實驗性能分析 - 機器人遙操作網(wǎng)絡(luò)通信平臺的設(shè)計

　　1.時延和數(shù)據(jù)的丟失問題

　　機器人遙操作要求數(shù)據(jù)傳輸要具備可靠性和次序性，TCP協(xié)議提供了可靠而有序的傳輸，基于這一特性，可以在傳輸過程中使用超時重傳、分段、重組等檢錯糾錯策略，通過這些檢錯糾錯策略可以保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中的可靠性和有序性，可以有效的防止數(shù)據(jù)的丟失。

　　機器人遠端遙操作控制的采用并不意味著實時控制作用被上移到網(wǎng)絡(luò)，實時控制依然由現(xiàn)場的控制單元來完成，而網(wǎng)絡(luò)遙操作更關(guān)注的是對現(xiàn)場信息的監(jiān)視和管理以及對機器人的非實時控制，所以TCP通信在傳輸過程中存在的時延問題也就顯得影響不大。

　　2.數(shù)據(jù)共享問題及其解決方案

　　由于本文中程序是多任務(wù)多線程的，當多個客戶端同時連接到服務(wù)器時，多任務(wù)、多線程就極易造成數(shù)據(jù)共享問題。數(shù)據(jù)共享問題可以解釋如下：假定有多個函數(shù)(或者ISR、任務(wù))共享一個變量，如果在某一時刻存在對該變量的數(shù)值的操作，并且在對其施加操作的的過程中，僅有部分操作完成，還有一部分沒有完成，若在此時產(chǎn)生一個中斷，如果此時還有另一個函數(shù)也在共享該變量，且前面的操作已經(jīng)完成，該變量的數(shù)值可能與預(yù)期的不同。因此，當一個函數(shù)與另一個函數(shù)共享某變量時，所調(diào)用的ISR或者另一個函數(shù)都有可能改變此變量，是變量的數(shù)值發(fā)生變化，在返回時此變量的新數(shù)值將從堆棧轉(zhuǎn)載到四個寄存器中，未完成的操作將按照寄存器中的新數(shù)值執(zhí)行，程序就會發(fā)生錯誤。

　　在本文中，利用了以下措施消除了程序中由共享數(shù)據(jù)問題所導(dǎo)致的錯誤。

　　1) 對于從中斷返回的變量，在聲明中使用了volatile。此聲明可以警告編譯器，這些變量是可更改的。

　　2)在中斷之前將完全執(zhí)行的部分中對原子指令使用可再生函數(shù)，此部分叫臨界段。

　　3) 將共享的變量放入循環(huán)隊列中。需要使用該變量數(shù)值的函數(shù)總是從隊列的前端將其刪除。而另一些寫入該變量的數(shù)值的函數(shù)總是從隊列的末端進行操作。

　　4)在臨界段開始執(zhí)行之前通過使用信號量來關(guān)閉中斷，在其完成之時打開中斷。

　　4 結(jié)論

　　本文設(shè)計了一種基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信平臺，通過該平臺可以實現(xiàn)遠程客戶機與本地服務(wù)器之間的信息通信，而且保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院痛涡蛐?，對機器人的遙操作提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)通信條件。