基于多级处理器的DCS系统动态分层通信方法及系统与流程

基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法及系统
技术领域
1.本发明涉及核电厂安全级数字化控制技术领域，尤其涉及一种基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法及系统。


背景技术：

2.核电厂专用安全级仪控系统（dcs）提供对核电厂偏离正常运行工况的监测，同时驱动相应的安全功能以使电厂安全停闭并维持安全状态，从而保证在事故情况下反应堆、核电厂设备、人员和环境的安全。
3.核电厂中反应堆工况检测装置繁多，反应堆分布式控制系统需要对所有的运行参数进行检测并随时上报，因此系统站内、站间通信数据量大。功能卡作为信号处理最小的功能单元，也是dcs中数据使用最为密集的单元。目前多数的节点卡是基于多级处理器架构设计的，如双芯、三芯甚至四芯架构。在这种多芯片架构中，处理核心之间通常有明确的任务分工，数据处理也是有明显的层次结构，例如上级处理器承担信号分析、数据产生及运算功能，下级处理器承担数据处理功能，底层处理器负责底层数据传输功能等。这种多级架构有助于提高单个功能节点的整体性能，但存在由于单个处理器突发任务增加从而降低整体节点的交互通信效率的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法及系统，通过这种方法，dcs系统的各节点中的多级处理器根据相邻处理器的处理性能指标进行判断，动态调整各自所承担的通信任务，有效的解决了因为单个处理器的性能下降导致通信质量降低的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法，包括以下步骤：获取多级处理器中多个处理器的性能指标；获取性能指标差值d，所述性能指标差值d为任意两个存在业务交互的所述处理器的性能指标之差；在所述性能指标差值d大于或等于阈值d时，对应存在业务交互的两个所述处理器中，性能指标高的处理器按照网络模型中的层次优先级执行处理性能指标低的所述处理器的至少一个功能，性能指标低的处理器停止执行对应功能。
6.在多级处理器架构中，处理核心之间通常有明确的任务分工，数据处理也是有明显的层次结构，例如上级处理器承担信号分析、数据产生及运算功能，下级处理器承担数据处理功能，底层处理器负责底层数据传输功能等，由于各级处理器分工合作，有助于提高单个功能节点的整体性能。但是存在由于单个处理器突发任务增加从而降低整体节点的交互通信效率的问题。基于此，本技术提供了一种基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法，通过对存在业务交互的处理器之间增加处理性能状态信息的交互，当其中一个处理器
（为便于后续描述，下文称之为处理器1）的处理性能下降时，而另外一个处理器（为便于后续描述，下文称之为处理器2）仍有较多处理器资源可使用时，处理器2便代为处理处理器1中的某些数据或代为实现处理器1的某些功能，从而使得处理器1可以释放出更多资源给其他任务，避免因处理器1的处理性能下降而降低整体节点的交互通信效率。
7.优选地，获取所述处理器的性能指标包括以下步骤：处理器每间隔时间周期t执行一次测试程序；记录所述处理器执行完所述测试程序的执行时间；根据所述执行时间从性能指标表中获取所述处理器的性能指标。
8.优选地，所述性能指标表包括多个性能指标值，且任意一个性能指标值对应一个执行时间范围。
9.优选地，获取性能指标差值d包括以下步骤：判断任意两个所述处理器是否存在业务交互；在两个所述处理器存在业务交互时，计算两个所述处理器的性能指标差值，并求取绝对值，得到所述性能指标差值d。
10.优选地，所述性能指标高的处理器按照网络模型中的层次优先级执行处理性能指标低的所述处理器的至少一个功能包括以下步骤：步骤1：获取所述性能指标低的所述处理器中的层次优先级关系；步骤2：关闭性能指标低的所述处理器最高层次优先级所对应的功能，同时开启性能指标高的所述处理器中的对应功能；步骤3：获取性能指标低的所述处理器和性能指标高的所述处理器的性能指标差值d；步骤4：在所述性能指标差值d大于或等于阈值d时，重复步骤1
‑
步骤3。
11.基于多级处理器的dcs系统动态分层通信系统，包括第一获取模块，第二获取模块以及控制模块；所述第一获取模块，用于获取多级处理器中多个处理器的性能指标；所述第二获取模块，用于获取性能指标差值d，所述性能指标差值d为任意两个存在业务交互的所述处理器的性能指标之差；所述控制模块，用于在所述性能指标差值d大于或等于阈值d时，控制对应存在业务交互的两个所述处理器中，性能指标高的处理器按照网络模型中的层次优先级执行处理性能指标低的所述处理器的至少一个功能，性能指标低的处理器停止执行对应功能。
12.优选地，所述第一获取模块包括执行单元、记录单元、获取单元和存储单元；所述存储单元，用于存储测试程序和性能指标表；所述执行单元，用于控制所述处理器每间隔时间周期t执行一次所述测试程序；所述记录单元，用于记录所述处理器执行完所述测试程序的执行时间；所述获取单元，用于根据所述执行时间从所述性能指标表中获取所述处理器的性能指标。
