DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 04.11.2009

Материалы

загрузка...

Разработка архитектуры систем управления лазерными устройствами вывода графической информации с использованием методов параллельного доступа к данным

Слуев Владимир Александрович, 04.11.2009

 

P –длина строки; m и n –координаты центрального элемента.

Рис. 3. Буферное запоминающее устройство с произвольной

выборкой двумерного фрагмента

В предлагаемом буферном запоминающем устройстве элементы двумерного массива распределены по шестнадцати модулям памяти в соответствии с функцией распределения

Адреса элементов массива в модулях памяти определяются формулой

, будут находиться в разных модулях памяти. Адресные функции для параллельного доступа к фрагменту, естественно, вытекают из (2) и (3) и

– размерность массива данных, хранящегося в БД буферного запоминающего устройства. Разрядность шины полного адреса памяти двумерного фрагмента (1) можно представить выражением

двоичных разрядов. Ввиду того, что в БД осуществляется выборка фрагмента с переходом через границы сегмента, в состав адресной шины БД входят также разряды m0, m1, n0, n1. Элементы фрагмента (1) могут находиться в одном, двух или четырех сегментах. С целью параллельной проверки на предмет наличия или отсутствия требуемых сегментов в БД, в БА организована двумерная выборка фрагмента 2х2 элемента вида

Адресные функции для параллельного доступа к фрагменту имеют вид

. Так же, как и в памяти данных, использование функции (6) приводит к зависимости порядка расположения выходных данных модулей памяти A0, A1, A2 и A3 от адреса извлекаемых сегментов. Однако в отличие от схемы перестановки данных, используемой в БД, корректировке подвергается порядок следования флагов сравнения данных в модулях памяти и старших разрядов адресов сегментов, генерируемых соответствующими адресными сумматорами. Блок, реализующий функцию перестановки флагов сравнения, представляет собой двухкаскадный циклический сдвигатель. Первый каскад осуществляет циклический сдвиг внутри двух групп флагов сравнения (по два в каждой группе) и управляется разрядом n2 полного адреса памяти, второй каскад осуществляет циклический сдвиг самих групп флагов и управляется разрядом m2 полного адреса памяти.

находится в центральном сегменте 5. Из рисунка видно, что при m1=0 и n1=0 элементы фрагмента (1) могут находиться в сегментах 1, 2, 4, 5; при m1=1, n1=0 — в сегментах 4, 5, 7, 8; при m1=1, n1=1 — в сегментах 5, 6, 8, 9. Для выборки из БА данных о требуемых сегментах в адресные функции каждого модуля памяти введены разряды m1 и n1. Адресные функции для модулей памяти БА принимают вид

где A0, A1, A2 и A3 — номера модулей памяти.

Рис. 4. Сегменты двумерной матрицы данных

На рисунке 4б изображены четыре сегмента двумерной матрицы данных, обозначенные цифрами 1 – 4, в которых могут находиться элементы фрагмента (1) с учетом модифицированных адресных функций (7). Внутренний квадрат ограничивает местоположение центрального элемента amn, внешний – границы фрагмента (1) при изменении положения amn в заданных пределах. В зависимости от положения центрального элемента amn требуется загрузка различного количества сегментов, что задается разрядами m0, m1, n0, n1. Для сегментов с номерами 1 – 4 определяются четыре логические функции F1, F2, F3 и F4. Единичное значение функции означает, что сегмент должен быть загружен.

Далее в третьей главе проведен анализ систем организации памяти с параллельным доступом к элементам двумерного, а также многомерного массива данных. Рассмотрена модель памяти, предназначенная для хранения произвольного набора конечномерных массивов. При этом в предлагаемой модели возможно осуществление параллельного доступа к сечениям, выделяемым в массивах фиксацией одной из координат, и большому набору многомерных параллелепипедов, являющихся подмассивами исходных массивов. Предположим, что имеется N модулей памяти. Каждый такой модуль имеет адресную шину, шину данных и линию для передачи управляющего сигнала чтения/записи. Считаем, что емкость всех модулей одна и та же и равна K.

