第4章-存储程序控制原理L

第4章数字程控交换的软件系统4.1程控交换软件系统概述4.2程控交换软件的操作系统4.3程控交换的应用软件4.4数字程控交换机的性能指标4.1程控交换软件系统概述程控交换软件的特点程控交换系统的一般结构实时性多任务高可靠性数据驱动型程序结构4.1.1程控交换软件的特点1.实时性•电路交换机要求能够实时收集外部发生的事件，且在限定的时间内完成。•交换机控制软件必须具有很强的实时操作性能,有严格的时间限制要求。程控交换的软件系统－－软件的特点2.多道程序运行•多个用户同时发出呼叫请求，通话、话终拆线、转移呼叫或其他操作。•要求交换机的控制系统能在同一时间执行多道程序，处理多项任务。程控交换的软件系统－－软件的特点3.可靠性(业务的不间断性)•典型的可靠性指标是99.98℅的正确呼叫处理•40年内系统中断运行时间不超过两小时。•这在许多方面影响运行软件的设计，特别是有关故障处理的程序、维护程序及在线扩容的程序等。4.数据驱动型程序结构处理程序采用数据驱动型程序结构，即根据一些参数查表来决定需要启动的程序。这种程序结构的优点是在处理策略发生变化时，控制程序的基本结构可以不变，只需修改表格中的数据即可。4.2程控交换机软件的的操作系统4.2.1操作系统的功能交换机的操作系统直接覆盖在裸机上，负责对系统中的所有软、硬件资源的调度与管理，为其他的软件模块提供一个虚拟机环境。程控交换系统是一个实时控制系统，要对随机发生的外部事件及时地做出响应，并进行处理，即能处理同时发生的大量呼叫，因此要求程控交换机的操作系统是一个实时多任务的操作系统。具体包括以下主要功能：4.2.1操作系统的功能（1）任务调度：按照优先级的不同为不同的程序分配处理机的机时。（2）输入/输出控制：控制交换机外设及数据存储器的输入输出操作。（3）系统资源的分配：为进程（正在进行中的处理过程）分配系统资源。（4）处理机间通信的管理与控制：为多处理机系统提供相互通信的平台，并进行控制。（5）系统运行的监测及出错处理。(6)时间服务等。除此之外，还有操作系统接口管理和初始化程序等。交换机操作系统功能较少，构成也要简单。下面只对任务的调度进行讨论。1.程序级别划分和任务程控交换系统中任务按紧急性和实时性的要求不同可分为三级：周期级：执行实时性要求高的程序，如各种扫描程序。故障级：级别最高，由于故障的发生是随机的，在发生故障时立即产生中断，调用故障处理程序。基本级：优先级别最低，执行实时性要求不高的程序，如维护和管理程序。为了确保时钟级程序的周期性执行，由作为外围设备的时钟计数电路(如CTC芯片)向处理机发出定时中断的请求，称为时钟中断。时钟中断周期一般在4ms至10ms之间。故障级和时钟级都是在中断中执行的.4.2.2程序的级别划分和调度（1）程序的级别划分如表2.1程序级别级别划分执行内容故障级FH级FM级FL级紧急处理处理机故障话路I/O子系统故障时钟级H级L级严格定时要求的处理严格定时性稍次的处理基本级BQ1BQ2BQ3内部处理外部处理维护处理表2.1程序级别的划分4.2.2程序的级别划分和调度在交换机正常运行时，只有周期级和基本级程序的交替执行（2）各级的任务程序级别划分和任务负责故障的识别与处理，具有最高优先级，在发生故障时产生故障中断，立即调用故障处理程序。①故障级程序的任务执行实时性要求严格的进程或其他要求定时执行的进程，如各种扫描程序都属于时钟级。比如时钟中断发生后，立即进入时钟级调度管理程序，确定本次时钟中断应调度哪些时钟级进程。时钟级进程的类型不同，周期不同，例如，10ms中断用来执行拨号脉冲扫描，即每隔10ms启动一次拨号脉冲识别程序，扫描用户线上有无拨号脉冲；②时钟级程序的任务程序级别划分和任务100ms中断用于摘/挂机扫描，即每隔100ms启动一次摘/挂机扫描程序，扫描用户是否挂机。故障级和时钟级都是在中断中执行的，时钟中断周期一般在4ms～l0ms之间。