13.优选地，所述性能指标表包括多个性能指标值，且任意一个性能指标值对应一个执行时间范围。
14.优选地，所述第二获取模块包括判断单元和计算单元；
所述判断单元，用于判断任意两个所述处理器是否存在业务交互；所述计算单元，用于在两个所述处理器存在业务交互时，计算两个所述处理器的性能指标差值，并求取绝对值，得到所述性能指标差值d。
15.优选地，所述控制模块包括判断子单元、获取子单元、控制子单元以及循环判断单元；所述判断子单元，用于判断所述性能指标差值d是否大于或等于阈值d；所述获取子单元，用于在所述性能指标差值d大于或等于阈值d时，获取所述性能指标低的所述处理器中的层次优先级关系；所述控制子单元，用于关闭性能指标低的所述处理器最高层次优先级所对应的功能，同时开启性能指标高的所述处理器中的对应功能；所述循环判断单元，用于获取性能指标低的所述处理器和性能指标高的所述处理器的性能指标差值d，并在所述性能指标差值d大于或等于阈值d时，返回至所述获取子单元。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：采用多级处理器协同工作进行数据处理及传输，即各级处理器之间动态分配通信的协议层，可以有效的缓解在多级处理器架构的节点中，由于单个处理器性能下降导致的整体通信质量降低的问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明两级处理器结构节点中默认通信分层示意图；图2 为本发明上层处理器性能下降情况下的通信分层示意图。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
19.实施例1本实施例提供了一种基于多级处理器的dcs系统动态分层通信方法，包括以下步骤：获取多级处理器中多个处理器的性能指标；单个处理器的性能指标获取方法为：定期让处理器执行一段同样的测试程序，并记录该程序执行完成的时间，并根据该执行时间从性能指标表中获取处理器的性能指标。由于处理器执行测试程序的时间长短受处理器的资源使用率、功耗以及温度等影响，因此，通过该执行时间可以反应当前处理器的处理性能。
20.其中，本实施例所说的性能指标表包括多个性能指标值，且任意一个性能指标值对应一个执行时间范围。例如，某性能指标值为90，其对应的执行时间范围为0.01s
‑
0.1s，当某处理器的执行时间落在0.01s
‑
0.1s这一范围内时，则该处理器的性能指标值为90。
21.获取性能指标差值d，性能指标差值d为任意两个存在业务交互的处理器的性能指标之差；具体地，包括：判断任意两个处理器是否存在业务交互；在两个处理器存在业务交互时，计算两个处理器的性能指标差值，并求取绝对值，得到性能指标差值d。
22.由于本方案的原理为：当处理器1的处理性能下降，而处理器2仍有较多处理器资源可使用时，处理器2便代为处理处理器1中的某些数据或代为实现处理器1的某些功能，从而使得处理器1可以释放出更多资源给其他任务，由于处理器2是代为处理某些数据或功能，处理结果可能作为处理器1其他处理部分的输入，因此，处理器2在处理完相应的数据或功能后，需要将处理结果反馈至处理器1，所以处理器1和处理器2之间一定是要存在业务交互的，否则，处理器2便无法将处理结果反馈至处理器1。
23.在性能指标差值d大于或等于阈值d时，对应存在业务交互的两个处理器中，性能指标高的处理器按照网络模型中的层次优先级执行处理性能指标低的处理器的至少一个功能，性能指标低的处理器停止执行对应功能；具体地，包括：步骤1：获取性能指标低的处理器中的层次优先级关系；其中，本实施例所说的性能指标低的处理器中的层次优先级关系是指：性能指标低的处理器在使用的层次优先级关系，例如性能指标低的处理器同时具有传输层、网络层、链路层以及物理层，但是在使用的只有网络层和链路层，若链路层的优先级大于网络层的优先级，则优先处理链路层；作为一种优选的实施方式，本实施例优先级从高到低的分布为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层以及应用层。
24.步骤2：关闭性能指标低的处理器最高层次优先级所对应的功能，同时开启性能指标高的处理器中的对应功能；从而使得性能指标高的处理器可以代为执行性能指标低的处理器的部分功能；步骤3：获取性能指标低的处理器和性能指标高的处理器的性能指标差值d；步骤4：在性能指标差值d大于或等于阈值d时，重复步骤1
‑
步骤3。
25.在本方案中，在判断是否需要用处理器2代为执行处理器1的部分功能时，并不是单独将单个处理器的性能与阈值进行比较，并在大于阈值时进行切换。而是通过将两个处理器性能的差值与阈值作比较，并在大于阈值时进行切换。因为在具体使用过程中，存在处理器1和处理器2的性能指标都超过阈值，且处理器1超出阈值较多，处理器2超出阈值较少的情况，若采用将单个处理器的性能与阈值进行比较，并在大于阈值时进行切换的方法时，则处理器1和处理器2无法进行切换，由于此时处理器1的处理性能极低，会严重降低整体节点的交互通信效率；若采用本技术提供的技术方案时，虽然两个处理器的性能指标都超出阈值了，但是两个处理器的性能指标差值d可能大于阈值d，因此，可进行处理器之间的切换，从而减少处理器1的负荷，提升处理器1的处理效率。
