学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于windows的计算机数字控制系统实时性的研究

作　者: 李彬
导　师: 李凤阁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 实时性 Windows CNC WDM驱动
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 171次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

Windows以其丰富的软件资源、多线程技术、稳定性和安全性等特性在操作系统领域一直处于领先的地位,使其逐渐成为工业控制领域流行的操作系统。但由于Windows系列操作系统为保持其稳定性和设备访问无关性,使得用户应用程序不能直接对硬件和设备进行操作。同时Windows的抢先式多任务的特性决定了若不对其加以改造则不能满足数控系统实时性的要求。由于Windows在线程调度、中断处理等各方面充分考虑了弱实时应用的需求,具有内核完全可被抢先、延迟过程调用等机制,其内核硬件中断延迟与实时操作系统的中断延迟差不多,因而可以通过对Windows系统进行实时扩展,提高其实时处理能力。为将Windows操作系统引入数控系统中,本文通过分析数控系统的性能要求和Windows操作系统的运行机制,找出了在Windows操作系统下开发实时数控系统的技术难点。采用编写设备驱动程序处理硬件中断的方法,克服了Windows操作系统设备相关性和实时性的不足。通过响应硬件中断的方式来调度数控任务,从而满足了数控系统的实时性要求。为进一步提高数控系统中断的优先级,分析了Rootkit技术中的IDT hook的方法,通过在IDT中挂接钩子函数的方法使数控任务优先于其它所有中断的运行,并降低其它中断执行时的IRQL,从而保证了数控系统中断发生时能够得到最及时的响应。而在数控程序结束后再跳回原中断,在不影响其它中断功能的前提下,实现了最高中断优先级。通过对Windows平台下的中断响应延迟特性进行测试,表明Windows系统在ISR级系统中断具有较高的确定性。通过合理安排数控任务的响应方式,可以极大提高系统的实时性,完全能够满足毫秒甚至亚毫秒周期的实时任务的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外发展综述  10-15
    1.2.1 基于PC机的数控装置的发展阶段  10-11
    1.2.2 通用PC机的纯软件数控装置典型操作平台  11-12
    1.2.3 解决Windows 实时性的主要方式  12-15
    1.2.4 国内研究状况  15
  1.3 本文研究内容  15-16
第2章 Windows平台实时性分析  16-29
  2.1 Windows实时特性分析  16-23
    2.1.1 Windows下应用程序权限级别  16-17
    2.1.2 Windows NT的体系结构  17-18
    2.1.3 线程优先级与中断优先级  18-21
    2.1.4 中断处理机制  21-23
  2.2 WDM驱动模型  23-25
    2.2.1 WDM驱动程序的分层结构  24-25
    2.2.2 WDM驱动程序的特点  25
  2.3 中断源的选择  25-27
    2.3.1 软件中断  25-26
    2.3.2 硬件中断  26-27
  2.4 本章小结  27-29
第3章数控系统实时性设计  29-47
  3.1 实时数控系统结构设计  29-33
    3.1.1 实时系统的定义及特点  29-30
    3.1.2 系统硬件结构  30
    3.1.3 系统软件结构  30-33
  3.2 数控系统WDM驱动程序设计  33-39
    3.2.1 数控设备的初始化工作  33-35
    3.2.2 访问设备硬件  35-36
    3.2.3 中断处理  36-37
    3.2.4 与人机界面的通信  37-38
    3.2.5 实现共享内存对象的方法  38-39
  3.3 进一步提高实时性的方法  39-46
    3.3.1 存在的问题及解决方案  39-40
    3.3.2 RootKit病毒中的IDT hook技术分析  40-45
    3.3.3 提高中断优先级的具体实现  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章实时性实际测试及其改进方法  47-57
  4.1 测试方法及硬件设计  47-48
  4.2 PCI板卡设计  48-50
    4.2.1 接口芯片的选择  48
    4.2.2 PC19052 的配置空间  48-50
  4.3 驱动程序设计  50-52
    4.3.1 开发工具的选择  50
    4.3.2 程序设计流程及部分代码  50-52
  4.4 中断延时测试结果与分析  52-55
    4.4.1 测试所采用的软硬件环境  53-54
    4.4.2 中断服务程序延迟测试  54-55
    4.4.3 延时过程调用延迟测试  55
    4.4.4 不同中断频率对系统性能的影响  55
  4.5 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

相似论文

高性能计算机I/O总线技术研究,TP336
基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
Windows内核态密码服务接口设计与实现,TP309.7
基于ARM9的Windows CE系统移植,TP316.7
一种自适应选择处理节点的时空查询算法,TN929.5
基于windows xp嵌入式系统的心电检测分析仪,R197.39
适用异构计算环境中监控软件系统的研究与实践,TP277
二维QR码识别算法研究及在智能手机上的应用,TN929.53
基于.NET WCF的行政审批系统设计与实现,TP311.52
600MW机组国产控制系统的研究与应用,TP273
基于ARM的手持终端PDA软硬件系统设计,TP368.33
恶意代码检测与分类技术研究,TP393.08
嵌入式系统在射频识别（RFID）读写器中的应用,TP368.12
基于Mobile的手机流媒体实时图像浏览客户端的软件设计,TN919.8
AWID/AWIS高速高机动平台控制系统研究与实现,TP273
基于Windows CE的图像采集与显示系统,TP391.41
基于Windows微过滤器模型的U盘透明加密文件系统（UTEFS）研制,TP309
嵌入式Linux的研究与优化,TP316.81
基于ARM的嵌入式操作系统的应用研究,TP316
基于Windows平台的便携式综合信息管理装置设计,TP311.52