程序级别划分和任务基本级执行定时性要求不太严格的进程，基本级中的程序大部分没有周期性，而是按需执行，有任务就激活。正常情况下，只有时钟级和基本级交替执行。每当时钟中断到来时，就执行时钟级进程，执行完毕转入基本级的执行。③基本级程序的任务1.调度原则调度静态调度动态调度•把处理机时间等分为一组连续的时间片。所有程序都按其优先级在某一段时间内分配到若干块时间片。•方法简单，缺点是不能很好地反映系统中各任务的实时性情况。•完全按各程序的优先级来进行。•反映了各任务的实时性，处理机使用效率高。•但算法复杂。程序的调度2.程序的调度和执行过程程序的调度功能：实现系统并行处理，即调度合适的程序占用处理机。在整个工作软件系统中，几乎所有的应用程序(进程)都必须经过操作系统的调度才能占用处理机。（1）故障级程序的调度与处理2.程序的调度和执行过程交换机在正常情况下，每次时钟中断到来后，先依次执行时钟级任务，然后执行基本级任务，如此循环下去。但是程控交换机在长期的运行中总会发生故障，故障级常采用不可屏蔽的中断方式激活处理程序，一般不通过操作系统调度，由产生故障的资源直接向处理机发出不可屏蔽的中断请求，处理机在完整处理完一条指令后，马上响应该中断请求，进入故障处理级。而正在执行的其他低优先级的程序将被中断执行，如图4.2所示。不同级别的任务调度与处理•由图可见，每隔8ms产生一次中断，在第一个8ms中断周期内，处理机按周期级、基本级的顺序执行任务，执行完了以后，暂停并等待下一个中断的到来；•在第二个8ms周期内，先执行周期级任务，然后执行基本级任务，但基本级任务没有执行完就被中断了，进入第三个8ms周期。第三个周期没到8ms的时间，周期级任务没有执行完，就发生了故障，正在执行的任务很快被中断，程序转入故障处理级，进行故障的识别和处理，故障处理任务完成后，再返回执行周期级任务。故障级周期级基本级暂停8ms时钟中断时钟中断时钟中断8ms8ms（2）时钟级程序的调度（周期级调度）（1）故障级程序的调度与处理时钟级程序用于处理按一定周期执行的任务。时钟级程序通常用来发现外部事件，但不直接对事件进行处理，而是通过操作系统调度相关程序完成处理操作。即时钟中断发生后，进入时钟级调度管理程序，其任务是确定本次时钟中断应调度哪些时钟级进程。时钟级调度程序是由硬时钟中断方式启动的。在电路交换系统中，一般都设置一个系统时钟硬件定时器，它周期性的产生一个时钟中断，例如每隔4～10ms产生一个脉冲，经处理机的中断接口激活中断服务程序。中断服务程序保护当前更低优先级程序的执行断点，然后按照时钟级程序任务调度表调度执行相关处理程序。程序的级别划分和调度方法一：时间表调度法方法二：多级链表调度法时钟级程序的调度√时钟中断发生后，进入时钟级调度管理程序，其任务是确定本次时钟中断应调度那些程序。通常用时间表作为调度依据。时钟级程序的调度时钟级程序任务调度表（时间表）的组成•计数器•屏蔽表•时间表•程序入口地址表（转移表）时间表的构成：程控交换机的操作系统－－时钟级调度时间表的构成：时间计数器屏蔽表时间表转移表-程序入口地址表时钟级中断的周期是8ms96ms8ms96ms96ms96ms8ms16ms96ms①时间计数器•按每8ms中断并加1；•计数器的数值为96ms（时间表要执行的单元数12行,1行执行时间8ms，8×12＝96ms）；•清零，重新开始计数。时钟级程序调度过程程控交换机的操作系统－－时钟级调度时钟级中断的周期是8ms①时间计数器③时间表：是一个执行任务的调度表,它规定了时钟级程序的执行周期和执行时间.与转移表一起按规定调度各时钟级程序。②屏蔽表•可以提供附加控制，在程序执行时，时间表中的内容要与屏蔽表中相应位内容进行逻辑“与”，结果是1，则执行该程序，若结果是0，则不执行。这样，不改变时间表内容，灵活地改变屏蔽表来控制程序是否执行。96ms8ms96ms96ms96ms8ms16ms96ms④转移表（入口地址表）•表中的内容是各个程序的入口地址。