26.实施例2本实施例提供了一种基于多级处理器的dcs系统动态分层通信系统，包括第一获
取模块，第二获取模块以及控制模块；第一获取模块，用于获取多级处理器中多个处理器的性能指标；具体地，本实施例中的第一获取模块包括执行单元、记录单元、获取单元和存储单元；存储单元，用于存储测试程序和性能指标表；执行单元，用于控制处理器每间隔时间周期t执行一次测试程序；记录单元，用于记录处理器执行完测试程序的执行时间；获取单元，用于根据执行时间从性能指标表中获取处理器的性能指标；其中，性能指标表包括多个性能指标值，且任意一个性能指标值对应一个执行时间范围。
27.由于处理器执行测试程序的时间长短受处理器的资源使用率、功耗以及温度等影响，因此，通过该执行时间可以反应当前处理器的处理性能。此外，本实施例所说的性能指标表包括多个性能指标值，且任意一个性能指标值对应一个执行时间范围。例如，某性能指标值为90，其对应的执行时间范围为0.01s
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0.1s，当某处理器的执行时间落在0.01s
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0.1s这一范围内时，则该处理器的性能指标值为90。
28.第二获取模块，用于获取性能指标差值d，性能指标差值d为任意两个存在业务交互的处理器的性能指标之差；具体地，本实施例中的第二获取模块包括判断单元和计算单元；判断单元，用于判断任意两个处理器是否存在业务交互；计算单元，用于在两个处理器存在业务交互时，计算两个处理器的性能指标差值，并求取绝对值，得到性能指标差值d。
29.由于本方案的原理为：当处理器1的处理性能下降，而处理器2仍有较多处理器资源可使用时，处理器2便代为处理处理器1中的某些数据或代为实现处理器1的某些功能，从而使得处理器1可以释放出更多资源给其他任务，由于处理器2是代为处理某些数据或功能，处理结果可能作为处理器1其他处理部分的输入，因此，处理器2在处理完相应的数据或功能后，需要将处理结果反馈至处理器1，所以处理器1和处理器2之间一定是要存在业务交互的，否则，处理器2便无法将处理结果反馈至处理器1。
30.控制模块，用于在性能指标差值d大于或等于阈值d时，控制对应存在业务交互的两个处理器中，性能指标高的处理器按照网络模型中的层次优先级执行处理性能指标低的处理器的至少一个功能，性能指标低的处理器停止执行对应功能。
31.具体地，本实施例中的所述控制模块包括判断子单元、获取子单元、控制子单元以及循环判断单元；判断子单元，用于判断性能指标差值d是否大于或等于阈值d；获取子单元，用于在性能指标差值d大于或等于阈值d时，获取性能指标低的处理器中的层次优先级关系；控制子单元，用于关闭性能指标低的处理器最高层次优先级所对应的功能，同时开启性能指标高的处理器中的对应功能；循环判断单元，用于获取性能指标低的处理器和性能指标高的处理器的性能指标
差值d，并在性能指标差值d大于或等于阈值d时，返回至获取子单元。
32.在本方案中，在判断是否需要用处理器2代为执行处理器1的部分功能时，并不是单独将单个处理器的性能与阈值进行比较，并在大于阈值时进行切换。而是通过将两个处理器性能的差值与阈值作比较，并在大于阈值时进行切换。因为在具体使用过程中，存在处理器1和处理器2的性能指标都超过阈值，且处理器1超出阈值较多，处理器2超出阈值较少的情况，若采用将单个处理器的性能与阈值进行比较，并在大于阈值时进行切换的方法时，则处理器1和处理器2无法进行切换，由于此时处理器1的处理性能极低，会严重降低整体节点的交互通信效率；若采用本技术提供的技术方案时，虽然两个处理器的性能指标都超出阈值了，但是两个处理器的性能指标差值d可能大于阈值d，因此，可进行处理器之间的切换，从而减少处理器1的负荷，提升处理器1的处理效率。
33.为便于理解，以下对本方案做进一步说明：在通用的通信协议层次结构中，自下而上有物理层、数据链路层、校验层以及应用层。节点卡设计采用两级处理器架构实现，下级处理器默认运行数据链路层协议功能，上级处理器默认运行校验层和应用层协议功能，如图1所示。
34.使用过程中计算上层处理器和下层处理器的性能指标差值d并和阈值比较，当发现上层处理器的处理性能下降，而下层处理器仍有较多处理器资源可使用时，由于校验层的层次优先级大于应用层的层次优先级，因此下层处理器立刻启动校验层功能模块，同时通知上层处理器停止校验层功能，从而使得上层处理器可以释放出更多资源给其他任务，避免上层处理器因为突发任务增加导致的处理性能下降，进而造成应用层和校验层功能受到影响并进一步降低通信质量的情况发生，如图2。持续监测性能指标差值d与阈值的大小，并在性能指标差值d小于阈值时，恢复成原始状态，即图1所示的状态。
35.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。