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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
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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。

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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