Рис. 5. Устройство памяти с параллельным доступом к данным

Пространством памяти назовем массив P = A(N, K). Устройство доступа состоит из двух блоков представленных на рис. 5. Первый блок формирует адреса в соответствии с функцией распределения данных по модулям памяти a*[S]. Все они вводятся одновременно, каждый в свой модуль. На выходе формируется сегмент с данными, расположение которых изменено использованием функции a*[S]. Второй блок производит необходимую коррекцию полученных данных, производя их перестановку. Коррекция также должна выполняться параллельно. При записи, коррекция производится перед записью, а при чтении, после чтения. Здесь Mi — модули памяти, A — устройство вычисления адресов, C — корректор, DR — регистр данных. По шине Input вводятся адрес сегмента S и сигнал чтения/записи. По шинам 1, 2,… , N поступают адреса a*[S](1),.., a*[S](N) элементов сегмента.

Глава 4. Реализация разработанных методов в управлении лазерными технологическими установками

В четвертой главе представлены четыре системы, в которых использованы результаты работ представленных в предыдущих главах. Вначале описывается лазерная растровая система высокого разрешения, и ее технические характеристики для модели с форматом 600х800мм2. Система создана с механизмом сканирования на основе внешнего барабана, обеспечивающего характеристики вывода, необходимые для получения большеформатных фотооригиналов, удовлетворяющих требованиям современного производственного процесса: формат 500х600 мм2, разрешающая способность до 5080 т/дюйм, точность построения изображения 15-20 мкм по всему полю, время вывода полного формата 6 минут. В соответствии со структурой аппаратных средств, рассмотренной во второй главе, в состав системы входят базовый блок с микроконтроллером, модуль буферной памяти, модуль синхронизации, адаптер синхронного канала, блок подготовки данных. Более чем пятилетний опыт работы устройств в типографиях и на участках печатных плат заказчиков показал высокую надежность подобных устройств. Далее представлена система лазерной маркировки встроенная в конвейерную линию фирмы «Clemens», установленная на ОАО "Барнаульский ликероводочный завод". Скорость маркировки изделий - до 6000 изделий в час, размер зоны маркировки - 15х15 мм, положение маркировки - на этикетке или на стекле по выбору заказчика, минимальная толщина линий рисунка - 25 мкм, скорость прорисовки линий /векторов - 1000/сек. Применение предложенного способа маркировки (Патент № 2146200) существенно повышает защищенность изделия от несанкционированного копирования. Следующей описана система управления устройством лазерной маркировки изделий инструментального машиностроительного производства. Особенностью данной системы является то, что для динамического формирования изображений на цилиндрических поверхностях предложен метод многостраничной записи с учетом движения объекта. В комплексе также как и в предыдущей системе реализованы средства для создания защитной лазерной маркировки с использованием многоуровнего режима лазерной записи. Далее представлено лазерное гравировальное устройство с плоским полем регистрации, управляющий контроллер которого выполнен в виде двух логически независимых узлов - первый для управления данными и модуляцией мощности лазера и второй для управления движением исполнительных механизмов, обеспечивающих развертку лазерного луча в соответствии идеологией, описанной в главе 2 диссертации.

Заключение

В Заключении кратко сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты работы

1. Рассмотрены системы управления растровыми лазерными устройствами вывода высокого разрешения и точности. Определены функциональные элементы растровых систем, технические требования к электронным блокам лазерных растровых систем высокого разрешения большого формата. Показано, что использование многопортовой памяти в контроллерах ввода-вывода изображений большого формата увеличивает производительность системы. Выделен набор функций контроллера управления растровыми лазерными устройствами вывода, определен список базовых команд.

2. Определена структура аппаратных средств управления лазерными растровыми системами высокого разрешения большого формата, включающая в себя блок подготовки данных, базовый системный модуль, модуль буферной памяти, модуль синхронизации. Определена структура каждого модуля. В модуле буферной памяти для повышения быстродействия использован метод параллельной выборки данных. Показано: использование специальной функции распределения данных по модулям памяти позволяет извлекать данные столбцов и строк параллельно, что увеличивает производительность. Рассмотрены основные режимы вывода изображений высокого разрешения большого формата. Показано, что несмотря на различия в управлении при растровой и векторной записи, можно создать универсальную структуру управления удовлетворяющую требованиям обоих режимов.

