飛行模擬器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度與通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、飛行模擬器是一種能夠逼真復(fù)現(xiàn)真實(shí)飛機(jī)在地面滑行和空中飛行動(dòng)態(tài)過(guò)程的地面模擬設(shè)備。由于具有經(jīng)濟(jì)、安全、高效和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，它在新機(jī)研制、飛行理論研究、飛行控制研究和飛行訓(xùn)練等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外飛機(jī)模擬器研究機(jī)構(gòu)廣泛采用的實(shí)時(shí)調(diào)度與通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，以滿足飛行模擬器仿真任務(wù)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性要求，提高任務(wù)調(diào)度的成功率和可靠性，改善飛行模擬器混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通信的實(shí)時(shí)性為目的，提出了一種應(yīng)用于飛行仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算的多處理器實(shí)時(shí)調(diào)

2、度與通信技術(shù)，并通過(guò)模擬試驗(yàn)與應(yīng)用研究的方法探討了技術(shù)的可行性。
　　為滿足飛行模擬器周期性仿真任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度要求，建立了周期性仿真任務(wù)的多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度模型，提出了對(duì)任務(wù)間時(shí)序約束與資源訪問(wèn)約束的整合處理方法，并依此設(shè)計(jì)出了一種新穎的非搶占EDF多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度算法。詳細(xì)討論了基于對(duì)稱共享內(nèi)存多處理器周期性仿真任務(wù)的全局調(diào)度器模型和非搶占EDF多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度算法的可行性判定及任務(wù)分配流程。并通過(guò)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了該算法能夠在處理器

3、負(fù)載過(guò)高、任務(wù)計(jì)算負(fù)載及任務(wù)間執(zhí)行周期差異過(guò)大等情況下有效地提高周期性仿真任務(wù)集的調(diào)度成功率，同時(shí)具有執(zhí)行開(kāi)銷低的優(yōu)點(diǎn)。
　　結(jié)合飛行模擬器對(duì)故障模擬的功能要求和性能要求，提出了非周期性仿真任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度目標(biāo)，建立了這類任務(wù)的多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度模型，并依此設(shè)計(jì)出了一種新穎的基于啟發(fā)式搜索策略的非周期性仿真任務(wù)的多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度算法。詳細(xì)討論了基于對(duì)稱共享內(nèi)存多處理器非周期性仿真任務(wù)的全局調(diào)度器模型，啟發(fā)式估價(jià)函數(shù)的構(gòu)造方法，調(diào)度算法

4、的可行性判定及任務(wù)分配與處理器空閑時(shí)間回收方法，探討了改善算法調(diào)度成功率及縮短任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的處理器空閑時(shí)間回收策略，并結(jié)合飛行模擬器對(duì)故障模擬的可靠性要求，提出了算法的容錯(cuò)擴(kuò)展方法。用模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法的綜合使用能較好地適應(yīng)于預(yù)留時(shí)間短、任務(wù)裕度低、容錯(cuò)要求高以及激活執(zhí)行事件隨機(jī)到達(dá)的非周期性仿真任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度環(huán)境，同時(shí)這些算法具有執(zhí)行開(kāi)銷低的優(yōu)點(diǎn)。
　　通過(guò)對(duì)飛行模擬器混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，基于對(duì)虛擬令牌和實(shí)時(shí)通信控制

5、流程的設(shè)計(jì)，提出了一種新穎的基于虛擬令牌的以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信技術(shù)；基于對(duì)虛擬站點(diǎn)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列（Virtual Node Priority Queue, VNPQ）和報(bào)文分類優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)，采用動(dòng)態(tài)分配報(bào)文傳輸優(yōu)先級(jí)和局部修改CAN總線邏輯鏈路控制子層（Logical Link Control Sublayer, LLC）報(bào)文濾波的方法，提出了一種新穎的CAN總線實(shí)時(shí)性改進(jìn)技術(shù)。并通過(guò)構(gòu)建與飛行模擬器網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境配置相當(dāng)?shù)臏y(cè)試平臺(tái)，對(duì)上述通信技術(shù)

6、進(jìn)行了實(shí)時(shí)性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明基于虛擬令牌的以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信技術(shù)和基于VNPQ的CAN總線實(shí)時(shí)通信技術(shù)能夠有效滿足飛行模擬器對(duì)混合網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性要求。
　　針對(duì)上述研究成果，對(duì)多處理器實(shí)時(shí)調(diào)度與通信技術(shù)在“飛行模擬器關(guān)鍵技術(shù)研究與試驗(yàn)平臺(tái)”上的應(yīng)用展開(kāi)深入研究?；谠谠囼?yàn)平臺(tái)上與仿真子系統(tǒng)的集成，對(duì)仿真模型運(yùn)行實(shí)時(shí)性，網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性，和飛機(jī)正常起飛、著陸以及發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)鳥(niǎo)撞故障三種典型飛行訓(xùn)練任務(wù)下飛行仿真結(jié)果響應(yīng)時(shí)間的一致性進(jìn)行了