[发明专利]一种三层结构保障半实物仿真实时性的实现方法

说明书

一种三层结构保障半实物仿真实时性的实现方法，以半实物仿真系统实时性要求为目的，从顶层设计出发，软硬件两方面入手，采用硬件、软件功能合理划分，互相配合的方式实现。将多核CPU划分为两部分：一部分为RTX下，保障对实时性要求高的代码所在线程各自独占一颗CPU物理核心；另一部分保留在Windows下，执行耗时但对实时性要求并不高的代码。软件上将代码划分为三层：第一层为对实时性要求高的仿真及通讯代码；第二层为慢速IO操作代码；第三层为用户界面代码。这种划分方式充分保障了半实物仿真对实时性要求的满足，保证在任意时刻，半实物仿真软件中对实时性要求高的代码所在线程都能够占有CPU资源而不至于出现调度性的等待。三层结构中的第三层还为用户界面的设计提供了广阔的空间，基于第二层的隔离作用，第三层的用户界面可以使用多种UI设计与编程语言。

1技术领域

本发明应用于保障导弹/火箭等半实物仿真实时性的实现方法，属于航空航天半实物仿真领域。

2背景技术

2.1半实物仿真

半实物仿真是在全数字仿真的基础上加入部分实物环节，这就使得原数字仿真必须在实时仿真环境下运行。操作系统的调度开销，线程间的竞争都会在一定程度上影响半实物仿真的实时性，而这种影响会造成整个仿真回路出现预期之外的延时，这种延时会降低半实物仿真的真实性，不利于对真实环境的还原。

半实物仿真的进行一般为在实时操作系统环境的仿真计算机中进行弹体模型的解算、通过高速IO卡、PCI串口卡等对外接口将仿真解算信息传递给实物转台，由安装在实物转台上的导航计算机解算当前姿态发送给飞控计算机，再由飞控计算机生成控制指令驱动舵机带动负载台，仿真计算机采集舵机返回的位置信号闭环进弹体模型进行下一次的弹体模型解算，并在这一循环过程中实时记录弹体模型状态信息与各实物状态信息，见附图1。

2.2 IntervalZero RTX

IntervalZero RTX(以下简称RTX)可以将Windows变为实时操作系统，RTX独占计算机一部分CPU而运行，Windows系统则运行在剩余的CPU，安装RTX的计算机至少为双核。运行在RTX系统下的应用程序拥有很高的实时性，还可以通过与RTX与Windows之间的通讯接口实现图形界面和用户的交互。

2.3 WPF

WPF是微软推出的用户界面框架，是微软新一代图形系统，它将给Windows应用程序的开发带来一次革命。对于用户来说，它使得界面变得更漂亮；对于开发者来说，它使得美工的工作与业务逻辑的开发完全的分离开了。

2.4线程

线程是计算机软件运行的载体，是多任务操作系统进行调度的最小单位。线程同时运行的数量与CPU的核心数量有关，四核八线程的CPU同时运行的线程数量为4～8条。当线程总数超过这一数量时，线程会抢占CPU资源，采用分时复用的方式来轮流执行，没有获得CPU的线程会处于暂时的等待状态，线程中的代码也无法执行。

2.5超线程

超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容度线程池操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高了CPU的运行效率。如2.4中，四核八线程是指：CPU拥有四颗物理核心，通过超线程技术，让最多八条线程并行执行。

但是在RTX下，超线程技术可能会使程序陷入非预期的等待，为保障半实物仿真软件的实时性，需要关闭超线程。

2.6共享内存

一般情况下，计算机程序各进程所使用的都是操作系统进行地址转换后的虚拟物理内存，相互之间是隔离的。

操作系统提供了共享内存的接口函数，通过将两段虚拟内存映射到地址相同的一段物理内存上，以共享内存的方式来传递大量数据。

3发明内容