3. Исследованы возможности параллельного доступа к различным сегментам двумерной структуры данных. Определена структура буферного запоминающего устройства с произвольным доступом к двумерному фрагменту, использование которой позволяет увеличить производительность систем обработки двумерных данных. Разработанное устройство буферной памяти с произвольной выборкой двумерного фрагмента позволило осуществить параллельный доступ к фрагменту двумерной матрицы данных размером 4х4, что увеличило производительность систем ввода-вывода и обработки двумерных данных. Применение предложенных специальных функций распределения элементов фрагмента по модулям памяти в Модуле буферной памяти структуры аппаратных средств управления лазерными растровыми системами высокого разрешения большого формата позволило осуществить параллельную выборку данных “cтрок” при чтении и “столбцов” при записи информации, что повысило скорость ввода-вывода изображений.

4. На основе предложенной структуры аппаратных средств при непосредственном участии автора созданы ряд систем управления лазерными растровыми устройствами высокого разрешения, устройствами лазерной маркировки, устройствами лазерной гравировки, а также процессор коррекции геометрических искажений изображений, в котором были использованы методы параллельного доступа к двумерным данным. Приведены технические характеристики разработанных устройств. Показано, что применение предложенного запатентованного способа маркировки существенно повышает защищенность изделия от несанкционированного копирования.

5. Предложен и реализован на аппаратно-программном уровне метод защиты изделий от несанкционированного копирования на основе технологии лазерной многоуровневой записи, повышающий информационную емкость маркировки.

Основные публикации по теме диссертации

Слуев, В.А. Контроллер-интерфейс на базе 16-разрядного микропроцессора, управляющий вводом-выводом изображений в ЭВМ / А.М. Остапенко, В.А. Слуев // Автометрия. 1983. № 4. С. 7–12.

Слуев, В.А. Двумерная КЭШ-память / В.А. Слуев // ХIХ Всесоюзная школа по автоматизации научных исследований: тез. докл. Новосибирск, 1985.

Слуев, В.А. Моделирующий комплекс для цифровой обработки дискретизированных изображений / К. Бенинг, В.С. Киричук, В.А. Слуев и др. // ХIХ Всесоюзная школа по автоматизации научных исследований: тез. докл. Новосибирск, 1985.

Слуев, В.А. Некоторые методы организации памяти параллельных компьютеров / Ф.А. Мурзин, В.А. Слуев // Препринт № 19-85. Институт теоретической и прикладной механики. Новосибирск, 1985.

Слуев, В.А. Структура процессора полиномиального преобразования координат / В.А. Слуев // Вопросы оборонной техники. Научно-технический сборник. Серия 17. Выпуск 2 (14). М., 1987. С. 31–35.

Слуев, В.А. Организация памяти параллельных компьютеров, ориентированных на вычислительные методы механики и методы обработки изображений / Ф.А. Мурзин, В.А. Слуев // Школа-семинар Социалистических стран "Вычислительная аэрогидромеханика". Научный совет АН СССР по проблеме "Кибернетика". Самарканд, 1988. C. 313-316.

Слуев, В.А. Буферное запоминающее устройство с произвольной выборкой двумерного фрагмента / В.А. Слуев // Авторское свидетельство № 1444784. Госкомитет СССР по делам открытий и изобретений. 1988.

Sluev, V.A. A Memory Organization for Parallel Computers / F.A. Murzin, V.A. Sluev // New Generation Computing, OHMSHA, LTD and Springer-Verlag. 1988. N6. C. 3-18.

Слуев, В.А. Конвейерное буферное запоминающее устройство для систем обработки изображений / В.А. Слуев // Авторское свидетельство № 1751769. Госкомитет СССР по делам открытий и изобретений. 1989.

Слуев, В.А. Система цифровой обработки изображений с двухшинной архитектурой / В.С. Киричук, В.П. Косых, Ю.В. Обидин, В.А. Слуев, А.С. Хегай // Автометрия. 1989. № 2. С. 3–8.

Слуев, В.А. Унификация аппаратных и программных средств для лазерных фотопостроителей высокого разрешения / В.П. Бессмельцев, А.В. Иоффе, К.К. Смирнов, В.А. Слуев // Автометрия. 1996. № 5. С. 85–96.

Слуев, В.А. Способ лазерной маркировки / В.П. Бессмельцев Г.Н. Алферов С.Г. Баев В.А. Слуев // Патент № 2146200. 1997. Приоритет от 26.12.1997.