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Informatica št. 2 letnik 1978
svsteme tee
UUK 621.395.345:681.3.06
Mnstitut J.Stefan, Jamovo 39, 61000 L|ubljona
Iskra, ATC Labore, Savska Loka 4, 64000 Kran|
Dans le prdsent article nous appliquons les principes de !a programmation structurče et (pseudo)parallfele pour onalyser et
reshuclurer - au moyen d'un langage de haut niveau utilisant le concept de moniteur - un systfeme t£l£phonique informatisd
concret.
Članek opisuje oplikacijo prlncipov strukturiranega in (navidezno) paralelnego programiranja. Predmet apllkacije je analiza in
strukturiranje konkretnega progromskega sistema telefonske centrale s pomočjo- visoko nivojskega programskega jezika, ki upo-
rablja monitorski koncept.
I. INTRODUCTION
Nous nous proposons ici d'analyser ot de restructurer on
systfeme tčl«phonique informatisž concret en nous appuyant
sur les concepts de programmalion structur6e et de progrom-
mation ( pseudo-)parall&le. Ceci n'est pas une čtude
thčorique; nous essayons jimplement d'3xaminer l'applica-
bilitč dej concepts mentionn^s b un systfeme en temps rdel:
le systeme tdUphonique considfirž. Lo parution ržcente de
quelques articles (5,14) traitant de la prograilnmation en
temps rdel en lioison avec les rnžthodes de structuration des
sysl^mes d'exploitalion et avec les langages pour la
programmation parallble nous a encouragd h proc^der de la
sorte.
Les motivatiom de cette žtude jont prariques: il s'agk de
\a maintenance, de l'adap(afion et des modificafions du
systeme tnformatisž des contraux tžlephoniques du type
Melaconta 10C Local, r6a\\s6 avec les ordinafeurs ITT-1600
el 3200. Le logiciel du systeme est programmd en assembleur
et toute modificaMon est difficile. Ceci nous a amend 6
6ludier une resfrocturation possible du systeme qui permette:
- des modifications ais^es e> facilement vžrifiables;
- une compr^hension meilleure du iysfrfeme el, fiventuolloment,
- une amčliorotion du degr« de paralUlisme (potenfiel) des
diffžrents 6\6menti du
Nous pržsenlons dans les chapitres suivants une analyse et
une sfructuration de ce 3ystfeme t£lčphoniq'.ie en termes de
procdssus coopžrants, une descripHon de cefte structuration
dans un langage qui est piatiquement le Poscol paiallele
(2,16) et, finalernent, nous discutons des problAmes que
pose 1'organisaMon de cetfe structuration.
II. PR^SENTATION ET ANALYSE DU SVSTEME
1 . Prčsenhation sch^matique do
Le systime du central Ml^phonique considdrž cotnprend le
ma^riel suivant: un ou deux ordinateurs ITT-1600 et une
pčriphdrie tžldphoniquo comprenant des terminaux d'enfr6es-
sorlies, des terminouK de lioison, des žl6ments de liaison
entre ces terminaux et des circuits de feshs, de marquoge
et de pilotage dirigeant ces terminoux. Les termiiraux d'E/S
sont relids par des canaux 6 1'envUonnement que compojent
des appareils tdl6phoniques, d'autres centraux etc...
L'organisation physique de la pdriphžrie tčl6phonique ost
moduloire: cette p^riphčrie se compose d'un module ds
signalisation et au plus de dix modules p€riph6riques. Un
module p£riphčrique esl composž d'un certain nombre de
terminaux (d'E/S et de liaison) et d'«t^ments de liaison que
dirigenf un circutl' de morquage, ^rois circui^s de tests do
types diffSrents et |usqu'6 trois circuits de pilotage de
types lent, normol et rapide. Nous ne tiendrons pas compla
dans lo suile de la pčriphdrie classique des ordinateurs.
