仿真器調(diào)度模塊的設(shè)計 - 軟件可靠性仿真測試平臺實時技術(shù)研究

　　仿真器對于各類任務(wù)采用時間、事件以及數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的調(diào)度原則進(jìn)行控制管理。為了提高系統(tǒng)的實時性和適應(yīng)性，采用了動態(tài)和靜態(tài)調(diào)度策略相結(jié)合、任務(wù)發(fā)生的周期和優(yōu)先級相結(jié)合的調(diào)度方式。

　　在調(diào)度框架中集中不同的調(diào)度策略。在運行模式下：系統(tǒng)測試工作正常，則對于周期性的實時任務(wù)采用靜態(tài)生成的調(diào)度策略;在系統(tǒng)發(fā)生故障時，則采用臨時的動態(tài)調(diào)度策略，它根據(jù)系統(tǒng)的運行狀況，實時加入動態(tài)任務(wù)，并根據(jù)動態(tài)任務(wù)的級別，決定該任務(wù)是立即執(zhí)行還是按順序執(zhí)行。隨著故障的排除，取消該任務(wù)，系統(tǒng)重新恢復(fù)到先前的調(diào)度策略。

　　仿真器根據(jù)任務(wù)運行占用時間的不同，以不同速率來調(diào)度不同模塊，滿足實時驅(qū)動的要求。采用優(yōu)先級調(diào)度和分時調(diào)度相結(jié)合的方式：優(yōu)先級調(diào)度方式即調(diào)度模塊對于每一項任務(wù)都賦予了嚴(yán)格的優(yōu)先級，按優(yōu)先級的次序從高到低執(zhí)行;分時調(diào)度方式是采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式來執(zhí)行各個任務(wù)，這種調(diào)度方式多是在終止模式下采用(或在運行模式下，系統(tǒng)已經(jīng)完成短周期的任務(wù)，還留有時間余量的情況下)。例如，對于1553B數(shù)據(jù)驅(qū)動和交聯(lián)數(shù)據(jù)生成等短周期任務(wù)在每25 ms定時到時串行化執(zhí)行，被賦予了較高優(yōu)先級，而對于顯示和記錄數(shù)據(jù)等長周期任務(wù)分時執(zhí)行或交叉執(zhí)行，被賦予了較低優(yōu)先級，以保證能正常驅(qū)動MBI卡。

　　在優(yōu)先級調(diào)度方式中，采用優(yōu)先級浮動的原則：即根據(jù)系統(tǒng)實時處理任務(wù)的不同，按照需要動態(tài)地改變優(yōu)先級。系統(tǒng)在正常運行時，優(yōu)先級不變;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時，調(diào)度模塊動態(tài)觸發(fā)異常處理任務(wù)，并根據(jù)故障類別和故障被維護(hù)的狀況，動態(tài)調(diào)整模塊處理級別。對于影響系統(tǒng)測試的重要模塊，調(diào)度模塊啟動相應(yīng)的備份儲備模塊，同時將“暫停測試”的申請通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主控機(jī)。這樣，系統(tǒng)就具有了故障恢復(fù)能力，實現(xiàn)了關(guān)鍵部分的冗余保護(hù)，提高了可靠性。

　　根據(jù)上述設(shè)計，在實時測試過程中，仿真器的實時調(diào)度層次模型如圖4所示。

　　圖4　RUN()模式下實時任務(wù)調(diào)度模型示意圖

　　基于以上的調(diào)度策略，任務(wù)調(diào)度管理模塊采用以下方式對各模塊進(jìn)行調(diào)度：

　　.中斷方式：當(dāng)總的任務(wù)調(diào)度器監(jiān)控到消息隊列中最高消息到來時，立即申請軟件中斷，或者有硬件中斷申請時，系統(tǒng)立即停止當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理。

　　.定時方式：實時測試開始后，定時器每25 ms發(fā)出定時消息，定時將需要發(fā)送的測試用例數(shù)據(jù)送到MBI卡上。

　　.消息方式：基于Win98消息傳遞機(jī)制，由線程調(diào)度方式實現(xiàn)。

　　.信號量及全局變量方式：總的任務(wù)調(diào)度器監(jiān)控到任務(wù)啟動的信號量或狀態(tài)量改變后，按任務(wù)的等級運行任務(wù)。

