飛行模擬器的計算機系統(tǒng)實時調(diào)度與通信關鍵技術研究.pdf

1、飛行模擬器是一種能夠逼真復現(xiàn)真實飛機在地面滑行和空中飛行動態(tài)過程的地面模擬設備。由于具有經(jīng)濟、安全、高效和環(huán)保等優(yōu)點，它在新機研制、飛行理論研究、飛行控制研究和飛行訓練等領域獲得了廣泛應用。本文在綜合分析國內(nèi)外飛機模擬器研究機構廣泛采用的實時調(diào)度與通信技術的基礎上，以滿足飛行模擬器仿真任務運行的實時性要求，提高任務調(diào)度的成功率和可靠性，改善飛行模擬器混合網(wǎng)絡體系結構通信的實時性為目的，提出了一種應用于飛行仿真系統(tǒng)實時計算的多處理器實時調(diào)

2、度與通信技術，并通過模擬試驗與應用研究的方法探討了技術的可行性。
　　為滿足飛行模擬器周期性仿真任務的實時調(diào)度要求，建立了周期性仿真任務的多處理器實時調(diào)度模型，提出了對任務間時序約束與資源訪問約束的整合處理方法，并依此設計出了一種新穎的非搶占EDF多處理器實時調(diào)度算法。詳細討論了基于對稱共享內(nèi)存多處理器周期性仿真任務的全局調(diào)度器模型和非搶占EDF多處理器實時調(diào)度算法的可行性判定及任務分配流程。并通過模擬試驗驗證了該算法能夠在處理器

3、負載過高、任務計算負載及任務間執(zhí)行周期差異過大等情況下有效地提高周期性仿真任務集的調(diào)度成功率，同時具有執(zhí)行開銷低的優(yōu)點。
　　結合飛行模擬器對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的實時調(diào)度目標，建立了這類任務的多處理器實時調(diào)度模型，并依此設計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的多處理器實時調(diào)度算法。詳細討論了基于對稱共享內(nèi)存多處理器非周期性仿真任務的全局調(diào)度器模型，啟發(fā)式估價函數(shù)的構造方法，調(diào)度算法

4、的可行性判定及任務分配與處理器空閑時間回收方法，探討了改善算法調(diào)度成功率及縮短任務響應時間的處理器空閑時間回收策略，并結合飛行模擬器對故障模擬的可靠性要求，提出了算法的容錯擴展方法。用模擬試驗驗證了上述方法的綜合使用能較好地適應于預留時間短、任務裕度低、容錯要求高以及激活執(zhí)行事件隨機到達的非周期性仿真任務實時調(diào)度環(huán)境，同時這些算法具有執(zhí)行開銷低的優(yōu)點。
　　通過對飛行模擬器混合網(wǎng)絡體系結構進行詳細分析，基于對虛擬令牌和實時通信控制

5、流程的設計，提出了一種新穎的基于虛擬令牌的以太網(wǎng)實時通信技術；基于對虛擬站點優(yōu)先級隊列（Virtual Node Priority Queue, VNPQ）和報文分類優(yōu)先級的設計，采用動態(tài)分配報文傳輸優(yōu)先級和局部修改CAN總線邏輯鏈路控制子層（Logical Link Control Sublayer, LLC）報文濾波的方法，提出了一種新穎的CAN總線實時性改進技術。并通過構建與飛行模擬器網(wǎng)絡通信環(huán)境配置相當?shù)臏y試平臺，對上述通信技術

6、進行了實時性測試，測試結果表明基于虛擬令牌的以太網(wǎng)實時通信技術和基于VNPQ的CAN總線實時通信技術能夠有效滿足飛行模擬器對混合網(wǎng)絡通信的實時性要求。
　　針對上述研究成果，對多處理器實時調(diào)度與通信技術在“飛行模擬器關鍵技術研究與試驗平臺”上的應用展開深入研究。基于在試驗平臺上與仿真子系統(tǒng)的集成，對仿真模型運行實時性，網(wǎng)絡通信實時性，和飛機正常起飛、著陸以及發(fā)生發(fā)動機鳥撞故障三種典型飛行訓練任務下飛行仿真結果響應時間的一致性進行了