基本周期）。由于此種方式工作過程比較簡單，在此就不再詳細介紹。

值得說明的是，在用戶摘機之初，時鐘級程序?qū)τ脩敉瑫r使用兩種撥號檢測方法同時進行掃描，直到以一種方式接收到號碼之后，才停用另一種收號方式。由于硬件系統(tǒng)只提供了兩路雙音頻收號系統(tǒng)，因此，軟件程序就需要對收號資源進行分配，這部分功能主要是由基本級程序?qū)崿F(xiàn)的。

5 結(jié)束語

綜上所述，CPU對用戶狀態(tài)（信息）的檢測均是通過8ms的基本周期來完成的。用戶摘掛機狀態(tài)采用的是不間斷的掃描方式；其它信息的檢測是通過相應(yīng)的啟動標志來進行控制，以達到對用戶的各種狀態(tài)在不同周期進行定時掃描的目的。

[1]葉敏.程控數(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:中國人民大學(xué)出版社,2001年