多层次并行与分布实时仿真平台关键技术研究

随着实时仿真应用规模和性能需求的提高,满足高性能、大规模的实时仿真需求,提高平台的重用性、扩展性和标准化,成为实时仿真平台构建的关键问题,多层次并行分布实时仿真平台的研究正是在这一背景展开的。基于DSP (Digital Signal Processor)等硬件的实时仿真平台扩展,在计算稳定性、时间控制精度、高速数据通讯等方面,具有通用计算机不可比拟的优势,能够提供微秒级的实时仿真环境,满足信号级实时仿真的需求。本文在传统实时仿真平台研究的基础上,提出了实时仿真平台层次架构的设计思想,重点讨论了基于DSP实时仿真平台的扩展.论文首先从并行分布实时仿真平台的约束关系入手,基于实时仿真应用需求,分析了衡量仿真平台的性能指标和信号级实时仿真应用的特点,在此基础上提出了层次化结构的设计思想,从平台的硬件组成、软件管理、模型特点等方面,将仿真平台分为：非实时层、弱实时层、强实时层和苛刻实时层,并重点分析了苛刻实时层的实现特点和硬件选型。在仿真平台层次化架构研究的基础上,实现了基于DSP苛刻实时仿真层的设计与开发。

设计与实现了基于单节点DSP的苛刻实时仿真层,并通过实验验证在计算稳定性、通讯实时性上,具有通用计算机不可比拟的优势。为实现苛刻实时仿真层的扩展,研究了通讯性能与多节点DSP苛刻实时仿真层性能间的关系,提出了苛刻实时层单板多节点多设计的基本原则,实现了基于三级存储结构的多节点苛刻实时仿真层设计,并以此提供了不同形式的扩展以及平台化的结构方案。结合多层次PDRTS硬件平台的实现,为保证仿真平台的时间控制,论文研究了仿真平台尤其是苛刻实时仿真层的时间管理。在传统并行分布仿真平台时间管理的分析基础之上,针对苛刻实时仿真层,提出了基于GPS的PPS时钟信号和高精度时钟晶振信号相结合的仿真时钟控制机制,实现了局部偏差(Local Error)与全局偏差(Global Error)相互校正的时钟控制策略。

基于硬件实现苛刻实时仿真层的时钟控制,提出了TTSU同步启动策略和QHCS同步控制策略,并从理论上分析了相应同步策略的性能。接下来,在保证平台实时性能的基础上为提高执行效率,论文对仿真平台调度策略进行了研究。在仿真任务和平台形式化描述的基础上,首先研究了静态调度策略,针对遗传算法和交互优先调度策略的缺陷,论文根据多层次仿真平台的特点,提出了多层次等

效负载(MLEL)调度策略,经实验证明该策略可以有效地减少任务聚集,提高仿真平台的整体性能。为弥补静态条件的获取误差,增加平台的容错能力,论文研究了动态调度策略,提出了基于任务复制策略,以消除状态冻结带来的任务执行延迟,设计了平台的整体调度策略,提出了静态调度与动态调度相结合的调度思想。

最后,论文介绍了仿真平台的整体设计与实现。在多层次实时仿真平台关键技术研究的基础上,设计并实现了多层次并行分布实时仿真平台的原型系统。通过XX突防系统仿真实例的应用,验证了仿真平台层次化的设计思想,展示了平台的可扩展性、可重用性以及可定制性。