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虚拟试验系统支撑平台实时性研究
作 者: 李骥
导 师: 姜守达
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 定时器 中断 多核CPU 进程 实时性技术
分类号: TP391.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 60次
引 用: 4次
阅 读: 论文下载
内容摘要
随着计算机仿真技术的发展,虚拟试验技术已经广泛应用于诸多领域。在某些应用领域中,实时性是评价系统性能的重要指标,决定了许多虚拟试验系统的应用,因此研究虚拟试验系统实时性技术具有重要意义。虚拟试验系统支撑平台是基于Windows操作系统的按照面向对象的思想和方法来构建试验系统。具有图形化界面,操作方便直观等特点。由于内部采用多任务机制,它的实时性不能满足实时任务的需要。本课题的目的是针对已有的虚拟试验系统支撑平台,提出提高该平台实时性的方法。研究虚拟试验系统支撑平台的执行效率及定时精度等性能参数。研究Windows操作系统的工作机制及实时性的局限因素,提出改进方案并实施,验证改良后的平台性能,使其仿真效果更加真实可靠。本文从虚拟试验系统支撑平台的工作环境入手,介绍并分析了几种提高任务实时性的关键技术。包括Windows驱动程序技术,修改Windows进程线程内核对象技术,多核CPU上亲缘性设定技术,IA-32架构中断管理技术和利用ICH-9芯片组内部硬件结构,设计实现硬件中断定时器技术等。本文最后利用所介绍和分析的关键技术,通过编写Windows驱动程序和用户操作界面应用程序,设计并实现了一个改进实时性软件系统。实验测试的结果表明,文章中所设计的改进实时性软件系统可以有效地提高Windows操作系统下虚拟试验系统支撑平台仿真任务的实时性。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第1章 绪论 8-12 1.1 课题背景 8-9 1.1.1 实时仿真技术概述 8 1.1.2 虚拟试验系统支撑平台在Windows操作系统下的实时性 8-9 1.2 课题的目的及意义 9 1.3 实时仿真技术研究现状及分析 9-10 1.4 主要研究内容 10-11 1.5 本文结构 11-12 第2章 虚拟试验支撑平台实时性分析 12-18 2.1 虚拟试验支撑平台简介 12-13 2.2 虚拟试验支撑平台实时性相关因素 13-16 2.2.1 虚拟试验支撑平台定时器 13-15 2.2.2 虚拟试验支撑平台任务调度 15-16 2.3 改进虚拟试验支撑平台实时性方案 16-17 2.3.1 定制高精度硬件定时器 16 2.3.2 调整Windows内核任务调度机制 16-17 2.4 本章小结 17-18 第3章 高精度定时器设计 18-40 3.1 8254 中断定时器 18-19 3.2 高级可编程中断控制器APIC 19-22 3.2.1 IOAPIC 20-21 3.2.2 LAPIC 21-22 3.3 IA-32 处理器中断机制 22-28 3.3.1 全局和局部描述符表 22-24 3.3.2 系统段描述符和门 24 3.3.3 中断处理 24 3.3.4 IDTR中断描述符表寄存器和中断描述符表(IDT) 24-25 3.3.5 IDT描述符 25-26 3.3.6 中断处理例程 26-28 3.4 Windows驱动程序 28-34 3.4.1 Windows XP驱动程序的基本概念 28-31 3.4.2 驱动程序基本结构 31-33 3.4.3 Windows驱动程序的加载与调用 33-34 3.5 Windows中断实现高精度定时器修改 34-39 3.5.1 8254 中断定时器驱动程序编写 34-36 3.5.2 编写IOAPIC设备驱动程序 36-38 3.5.3 Hook Windows操作系统默认IDT 38-39 3.6 本章小结 39-40 第4章 内核任务调度方式改进 40-53 4.1 Windows进程线程管理内核对象 40-45 4.2 CPU亲缘性管理 45-52 4.2.1 CPU亲缘性 45-47 4.2.2 系统信息读取 47 4.2.3 系统进程线程枚举 47-48 4.2.4 线程管理服务系统应用程序设计 48-49 4.2.5 Windows内核结构体修改 49 4.2.6 CPU核心硬件中断分配 49-52 4.3 本章小结 52-53 第5章 软件应用与测试 53-61 5.1 软件用户界面 53-54 5.2 软件性能测试 54-59 5.2.1 8254PIT定时器性能测试 54-57 5.2.2 改进前后任务实时性比对 57-59 5.3 本章小结 59-61 结论 61-62 参考文献 62-65 攻读学位期间发表的学术论文 65-67 致谢 67
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 计算机仿真
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