仿真器调度模块的设计 - 软件可靠性仿真测试平台实时技术研究

2.2.3　仿真器调度模块的设计

　　仿真器对于各类任务采用时间、事件以及数据驱动相结合的调度原则进行控制管理。为了提高系统的实时性和适应性，采用了动态和静态调度策略相结合、任务发生的周期和优先级相结合的调度方式。

　　在调度框架中集中不同的调度策略。在运行模式下：系统测试工作正常，则对于周期性的实时任务采用静态生成的调度策略;在系统发生故障时，则采用临时的动态调度策略，它根据系统的运行状况，实时加入动态任务，并根据动态任务的级别，决定该任务是立即执行还是按顺序执行。随着故障的排除，取消该任务，系统重新恢复到先前的调度策略。

　　仿真器根据任务运行占用时间的不同，以不同速率来调度不同模块，满足实时驱动的要求。采用优先级调度和分时调度相结合的方式：优先级调度方式即调度模块对于每一项任务都赋予了严格的优先级，按优先级的次序从高到低执行;分时调度方式是采用时间片轮转的方式来执行各个任务，这种调度方式多是在终止模式下采用(或在运行模式下，系统已经完成短周期的任务，还留有时间余量的情况下)。例如，对于1553B数据驱动和交联数据生成等短周期任务在每25 ms定时到时串行化执行，被赋予了较高优先级，而对于显示和记录数据等长周期任务分时执行或交叉执行，被赋予了较低优先级，以保证能正常驱动MBI卡。

　　在优先级调度方式中，采用优先级浮动的原则：即根据系统实时处理任务的不同，按照需要动态地改变优先级。系统在正常运行时，优先级不变;当系统发生严重故障时，调度模块动态触发异常处理任务，并根据故障类别和故障被维护的状况，动态调整模块处理级别。对于影响系统测试的重要模块，调度模块启动相应的备份储备模块，同时将“暂停测试”的申请通过网络发送到主控机。这样，系统就具有了故障恢复能力，实现了关键部分的冗余保护，提高了可靠性。

　　根据上述设计，在实时测试过程中，仿真器的实时调度层次模型如图4所示。

　　图4　RUN()模式下实时任务调度模型示意图

　　基于以上的调度策略，任务调度管理模块采用以下方式对各模块进行调度：

　　.中断方式：当总的任务调度器监控到消息队列中最高消息到来时，立即申请软件中断，或者有硬件中断申请时，系统立即停止当前执行的任务，执行相应的中断处理。

　　.定时方式：实时测试开始后，定时器每25 ms发出定时消息，定时将需要发送的测试用例数据送到MBI卡上。

　　.消息方式：基于Win98消息传递机制，由线程调度方式实现。

　　.信号量及全局变量方式：总的任务调度器监控到任务启动的信号量或状态量改变后，按任务的等级运行任务。

　　根据系统任务调度管理的方式，将任务消息的处理级别分为三个优先级：

　　①最高级消息：该类消息要求系统立即响应，具有此类优先级的模块在系统实时仿真中处于核心地位。该消息不放到Windows的系统消息队列中排队，而是直接送到相应的应用消息队列中，供应用程序处理。这样可以避免无节制的消息循环，保证了消息处理的及时性。

　　②时钟级消息：由精确定时器产生“定时时间到”的消息。在正常测试过程中，该消息为最高级别。时钟级的消息主要分配给在实时测试中的数据生成模块和驱动模块。

　　③普通级消息：该类消息主要分配给用户接口模块、记录模块等功能模块。

　　2.2.4　仿真器关键功能模块的实时性实现技术

　　①网络通信模块：非实时部分采用TCP/IP协议方式进行网络传输。实时部分利用设置网络通信缓存区的方式，从通信结果上可以部分实现网络传输的实时通信，其关键在于缓冲的深度。或者采用VXD技术，直接对网卡进行传输操作，可以避免由于网络延迟而影响系统实时性能的缺陷。

　　②显示模块：在实时测试过程中，通过该模块，可以显示测试数据，并且用户能对测试过程进行控制。在实时测试中，中心任务处理周期为25 ms，在任务周期的空余时间还需要进行其它处理。因此在每25 ms周期内，留给显示任务的时间就非常少，另外由于人眼对数据变化的敏感程度低于25 ms，因此每50 ms以上进行一次相关数据显示就可以满足系统的需求。在数据显示中，文本显示比图形显示占用CPU处理时间要少许多。在图形显示中，采用高性能的图形处理算法，可以保证图形处理的实时性。另外，随着图形卡硬件性能的提高，在图形加速卡性能保证的情况下，系统只需计算图形描述语句占用CPU的时间，图形绘制方面的时间可以不给予主要考虑。图形实时显示算法还有待进一步研究。

　　③交联数据1553B驱动模块：由于Win98处于安全模式，Win98中的虚拟内存地址与实际物理地址并不一致，用户不易直接访问硬件的实际物理内存地址和I/O口地址。为了满足实时驱动MBI卡的需要，通过WinDriver工具软件，直接映射MBI卡上的实际物理内存地址和I/O地址，并将硬件中断虚拟化，利用WinDriver生成的一系列读写内存和I/O口地址的函数，用户就可以直接快速地对硬件进行控制。实验结果表明，在Win98应用任务单一的情况下，用户操作MBI卡的速度同于在DOS下的速度。WinDriver工作原理如图5所示。