Fonctionnellement nous disringuons dans ce systfcm8 du centrol
deux $ous-sys^mes: le s/stema de contrSle ržolisž sur les
ordina^eurs et le syst^me de coopčration avec 1'envirorine- '
menf ržalisd par \o p6r\p\n6(ie tdl£phonique. Le systemo do
contrflle contrfile le sysfeme de coopžratlon e( fraite I03
messagei que ce dernier lul communique alors que le
systeme de coopdration dčtecte les signaux provenanf do
1'envlronnemenl, envoie des signaux h ce dernier et čtabllt
dej liaisons entre les conaux connectžs b 1'envltonnament.
Dans la suite nous comiddrerons un 5ysfome simplifiC com-
prenant une seule unitd centralo de traitement et n modules
p6riph6rique9 dont chacun, relič b I'UCT par un reglstro
pžriph^rique, contient un circuit de tests, un circuit ds
marquage et un circuif de pilotage de type normal. Un
schdma portiel de ce svstfeme sst pržsentž dans \a figuro ].
.liCJ.'
•i.in,u>
modulo
ct: circuit de toutB
cw: oircuit de i.ni^
opi oircuit Ao pilotu^e
Figure \ .

19
2. Processus du systeme: identificotion et cooperalion
Nous analysons ici les deux systemes de controle et de co-
opčration en termes de processeurs et de processus s6quenHels
permanents et coopčrarUs.
Le systeme du central comprend un processeur piincipal
(I'UCT), un processeur d'horloge i pžiiode de 10 msec et
les trois fois n processeurs pčriphčriques de tests, de marquage
et de pilotage qui son^ constilučs des circuits correspondants
des n modules pčriphčriques et des terminaux de la pčriphdrie
t£lčphonique rnultiplčx£s sur ces circuits.
Les processus du systžme de confrdle se džroulent sur le
processeur principal et sur le processeur d'horloge et sont
appelds processus internes olors que ies processus du sys^me
de coopžralion se deroulenfr sur les processeurs pčriphčriques
de tests, de marquage et de pilotage et sonl appelčs processus
extemes (voir \a terminologie de (1)) de meme nom,
respectivemerrt.
Les processus externes de tests rdalisent lo dclection - par
l'examen des poinfs de tests des terminaux - des signaux
parvenanf de 1'environnemenl; les processus externes de
pilotage rčalisent l'eiwoi. des signaux b I' environnemeiU par
1'etablissement des lioisons entre les terminaux et les canaux
de 1'environnement; enfin, les processus exfernes de maiquage
rčalisent dos liaisons enfre le$ terminaux. II y o quarre
groupes de processus internes: les processus internes cle tests,
de traiternent, de marquage ef de pilotage, dčnords de
facon g6n6rique par pt, pFr, pni e\ pp, respectivement.
Les fonclions de ces processus sont les suivantes: un processus
pt dštermine un ensemble de poinfs de tests et aclive un
processus externe de tesFs sui' un processcur p<3riph£rique
donne en lui envoyant une commande par le registre piSri-
pfi^iique associ^ au processeur. Le processus externe pi^pare
sa "r^potne" dans le meme regisrre pčriphčrique qui doif
res(er occupž par ce processus pendant son octivit^. Le
proce^sus pt anolyse ensuite la r^ponse, envoie un message
par I'interm6diaire d'une mžmoire-tompon a un processus
ptr coupl^ a pt et repiend \a procddure au džbuh jusqu'o
ce que l'ensembld de poinfs de fests soif Ua\i6. Les pro-
cessos internes de tests sonf activčs p^iiodiquement par
1'interrupHon de l'horloge el les diffdrents piocessus pf se
ddroulent olors sequentiellenient.
Un piocessus ptr ahalyse les messages re^us de pt e^ envoie,
en foncHon du messoge recu, urt message a un processus pm
ou pp par I' infermedioire d'une mdmoire-fampon ce qui
entrarne une interruption achVant pp ou pm.
Un processus pp ou pm re^oit des messages des processus ptr
et acfivu un processus ext^erne de pilofoge ou de marquage,
en loi ,envoyant une commande par le registre pžriphSrique.
Le processus exferne acKvd occupe !e registre tant que \a
cotnmande n^est* par lue et indique \a fin de son activii^
par une interrupMon ce qui permef do conlinuer le processus
iiUorne qui l'a ac)iv6. Le processus exlerne n'erivoie pas
d'autre "ržponse".
