CN114047712A - 一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，包括以下步骤：S1，对反射内存地址空间进行地址分配，任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。还包括以下步骤：S2，校验仿真数据完整性。本发明解决了现有技术存在的同时写操作异常和读写冲突的问题。

Description

一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法

技术领域

本发明涉及半实物仿真技术领域，具体是一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法。

背景技术

在半实物仿真系统中，因为仿真节点数量多，每个节点工作特性各不相同，各节点之间通信关系复杂，因此仿真系统数据通信一直是半实物仿真系统的一个技术难点。

VMIC反射内存是一种通过局域网在互连的计算机间提供高效的数据传输的技术，强实时网络设计人员已经越来越多地采用这种技术。VMIC反射内存实时局域网的概念十分简单，就是设计一种网络内存板，在分布系统中实现内存至内存的通信，并且没有软件开销。每台结点机上插一块反射内存卡，卡上带有双口内存，各层软件既可以读也可以写这些内存，当数据被写入一台机器的反射内存卡的内存中后，反射内存卡自动地通过光纤传输到其他连在网络上的反射内存卡的内存里，通常，只需几百纳秒的时间延迟，所有的反射内存卡上的内存将写入同样的内容。而各成员在访问数据时，只要访问本地的反射内存卡中的内存即可。反射内存可广泛用于各种领域，例如实时的飞行仿真器、核电站仿真器、电讯、高速过程控制(轧钢厂和制铝厂)、高速测试和测量以及军事系统。

对于半实物仿真系统，使用反射内存进行数据传输存在以下优点：

高速的、基于2.12G波特率的网络，最大传输速率可达174Mbyte/s；简单易用；与操作系统和处理器无关；彻底省去软件开发开销和周期；可以实现实时连接的稳定的数据传输。

使用反射内存进行数据传输优点很突出，但是在半实物仿真系统中使用反射内存进行数据通信也存在两个显著问题：

同一地址在同一时刻只能被一个节点写操作，否则会出现异常错误；某一地址的数据在被某个节点读取时，有可能正在被其他节点写操作，造成读取数据错误。

上述两个问题影响了反射内存在半实物仿真系统中的使用，因为在仿真系统中半实物设备各个节点工作时序各不相同，需要通过复杂的编程避免上述两个情况发生。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，解决现有技术存在的同时写操作异常和读写冲突的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，包括以下步骤：

S1，对反射内存地址空间进行地址分配，任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，将反射内存地址空间分为基本数据区和仿真数据区。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，按照仿真节点分配基本数据区内地址段，每个仿真节点独占一个地址段。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，每个仿真节点基本数据区内根据半实物仿真数据特性划分为：基本参数区、仿真命令区、仿真状态区、简单数据区；所述基本参数区用于存储仿真节点上报的仿真初始参数，基本参数区数据在仿真过程中不修改；仿真命令区用于其它仿真节点向当前仿真节点发送仿真控制命令；仿真状态区用于存储当前仿真节点上报自身状态信息、命令执行信息；简单数据区用于存储当前仿真节点上报的简单仿真数据信息。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，按照最大可支持仿真节点数量平均分配基本数据区内地址段。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，各个仿真节点在对仿真数据区进行写操作时，采用分段循环写入的方式。

作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：

S2，校验仿真数据完整性。

作为一种优选的技术方案，每段仿真数据均有完整性校验设计，执行写操作时仿真数据的头部和尾部均加入唯一性的校验码，读取时仿真数据的头部校验码和尾部校验码必须匹配，以证明仿真数据是完整的。

作为一种优选的技术方案，进行写操作时，可直接进行，不需要进行状态验证或等待。

作为一种优选的技术方案，进行读操作时：只执行读操作时，不需要进行等待，可直接进行；读取完成后应该执行数据完整性验证，如果仿真数据不完整，应该重复读取验证流程，直至通过验证为止。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

本发明地址分配时遵循以下原则：任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。本发明采用地址分配的方式来避免同时写操作异常。本发明通过仿真数据完整性校验，可检验读取的仿真数据是否完整正确，避免了读写冲突。

附图说明

图1为本发明的步骤示意图；

图2为仿真数据读取逻辑图；

图3为通信协议使用流程图；

图4为半实物仿真节点通信流程图；

图5为半实物仿真系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图5所示，一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，包括以下步骤：

S1，对反射内存地址空间进行地址分配，任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。

本发明地址分配时遵循以下原则：任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。本发明采用地址分配的方式来避免同时写操作异常。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，将反射内存地址空间分为基本数据区和仿真数据区。

本发明针对基本数据、仿真数据的数据特性将反射内存地址空间分为两个区域，从而进一步便于避免同时写操作异常。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，按照仿真节点分配基本数据区内地址段，每个仿真节点独占一个地址段。

