淺談仿真計算機(jī)及實時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
論文關(guān)鍵詞： 仿真計算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 仿真工作站
論文摘要： 在分析專用數(shù)字仿真計算機(jī)的特點的基礎(chǔ)上提出半實物仿真對仿真計算機(jī)和實時網(wǎng)絡(luò)的需求，并且介紹相關(guān)技術(shù)的新進(jìn)展。實踐證明仿真工作站和實時網(wǎng)絡(luò)方案是完全可以滿足仿真發(fā)展需求的。
作為信息技術(shù)核心的計算機(jī)技術(shù)自其誕生之日起經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，以廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中。而作為計算機(jī)技術(shù)重要組成部分的計算機(jī)三維視景仿真技術(shù)，因其有效性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、直觀性等特點而受到廣泛的應(yīng)用。它是在計算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種仿真應(yīng)用技術(shù)。
據(jù)最新統(tǒng)計資料表明，計算機(jī)仿真技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的實用技術(shù)之一，虛擬現(xiàn)實（VR，Virtual Reality）是計算機(jī)世界最熱門的一個詞匯。視景仿真技術(shù)是計算機(jī)仿真技術(shù)的重要分支，是計算機(jī)技術(shù)、圖形圖像處理與生成技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息合成技術(shù)、顯示技術(shù)等諸多高新技術(shù)的綜合運(yùn)用。
1 專用數(shù)字仿真計算機(jī)的特點
1.1 仿真計算機(jī)的用途和發(fā)展
圍繞著對仿真計算機(jī)的計算速度、內(nèi)存容量、接口等基本特性要求，在半實物仿真系統(tǒng)中先后采用了模擬計算機(jī)、數(shù)�；旌嫌嬎銠C(jī)、專用數(shù)字仿真計算機(jī)等類型的仿真計算機(jī)。尤其是以AD100及國產(chǎn)YF-2為代表的專用數(shù)字仿真計算機(jī)在國內(nèi)、外的一些制導(dǎo)武器半實物仿真系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
1.2 專用數(shù)字仿真計算機(jī)的優(yōu)點
以AD100及國產(chǎn)YF-2為代表的專用數(shù)字仿真計算機(jī)主要優(yōu)點有：
�、� 采用異構(gòu)同步并行多處理機(jī)、廣播式數(shù)據(jù)總線方案解決了計算速度和存儲容量問題；② 設(shè)計專用仿真語言，該語言簡潔、編程方便，而且還集成了常用的數(shù)值積分算法模塊，方便使用，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)精確仿真計算幀時的定時；③ 提供高速A/D、D/A接口，開關(guān)量輸入輸出接口及數(shù)字量（DPM）等接口形式，實現(xiàn)仿真計算機(jī)同仿真系統(tǒng)的連接。
1.3 專用仿真計算機(jī)存在的不足
�、� 數(shù)字接口能力不足：該型仿真計算機(jī)雖然提供了較全面的接口形式，但主要還是以模擬量接口為主，數(shù)字接口僅能適用幾種非主流總線形式（Q-bus等），而且在傳輸距離、傳輸速度等方面性能不佳，數(shù)字接口能力不足；② 維護(hù)性不方便：這類專用數(shù)字仿真計算機(jī)采用專用設(shè)計結(jié)構(gòu)，與通用計算機(jī)有著較大的差別，硬件維護(hù)和軟件管理需要配置專人，而且出現(xiàn)故障不象通用計算機(jī)那樣容易替換，易影響試驗進(jìn)度。從人力資源配置和快速維護(hù)性上看有不足之處。
1.4 仿真計算機(jī)的新要求
隨著仿真系統(tǒng)間的信息交換已開始轉(zhuǎn)入以數(shù)字信號為主，專用數(shù)字仿真計算機(jī)在數(shù)字接口方面能力的不足就顯示出來了。仿真設(shè)備控制、管理使用的計算機(jī)都是通用型的微機(jī)（含工控機(jī)），應(yīng)用廣泛且有著豐富的應(yīng)用軟件和接口形式，各種高速數(shù)字接口各具特色。因此系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵是迫切需要找到一個仿真計算機(jī)的新方案，既能保持專用數(shù)字仿真計算機(jī)的優(yōu)點又能滿足高速實時數(shù)字接口的需求。這個需求就是對航空制導(dǎo)武器半實物仿真系統(tǒng)中仿真計算機(jī)的新要求。
2 仿真計算機(jī)和實時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新發(fā)展
2.1 實時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
高速數(shù)字接口的形式雖然很多，但在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用還要考慮到系統(tǒng)中信息的共用性，即多個設(shè)備共用某些信息。如對目標(biāo)信息來說，目標(biāo)特征信號生成裝置、目標(biāo)運(yùn)動仿真器、數(shù)據(jù)鏈傳輸仿真設(shè)備都要用。這是因為系統(tǒng)本身復(fù)雜，信息交換多和相應(yīng)仿真系統(tǒng)設(shè)備規(guī)模大，耦合多。