•按照这个地址去调用相应的程序。程控交换机的操作系统－－时钟级调度时钟级中断的周期是8ms①此例时间表有12个单元（12行）每行有16列，即字长16位。•表中填“1”的位表示要执行相应的程序，其对应的程序地址由转移表提供；•填“0”或空白的位表示不执行相应的程序。②程序的最长执行周期为96m，所以时间表需有12个单元。96ms8ms96ms96ms96ms8ms16ms96ms程控交换机的操作系统－－时钟级调度时钟级中断的周期是8ms•用填“1”的位置来控制各个程序的执行周期。•每一行都有“1”说明每隔8ms执行一次；•如果隔一行有“1”，为16ms执行一次；•每隔11行有“1”的，为96ms执行一次。96ms8ms96ms96ms96ms8ms16ms96ms时间表的调用程序过程时间表控制流程图(3)基本级调度程控交换机的操作系统－－基本级调度基本级中的程序是按需执行，有任务就激活。可将需要执行的任务排队，同一级按先到先服务的原则调度执行。①基本级调度管理程序程控交换机的操作系统－－基本级调度②基本级队列处理程控交换机的操作系统－－基本级调度•基本级中的队列就是处理登记表的队列，是在发现处理要求的进程中登记的。•例如，用户扫描发现用户呼出，就登记呼出事件处理登记表。•对应于先到先处理的原则，可将登记表构成先进先出的链形队列，或称为FIFO链。程控交换机的操作系统－－基本级调度队首指示字HP指明排在最前的登记表的首地址,据此可查到第一张表。每张登记表除去应登记的各种数据以外，还有下一张表的首地址，故一直可找到最后一张表(地址栏内填0)。在处理时应先取第一张表，依据是队首指示字。当新的表格进入链队时应排在队尾，故应另设队尾指示字TP，指明排在队尾的登记表的首址。先进先出的链形队列4.3程控交换机的应用软件程控交换机的应用软件包括•呼叫处理程序•OAM程序（操作、维护和管理）•数据库系统呼叫处理程序是整个呼叫过程的控制软件，主要完成：1.呼叫处理软件•呼叫连接的建立•连接的释放•业务流程的控制(1)用户数据和局数据的操作和管理。(2)测试、告警、故障诊断及处理。(3)动态监视、话务统计及计费管理。(4)过负荷控制等。呼叫处理软件2.OAM软件OAM软件的功能：程控交换机在进行呼叫处理和操作维护管理过程中，会使用和生成大量的数据，这些数据包括：呼叫处理软件3.数据库系统•系统数据•用户数据•局数据数据库系统1.系统数据•与交换机的硬件体系结构和软件程序有关，不随交换局的应用环境而变化，不同的电话局若采用同一类型的交换系统，它们的系统数据是相同的。2.用户数据用户数据和局数据随着交换机的应用环境和开局条件的不同而不同，主要包括：用户类别：住宅用户、公用电话用户、PABX用户、传真用户等话机类别：PULSE（脉冲）话机、DTMF话机用户状态：空闲、忙、测试、阻塞等限制情况：呼出限制、呼入限制等呼叫权限：本局呼叫、本地呼叫、国内长途、国际长途等计费类别：定期、立即、免费等用户数据优先级：普通用户、优先用户。使用新业务权限：表示用户是否有权使用呼叫转移、会议电话、三方通话、呼叫等待、热线电话、闹钟服务等新业务。新业务登记的数据：闹钟时间、转移号码、热线号码等。用户号码：用户电话薄号码、用户设备号等呼叫过程中的动态数据：呼叫状态、时隙、收号器号、所收号码、各种计数值等用户数据交换机硬件配置情况：用户端口数、出/入中继线数、DTMF收号器数、MFC收发器数、信令链路数等各种号码：本地网编号及其号长、局号、应收号码、信令点编码路由设置情况：局向、路由数计费数据：呼叫详细话单（CDR）等统计数据：话务量、呼损、呼叫情况等交换机类别：C1~C5，C5又分为市话端局、长市合一等复原方式：主叫控制、被叫控制、互不控制3.局数据主要包括：①交换机检测到用户A摘机状态②调查用户A的类别(1)主叫用户A摘机呼叫是同线电话一般电话投币电话机小交换机等③调查话机类别是按钮话机号盘话