这进一步便于避免同时写操作异常。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，每个仿真节点基本数据区内根据半实物仿真数据特性划分为：基本参数区、仿真命令区、仿真状态区、简单数据区；所述基本参数区用于存储仿真节点上报的仿真初始参数，基本参数区数据在仿真过程中不修改；仿真命令区用于其它仿真节点向当前仿真节点发送仿真控制命令；仿真状态区用于存储当前仿真节点上报自身状态信息、命令执行信息；简单数据区用于存储当前仿真节点上报的简单仿真数据信息。

每个节点基本数据区内又根据半实物仿真数据特性进行划分。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，按照最大可支持仿真节点数量平均分配基本数据区内地址段。

平均分配有利于提高适用范围，提高可靠性。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，各个仿真节点在对仿真数据区进行写操作时，采用分段循环写入的方式。

分段循环写入便于降低每个内存地址写入频度。

作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：

S2，校验仿真数据完整性。

通过仿真数据完整性校验，可检验读取的仿真数据是否完整正确，避免了读写冲突。

实施例2

如图1至图5所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

作为一种优选的技术方案，每段仿真数据均有完整性校验设计，执行写操作时仿真数据的头部和尾部均加入唯一性的校验码，读取时仿真数据的头部校验码和尾部校验码必须匹配，以证明仿真数据是完整的。

在仿真数据的头部和尾部设置唯一性的校验码，操作便利；通过校验仿真数据的头部校验码和尾部校验码的完整性，可检验读取的仿真数据是否完整正确，避免了读写冲突。

作为一种优选的技术方案，进行写操作时，可直接进行，不需要进行状态验证或等待。

根据地址分配方案，每个仿真节点分配了专有的写操作地址段，故多个仿真节点同时对反射内存进行写操作时，不会出现多个仿真节点同时写入相同地址段导致写操作异常的情况，因此每个仿真节点写操作可直接进行。

作为一种优选的技术方案，进行读操作时，不需要进行等待，可直接进行；读取完成后应该执行数据完整性验证，如果仿真数据不完整，应该重复读取验证流程，直至通过验证为止。

反射内存读取仿真数据错误主要原因是，某一地址的仿真数据在被某个仿真节点读取时，有可能正在被其他仿真节点写操作，造成读取仿真数据错误；但读取完成后执行数据完整性验证，则可有效避免了读取仿真数据错误的问题。

实施例3

如图1至图5所示，本实施例包含实施例1、实施例2的全部技术特征，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。

本发明设计了一种基于反射内存网的半实物仿真系统数据通信协议，综合考虑了半实物仿真节点的特性，以及半实物仿真系统中数据通信特性，以数据通信协议的方式避免了同时写操作异常和读写冲突的问题。

上述两个问题影响了反射内存在半实物仿真系统中的使用，因为在仿真系统中半实物设备各个节点工作时序各不相同，需要通过复杂的编程避免上述两个情况发生。

本发明通信协议主要包括地址分配方案,数据读写规则，具体采用下面的步骤：

1)地址分配方案：

本通信协议采用地址分配的方式来避免同时写操作异常，地址分配时遵循以下原则：

任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作；

根据半实物仿真系统特性，仿真过程中需要交互的数据可以分为两类，一类为基本数据(例如控制命令，设备状态等)，传输特点为数据量小，通信频繁，写操作涉及节点较多；另一类为仿真数据(如仿真场景、仿真处理结果等)，传输特点为数据量大，数据率较低，写操作涉及节点较少；本发明主要针对这两种数据特性开展设计。

首先将反射内存地址空间分为两个区域(以128M容量反射内存，64仿真节点仿真系统为例进行说明)：

基本数据区：占据反射内存1/4容量空间；地址区间为0x0000000-0x1FFFFFF，容量32M；

仿真数据区：占据反射内存3/4容量空间；地址区间为0x2000000-0x7FFFFFF，容量96M；

基本数据区内地址段分配采取按照最大可支持仿真节点数量平均分配原则，每个仿真节点独占一个地址段，该分配方案最大支持64个半实物仿真系统节点，则每个仿真节点可以依次分配0.5MB空间，每个仿真节点基本数据区内又根据半实物仿真数据特性进行划分：

表1 仿真节点基本数据区地址段功能分配表

仿真数据区占据反射内存3/4容量空间；以128MB反射内存为例，总共有96MB空间可供分配。在仿真数据区内部采取人工分配的方式，根据各个仿真节点所需要上报数据的容量，分配相应的地址和容量空间(各个仿真节点的仿真数据区地址段均为独占，不可重叠)，最小可划分容量空间为1MB。每个仿真节点分配的地址和容量写入该仿真节点的基本参数区。