Nous voyons donc qu'il eyiste une communication enlre les
processus internes et externes et entro les diff^rents processus
inlernes. Celte cominuiiication se fail par les registies
p6riph6riques ef les m6nioires tampons; ces*6l6nients reprd-
senlent des ressources partog^es que les processus devrons
allouer et dčallouer dans notre descriplion du systfeme.
D'outres ressources partag«os sonf les processeurs pitiphč-
riques qui devronf efre allou^s avanf l'activafion dej
piocessus externes se dčroulant sur ces processeurs.
L'occupafion exclusive des ressources partagdes est assurče
dans le sys^me actuel par l'execution serielle des pioceisus
internes. La' communication entre les processus du sysleme
acfuel r\'est ni sure (des messages peuvent se perdre) ni
suffisammenf souple pour permethe d'exploiter le parallž-
lisrne polenMel des processus du systeme. Nous proposons
donc une restructuration du sysfeme exposfie ci-dessous.
3. Structuration du
Le systeme est envisagd comme un ensemble de processus
internes s€quenMels et permanents (cyclont indfifinimenf)
dont la cooperation esl assurže par un unsembl« de moni-
feurs (pour le concepl- de moniteur voir 1,2,3,-1,7,11,12,
13,16), disposds en hierarchie et y«ronf les ressources du
Le noyau du sysfrfeme n'est pas explicit6; nous supposons
qu'il contient essenHellement un programme d'ordonnance-
rnent ("scfieduler - dispafcher") des processus infernes, les
routines pour le ^raifement des inlenuptions ef deux primi-
Hves de coinmunicaHon entre tes processus: "bloquer" ef
"ddbloquer". Ces deux piimitives sont appel^es dans les
moniteurs et appellent b leur hour le programme d'ordon-
nancemenK Nous supposons un ordonnancernent tres sirnple
des processus internes: absence de priori^s et stratčgie
"prernier orrivd - premier servi". Nofons que la proc^dure
"ddbloquer" ne provoque pas nčcessairement 1'octivuMon
inun^diate du processus d£bloqu£ ^ventuel (nous ne suivons
donc pos \a strafžgie de Hoare et de Brinch Hansen - cf.
2,7 - mais celle, plus gdnčrale, expos^e dons 10).
Dans le sysfeme obseiv^ r/existent que deux types d'inter-
ruptions: l'interruption de 1'horloge el les interruptions
provoquees par les piocesseurs de marquage -el de pilotage.
Ces interrupMons sont "interceptfies" par le noyau (qui
active par la suite le piograrnrne d'oidonnoncement) et
firialenienl "acliertiin^es" aux proc^dures adčquales des morii™
teurs gerarit les processeurs de marquage, de pilotage et
1'horloge.
L'occupoHon exclusive des resšources partag^es est assurae
par 1'inhibiMon des interrupriom dans les procedures des
moniteurs ce qui a pour effet l'exclusion "globale" (cf- 11)
de ces procddures.
Le systime proposš se compose d'fiUiTients suivants:
- proceisus internes:
- les piocessus de tests, no^s p\\ , i = 1 . . t
- les processus de haitement, not6s plrj , i ~ 1 . . t
- les processus de morquage, no\6t prtij , i = 1 .. m
- les piocessus de pilotage, notds pp. , i = 1 ..p ;
- monUeurs:
- les rnoniteurs des processeurs de fes^s, notds ml"j , i - 1 . .n
- les moniteurs des piocesseurs de niarquage, notdi mm| ,
i = 1 .. n .
- les moniteurs des processeurs de pilotage, nolds mpj ,i=l..n
- les inonifeurs des registres pčriphžriques, no(6s mij, i=l..n
- les moniteurs nofds mbl \, i- 1 . .t, gdrant la communicaHori
entre les paires des processus ptj - ptrj
- les monileurs not^s mb2j , l = )..m, gdtant la coinmunica-
tion enlre les processus ptr et les piocessus pnij
- les moniteurs notžs mb3|, i^K.p, gdrant la communica-
lion enhe les processus ptr et les processus ppj et
- le moniteur notd mlemp gžiant I'interruption de l'horloge.