考慮到仿真系統(tǒng)信息共用性特點，那些點對點的接口形式不易采用，而網(wǎng)絡(luò)式、廣播式的接口形式更容易滿足要求。同時半實物仿真系統(tǒng)信息交換還要求各信息節(jié)點的信息要同步更新，換句話說，就是信息傳輸延遲要小。
經(jīng)過綜合比較分析，光纖反射內(nèi)存影射式實時網(wǎng)絡(luò)（RT-net）比較符合半實物仿真系統(tǒng)的技術(shù)要求。它們的共同特點是利用映射式的信息傳送方法，某一節(jié)點的內(nèi)容自動映射到所有節(jié)點， 這種映射是由硬件完成的，系統(tǒng)延遲小。高速、延遲小和信息更新同步的特點適合仿真的需要。這種網(wǎng)絡(luò)一般有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一種是環(huán)行網(wǎng)，另一種是通過實時HUB連接的星型網(wǎng)。
理論上，HUB結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)各個節(jié)點的時間沒有延遲，能做到信息同步更新。而且一個節(jié)點故障只影響本節(jié)點，不影響整個網(wǎng)絡(luò)。這一特性對進(jìn)行系統(tǒng)局部聯(lián)試時非常有用，不必所有設(shè)備均開機(jī)。
RTnet的運(yùn)行機(jī)制很簡單，分布式計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，每臺結(jié)點機(jī)上插一塊 RTnet卡，卡上有雙端口讀寫內(nèi)存，通過驅(qū)動軟件可以讀寫這些內(nèi)存，當(dāng)數(shù)據(jù)被寫入一臺機(jī)器的內(nèi)存中后，RTnet卡自動地通過光纖傳輸?shù)狡渌B在網(wǎng)絡(luò)上的 RTnet卡的內(nèi)存里，通常只需幾百納秒的時間延遲，所有RTnet卡上的內(nèi)存將寫入同樣的內(nèi)容。各成員在訪問數(shù)據(jù)時，只要訪問本地的RTnet卡內(nèi)存即可。
RTnet適應(yīng)的計算機(jī)總線形式一般都有PCI、MultiBus、VME等，在常用的操作系統(tǒng)，如DOS、WindowsXP、Windows2000環(huán)境下都可正常工作。
2.2 綜合應(yīng)用
仿真工作站替代專用數(shù)字仿真計算機(jī)本身難度不大，二者的軟件內(nèi)核基本一致，經(jīng)過軟件移植，幾乎所有先前做過的工作都可以繼承下來。仿真系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是實時網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)中的配置和二次應(yīng)用開發(fā)。有這樣幾方面的工作要做：
�、� 仿真工作站同實時網(wǎng)絡(luò)的接口檢查：雖然仿真工作站是基于通用工作站基礎(chǔ)上設(shè)計的，但這種通用工作站與通用微機(jī)之間還會有些微小的差別。② 各仿真設(shè)備控制計算機(jī)的適應(yīng)性修改：仿真設(shè)備功能各異，研制情況不同，其控制計算機(jī)的操作系統(tǒng)不統(tǒng)一，有DOS、WindowsXP、Windows2000等版本，因此相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動板卡等不相同。為了保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，簡化應(yīng)用開發(fā)工作，有必要對能夠升級的設(shè)備控制計算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一配置，還要對相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動卡、驅(qū)動程序進(jìn)行更改。③ 共享內(nèi)存分配表的建立：由于是共享內(nèi)存機(jī)制，所以應(yīng)對數(shù)據(jù)存儲地址的統(tǒng)一分配，明確各個信息的讀寫地址。對系統(tǒng)中注冊信息、節(jié)點狀態(tài)標(biāo)志、同步時鐘等信息使用的地址也要進(jìn)行規(guī)定。
總之，隨著分布式計算機(jī)仿真系統(tǒng)、虛擬樣機(jī)分布仿真系統(tǒng)的廣泛開發(fā)和應(yīng)用，實時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做為一種快速的信息交換手段會得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉曉寧，基于HLA的多目標(biāo)攻擊綜合仿真系統(tǒng)開發(fā)，彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2006（2）.
[2]李剛，仿真機(jī)與仿真網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的仿真系統(tǒng)框架研究，微處理機(jī)，2007（3）.－7597（2011）0720007－01
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