各个仿真节点在对仿真数据区进行写操作时，采用分段循环写入的方式，以降低每个内存地址写入频度，分段数量一般选取4-8个。仿真节点根据自身仿真数据区起始地址，以及数据分段长度和上次上报数据位置，计算本次数据上报起始地址，数据上报完成后在仿真状态区写入最新上报数据所在地址。

举例如下：

假定某仿真节点分配的仿真数据区地址段为0x2000000-0x2FFFFFF，容量为16MB,数据分段长度为4MB，分段数量为4。则该仿真节点数据上报的起始地址依次为0x2000000、0x2400000、0x2800000、0x2C00000,当第四次数据上报完成后，数据上报地址重新回到0x2000000，开始下一轮循环。

其它仿真节点读取该仿真节点上报的仿真数据时，先从该仿真节点的仿真状态区读取最新数据所在地址，然后从仿真数据区对应位置读取数据，并通过数据完整性校验，避免读写冲突。

2)数据读写规则：

本通信协议通过数据完整性校验来避免读写冲突，读写数据时遵循以下原则：

每段数据均有完整性校验设计(写入时数据头部和尾部有唯一性的校验码，读取时头尾校验码必须匹配，证明数据是完整的)；

写操作：因为独占相应区域写操作权限，因此执行写操作可直接进行，不需要进行状态验证或等待；

读操作：因为反射内存可以进行同时读写，因此只执行读取操作时，不需要进行等待，可直接进行，但是读取完成后应该执行数据完整性验证，如果数据不完整，应该重复读取验证流程，直至通过验证为止，软件中应该设置重复读取次数上限，达到该上限则应中断操作上报异常；

本发明通过对半实物仿真系统数据通信特性分析，设计了一种及与反射内存的数据通信协议。通过合理分配各个仿真节点的数据地址、以及读写规则，满足了多节点半实物仿真系统的数据通信要求。本发明对半实物仿真类型没有限制，可适用于各类多节点半实物仿真系统。

实施例4

如图1至图5所示，本实施例包含实施例1～实施例3的全部技术特征，本实施例在实施例1～实施例3的基础上，提供更细化的实施方式。

本实施实例为一个在半实物仿真系统中应用本数据通信协议，具体实施步骤：

1、半实物仿真系统规模分析确认：

本半实物仿真系统包含9台半实物模拟器，10个控制终端，6台数据处理终端，9台结果显示终端，3台数据记录终端，仿真节点数为37，可虑到系统可扩展冗余，采用最大64节点进行系统设计；

2、地址分配：

半实物仿真系统采用128MB反射内存，地址分配如下：

表2 基本数据区地址分配表

表3 仿真数据区地址分配表

3、应用编程；

按照地址分配以及读写规则，选用C++作为程序设计语言，完成通信类data_fiber代码编程，包括data_fiber.h和data_fiber.cpp两个文件，主要类函数简介如下：

表4 类函数简介表

4、应用实现；

在半实物仿真系统各个节点控制程序中嵌入data_fiber通信类，实现了各个节点之间仿真数据传输，多种类型数据在各个节点间正常交互，系统运行良好。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对反射内存地址空间进行地址分配，任意地址段只有一个仿真节点有权限进行写操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S1中，将反射内存地址空间分为基本数据区和仿真数据区。

3.根据权利要求2所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S1中，按照仿真节点分配基本数据区内地址段，每个仿真节点独占一个地址段。

4.根据权利要求3所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S1中，每个仿真节点基本数据区内根据半实物仿真数据特性划分为：基本参数区、仿真命令区、仿真状态区、简单数据区；所述基本参数区用于存储仿真节点上报的仿真初始参数，基本参数区数据在仿真过程中不修改；仿真命令区用于其它仿真节点向当前仿真节点发送仿真控制命令；仿真状态区用于存储当前仿真节点上报自身状态信息、命令执行信息；简单数据区用于存储当前仿真节点上报的简单仿真数据信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S1中，按照最大可支持仿真节点数量平均分配基本数据区内地址段。

6.根据权利要求5所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S1中，各个仿真节点在对仿真数据区进行写操作时，采用分段循环写入的方式。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S2，校验仿真数据完整性。

8.根据权利要求7所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，每段仿真数据均有完整性校验设计，执行写操作时仿真数据的头部和尾部均加入唯一性的校验码，读取时仿真数据的头部校验码和尾部校验码必须匹配，以证明仿真数据是完整的。

9.根据权利要求8所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，进行写操作时，可直接进行，不需要进行状态验证或等待。

10.根据权利要求9所述的一种基于反射内存网的半实物仿真系统的数据通信方法，其特征在于，进行读操作时：只执行读操作时，不需要进行等待，可直接进行；读取完成后应该执行数据完整性验证，如果仿真数据不完整，应该重复读取验证流程，直至通过验证为止。

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