L'organisation du systfeme est reprdsentde par le graphe de
\a figure 2. Sur ce graphe apporoissent aussi le processus
dMiorloge notš ph ef Ies processus externes de maiquage el
de pilatage, notžs cp; et cmj, i = l..n. Lej arcs du graphe
repičsenlent les accbs (appels) odmis dons le s/stžtne (une
intercuption žtant ici inlerpielde comme un appel b la
procčdure d'inferruption - de moniteur - correspondanle).
L'arc parrant d'une accolade (resp. abouMssanl 6 une
accolade) iepr6sente aurant d'arcs partants (resp. aboutis-
sants) qu'il y a de processus ou de monileucj reunis par
l'apcolade.

20
mr,...
ph
proceasua de
tests
processua de
traitement
t3p
P'n*
processus de
murquuge
PPX...
processus de
pilotuge
PPr
Figure 2.
III. DESCRIPTION DE LA STRUCTURATION PROPOSČE .
Diffčrenfes sfruchjraHons du syst&me sont possibles; elles sont
ossenfiellement fonction du choix des moniteufs. La structure
choisle a les effets suivants:
- en allouanf d'abord les processeurs de tests, de marquoge
et de pilotage e\ ensuite les reglstres correspondants nous
obtenons des files d'anende (sur ces ressources) plus
courfes que dans le cas des sžquences d'allocation inversej;
- il esf possible que les processus exfernes de marquoge et de
pilofage d'un meme module pdriphdrique se dflroujenf en
parallfele;
- en dčfinissant un moniteur pour chaque ressource nous
diminuons le temps passS dans chacune des procždurei des
moniteurs.
1. Donnees globales
Ces donnees globales peuvent etre rdfdrenc^es dans tous los
moniteurs et dans hous les processus.
Les constanfes: t,m,p,n,blonl ,blon2,blon3.
Lej types:
type lisfe-t = orray[l..f] of queue;
liste-m = array [1 . .m'] of queue;
lijte-p =array[l..p] of queue;
liste-r =array[1..2] of queue;
messl ={ .. .\; mess2 -{ .. •\; mess3 =\ ... \ ;
tampl = array [ 1 . .blonl ] of messl;
tamp2 = arroy \ 1 , ,blon2 J of mess2;
tamp3 = array [ 1 . ,blon3 ] of mess3;
type paps = closj (long; integer); f cf.(15), p.169: une file
"premier arrlvi-premier servi"^
var fžte,q,1; integer;
function entry arrivž: Infeger;
begin arriv6:=q; q: = q mod long + 1; 1:=1 +1.; ondj
function entry depart; integer;
begin dfipartj^tžte, tefe:=tžte mod long + 1 ; 1 : = 1 - l;end;
funcHon enlry vlda: boolean;
begin vide: = (l =0) end;
function enhry plein: boolean>
begin plein:= (1 =long ) end;
begin tate:=l; q:=l; l: = 0; end;
Les primitives du noyau:
procedure bloquer (var q:queue);
{bloquer le processus courant dans q; quitter le moniteur
et oppeler le programme d'ordonnancemsn^ ;
procedure dčbloquer (var q:queue);
{ddbloquer le processus dans q ; quiUer le monlteur et
appeler le progromme d'ordonnancementJ ; •
function vide (var q:queue):boolean;
'vrai si pas de processus en ottente dans q} .