　　根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度管理的方式，將任務(wù)消息的處理級別分為三個優(yōu)先級：

　　①最高級消息：該類消息要求系統(tǒng)立即響應(yīng)，具有此類優(yōu)先級的模塊在系統(tǒng)實時仿真中處于核心地位。該消息不放到Windows的系統(tǒng)消息隊列中排隊，而是直接送到相應(yīng)的應(yīng)用消息隊列中，供應(yīng)用程序處理。這樣可以避免無節(jié)制的消息循環(huán)，保證了消息處理的及時性。

　?、?a href="http://www.ttokpm.com/tags/時鐘/" target="_blank">時鐘級消息：由精確定時器產(chǎn)生“定時時間到”的消息。在正常測試過程中，該消息為最高級別。時鐘級的消息主要分配給在實時測試中的數(shù)據(jù)生成模塊和驅(qū)動模塊。

　?、燮胀壪ⅲ涸擃愊⒅饕峙浣o用戶接口模塊、記錄模塊等功能模塊。

　　2.2.4　仿真器關(guān)鍵功能模塊的實時性實現(xiàn)技術(shù)

　?、倬W(wǎng)絡(luò)通信模塊：非實時部分采用TCP/IP協(xié)議方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。實時部分利用設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信緩存區(qū)的方式，從通信結(jié)果上可以部分實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r通信，其關(guān)鍵在于緩沖的深度?；蛘卟捎肰XD技術(shù)，直接對網(wǎng)卡進(jìn)行傳輸操作，可以避免由于網(wǎng)絡(luò)延遲而影響系統(tǒng)實時性能的缺陷。

　?、陲@示模塊：在實時測試過程中，通過該模塊，可以顯示測試數(shù)據(jù)，并且用戶能對測試過程進(jìn)行控制。在實時測試中，中心任務(wù)處理周期為25 ms，在任務(wù)周期的空余時間還需要進(jìn)行其它處理。因此在每25 ms周期內(nèi)，留給顯示任務(wù)的時間就非常少，另外由于人眼對數(shù)據(jù)變化的敏感程度低于25 ms，因此每50 ms以上進(jìn)行一次相關(guān)數(shù)據(jù)顯示就可以滿足系統(tǒng)的需求。在數(shù)據(jù)顯示中，文本顯示比圖形顯示占用CPU處理時間要少許多。在圖形顯示中，采用高性能的圖形處理算法，可以保證圖形處理的實時性。另外，隨著圖形卡硬件性能的提高，在圖形加速卡性能保證的情況下，系統(tǒng)只需計算圖形描述語句占用CPU的時間，圖形繪制方面的時間可以不給予主要考慮。圖形實時顯示算法還有待進(jìn)一步研究。

　?、劢宦?lián)數(shù)據(jù)1553B驅(qū)動模塊：由于Win98處于安全模式，Win98中的虛擬內(nèi)存地址與實際物理地址并不一致，用戶不易直接訪問硬件的實際物理內(nèi)存地址和I/O口地址。為了滿足實時驅(qū)動MBI卡的需要，通過WinDriver工具軟件，直接映射MBI卡上的實際物理內(nèi)存地址和I/O地址，并將硬件中斷虛擬化，利用WinDriver生成的一系列讀寫內(nèi)存和I/O口地址的函數(shù)，用戶就可以直接快速地對硬件進(jìn)行控制。實驗結(jié)果表明，在Win98應(yīng)用任務(wù)單一的情況下，用戶操作MBI卡的速度同于在DOS下的速度。WinDriver工作原理如圖5所示。

　　圖5　WinDriver工作原理圖

　　3　結(jié)束語

　　實驗結(jié)果表明，上述調(diào)度思想與相關(guān)技術(shù)綜合運用，很好地滿足了仿真器系統(tǒng)工作的實時性。