2. Moniteurs
o) Allocateur de processeurs de tests
fype mt=
monitor(monreg; mr)
vor libre: boolean; liste: liste-t; prochoin: paps;
procedure entry allouer;
begin while not libre do bloquer (lisle [prochain.arrivžj);
libre: = false;
monreg .alloueri
end;
procedure entry džallouer;
begin monreg. dflallouer;
libre; = true;
if. nof prochain.vide then d^bloquer(li8te[prochain.dtfportj)j
ond;
begin libre: = true; inlt prochain(t) end;
On peut declarer alors n moniteurs du type mt dont chacun
est ossocie b un moniteur du type mr (voir plus bas):
var mtl:mt; avec init mtl(mrl);
b) Allocafeurs de processeurs de marquage et do pllotago
type mm =
moni tor (monreg: mr)
var libreiboolean; listejiste-m; prochain:paps;
inter:booleon;
procedure entry allouer;

21
begin vvhile not libre do btoquer(list6[prochoin.arrive]);
libre: = false;
monreg .ollouer;
inter: = false; [ le signal d' interruption j-
end;
procedure enky džallouer;
begin if not inter then bloquer(attinter)>
Jattendre I' inl-erroption }
l!bre: = true;
if not prochain.vide then dsbloquer(liste[prochoin.daparf]);
end;
procedure enfry mlnter; l_"intercepfe" I' inferruption du circuit
de marquage}.
begin inter:-true;
if not vide(aHinter) then debloquer(aHinter);
end;
begin libre:—frue; inter: = folse; init prochain(m) end;
type mp= j_analogue ou typo mm \ .
On pourra džclarer n moniteurs du type mm ef n moniteurs
du type
mp par:
var mml :mrn; avec irtit mml (mri ); etc . . .
c) Allocateur de registre pžriph6rique
type mr=
monitor
vor libre:boolean; liste: liste-r; prochain:paps;
procedure entry allouer> .
begin while not libre do bloquer(Iiste£prochain.arrSv6j)>
Iibre:~ false;
end;
procedure entry d^allouer;
begin libre: = true;
if.nof prochain. vide then debloquer
(Iiste[prochain.d6part'j);
end;
On d^clorera n montteurs du type mr par:
vof mrl : mr; etc ...
d) Atlocateur de m6moire-tampon du type mbl
type mbl =
monitor
var mbitampl; prochain:papsj source, destinafion:queue;
procedure enlry envoyer(m: messl );
begin if prochain.plein then bloquer(source);
mb[prochain.arrivej:= m;
if" nof vide(destinatfon) then džbioquer(desfination);
end;
procedure enlry recevoir(var m:messl);
begln if prochain.vide then bloquer(destination);
m:~ mb [ prochain.departJ ;
if nof vide(source) then debloquer(source);
end;
begin inif prochain(blonl ) end>
On džclarera t moniteurs de type mbl: var mb1l t mbl; etc. ...
e) Allocateurs des mžmoires-tampons du type mb2 et mb3
type mb2 =
monitor
var mb:^amp2; prochainproc,prochaintomp:pops;
source: liste-t; desHnaMon:queue;
procedure entry envoyer(m: mess2 );
begin while prochaintamp.plein do bloquer
(source [ prochainproc.arrive])>
mb\ prochainfamp,arriv6] :~m-r
if not vide(destination) then džbloquer(destinaHon);
end;
procedure entry recevoir(vor m:mess2);
• begin if prochointomp.vide then bloquer(destination);
m: = mb ^prochaintamp.dčparf^;
if nof prochainproc.vide then
debloquer(source [prochainproc.dfipart ]); '
end;
begin in'it prochainproc(t), prochointamp(blon2) end;
type mb3 = [analogue au type mb2 \ .
On d^clorera m monHeurs du type mb2 et p moniteurs
du type mb3:
var mb21: mb2, . .. mb3i: mb3, . . .
f) Le monlteur de 1'horloge
type mtemp=
monitor
var attliste:liste-t; •( contient les processus pt; qoi ont fin! teurs
cycles et aHendent 1'interruption de IMiorloge pour
recommencer un nouveau cyclej
prochaintpaps;
procedure entry affendre;
begin bloquer(a^Hisl^e [ prochatn.arrivčj) end;
procedure entry tempinter;-[ I' interrupKon de 1'horlogej-
begin while nol- prochain.vide
do džbloquer(affliste! prochain.dčpartj )
end;
begin inif prochain(t) end;
D^claration: vor horloge:mtemp;
3. Processus
a) Processus de fests
type pf =
procejs(heure:mtemp; buf :mbl; accestl', {...}, accfestn: mf);
var circuiteshl . . .n; mess:messl;
begin
cycle
linitialisation:d^terminer les tests ^
repeat
case circuifest of 1_: accestt .ollouerj
[envoi de la commande ou processeur de tests
correspondant en ufilisont le registre correspondant;
delai "octif"A ; exomen de la reponse refue dans le
registre^-
case circuitesf of 1 :accesKl .deallouer;
(preparer le message pour le processus ptr correspondant^
buf. envoyer(mess)>
until ^ fin de tests du cycle \ ;
heure .attendre;
end;
end;
Les processus de type pt sont declarfis ef initialis^s por:
var pH:pf; init ptl (horloge^mbl 1 ^mtl r m*2, £.., l,mtn); efc. .•
b) Processus de traitement
process(buf: mbl; tampl ,| ... t, tompm:mb2 ) taml,[ .. • ^,
tamp: mb3); , •
var ml : messi; m2:mess2; m3:mess3/
begin
cycle buf.recevoir(ml);
\ fraitement du message^ -
.. . j ramp.. envoyer(m2) ... tam. . envoyer(m3) j ...
end;
end;
Ces processus sont d^clares et iniliolises por:
vor ptrl :ptr; inif pfrl (mbl 1 ,mb21 ,\. . .I,mb31 ,\. . .],mb3p) >
c) Processus de pilofage e) de marquoge
fype pm =
process'Huf: mb2; accesmi, j^. . .^, occesmn: rnn;
acc^srf , ^ . . . K f accesrnimr);
var circuifmarq: 1 . .n ; mess:mess2; .
begin
{initialisationi;
cycle buf.recevoir(mess)j
l'pr«porer l'action adžquate^
case circoitmarq of 1 :accfesm1 .ollouer;
[envoi de \a commande au processeur do marquoge
correspondont en utilisonf le registre correspondant^
cose circuitmait) of 1: begin accesri .deallouer;
accesmi .džallouer;
end>
end) end; '''

22
Cej processus sont declorSs et initialisčs par:
var pml:pm;
init- pml (mb21, miril, {...}, mmn,mrl,mr2, (.. .J,mrn); eta...
type pp= ( analogue au type pm}.
IV. CONCLUSION
Le fonctionnement correct du systeme džcrU en III (ainsi
que celul du systeme original) est bas£ lur l'hypoth&se
suivante: 1'intervalle de temps entre deux interruptions de
1'horloge est sufisommenf long pour que, en fin d'infervalle:
- fous les processus pt soient bloqučs dans la liste "attliste",
- aucun des messages ne soit perdu et .
- tous les processus externos soient terminčs.
Partant de cette hypothfese de base nous pouvons supposer
que le systfeme structurž proposž ici assure un ddroulement
harmonieux des processus du sysfeme c.a.d. sans bloquage
des processus (cf. 1 ).
En effet, d'une part, nous avons dans le syst-eme une .
allocation hi6rarchfque des ressources permanenfes (processeurs
pčriph6riques iBf registres) et, d'autre part, uno communi-
cation de messages hi«iarchique entre les processus internes
du 'sysfeme (les processus pf envoient des messoges aux
processus plr et ces derniers envoient des messages aux
processus pm et pp).
L'implantat!on du systeme propose esf bosže jur l'hypothese
d'un seul processeur cenfral et est la plus simple possible
(les rnoniteurs sont rdalisds par 1'inhibition des in^er-
ruptions). On peut bien gvidemmenf envisager une implanta-
lion plus sophistiqufie et plus complexe (cf. 17):
- en supposanf plusieurs processeurs centraux ef/ou
- en introduisant los s^maphoreS'pour assurer une exclus!on
"locald" des proc6dures des monUeurs.
Une telle implantation rendrait possible une amžlioration
th6orique du degrfl de parallfilisme des differents processus
du sysfžme mais - etant donnd les temps fres courts des
cycles des processus - seroit probablement prohibiHve relati-
vemeat aux femps d'"acces" aux monUeurs.
Nous pensons que la restructurafion proposde du systeme du
cenMal peul, d'une port, servir 6 modžliser le systeme et 6
le simuler et, d'autre part, peut servir comme point de
depart d'une configuration nouvelle du systeme.
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