淺談仿真計算機及實時網絡技術的應用和發展
論文關鍵詞： 仿真計算機 網絡技術 仿真工作站
論文摘要： 在分析專用數字仿真計算機的特點的基礎上提出半實物仿真對仿真計算機和實時網絡的需求，并且介紹相關技術的新進展。實踐證明仿真工作站和實時網絡方案是完全可以滿足仿真發展需求的。
作為信息技術核心的計算機技術自其誕生之日起經歷了50多年的發展，以廣泛應用于國民經濟和社會生活中。而作為計算機技術重要組成部分的計算機三維視景仿真技術，因其有效性、經濟性、安全性、直觀性等特點而受到廣泛的應用。它是在計算機圖形學基礎上發展起來的一種仿真應用技術。
據最新統計資料表明，計算機仿真技術是當前應用最廣泛的實用技術之一，虛擬現實（VR，Virtual Reality）是計算機世界最熱門的一個詞匯。視景仿真技術是計算機仿真技術的重要分支，是計算機技術、圖形圖像處理與生成技術、多媒體技術、信息合成技術、顯示技術等諸多高新技術的綜合運用。
1 專用數字仿真計算機的特點
1.1 仿真計算機的用途和發展
圍繞著對仿真計算機的計算速度、內存容量、接口等基本特性要求，在半實物仿真系統中先后采用了模擬計算機、數模混合計算機、專用數字仿真計算機等類型的仿真計算機。尤其是以AD100及國產YF-2為代表的專用數字仿真計算機在國內、外的一些制導武器半實物仿真系統中得到了廣泛的應用。
1.2 專用數字仿真計算機的優點
以AD100及國產YF-2為代表的專用數字仿真計算機主要優點有：
① 采用異構同步并行多處理機、廣播式數據總線方案解決了計算速度和存儲容量問題；② 設計專用仿真語言，該語言簡潔、編程方便，而且還集成了常用的數值積分算法模塊，方便使用，同時還能夠實現精確仿真計算幀時的定時；③ 提供高速A/D、D/A接口，開關量輸入輸出接口及數字量（DPM）等接口形式，實現仿真計算機同仿真系統的連接。
1.3 專用仿真計算機存在的不足
① 數字接口能力不足：該型仿真計算機雖然提供了較全面的接口形式，但主要還是以模擬量接口為主，數字接口僅能適用幾種非主流總線形式（Q-bus等），而且在傳輸距離、傳輸速度等方面性能不佳，數字接口能力不足；② 維護性不方便：這類專用數字仿真計算機采用專用設計結構，與通用計算機有著較大的差別，硬件維護和軟件管理需要配置專人，而且出現故障不象通用計算機那樣容易替換，易影響試驗進度。從人力資源配置和快速維護性上看有不足之處。
1.4 仿真計算機的新要求
隨著仿真系統間的信息交換已開始轉入以數字信號為主，專用數字仿真計算機在數字接口方面能力的不足就顯示出來了。仿真設備控制、管理使用的計算機都是通用型的微機（含工控機），應用廣泛且有著豐富的應用軟件和接口形式，各種高速數字接口各具特色。因此系統應用的關鍵是迫切需要找到一個仿真計算機的新方案，既能保持專用數字仿真計算機的優點又能滿足高速實時數字接口的需求。這個需求就是對航空制導武器半實物仿真系統中仿真計算機的新要求。
2 仿真計算機和實時網絡技術的新發展
2.1 實時網絡技術
高速數字接口的形式雖然很多，但在仿真系統中的應用還要考慮到系統中信息的共用性，即多個設備共用某些信息。如對目標信息來說，目標特征信號生成裝置、目標運動仿真器、數據鏈傳輸仿真設備都要用。這是因為系統本身復雜，信息交換多和相應仿真系統設備規模大，耦合多。
考慮到仿真系統信息共用性特點，那些點對點的接口形式不易采用，而網絡式、廣播式的接口形式更容易滿足要求。同時半實物仿真系統信息交換還要求各信息節點的信息要同步更新，換句話說，就是信息傳輸延遲要小。
經過綜合比較分析，光纖反射內存影射式實時網絡（RT-net）比較符合半實物仿真系統的技術要求。它們的共同特點是利用映射式的信息傳送方法，某一節點的內容自動映射到所有節點， 這種映射是由硬件完成的，系統延遲小。高速、延遲小和信息更新同步的特點適合仿真的需要。這種網絡一般有兩種拓撲結構，一種是環行網，另一種是通過實時HUB連接的星型網。
理論上，HUB結構的網絡數據到達各個節點的時間沒有延遲，能做到信息同步更新。而且一個節點故障只影響本節點，不影響整個網絡。這一特性對進行系統局部聯試時非常有用，不必所有設備均開機。
RTnet的運行機制很簡單，分布式計算機系統內，每臺結點機上插一塊 RTnet卡，卡上有雙端口讀寫內存，通過驅動軟件可以讀寫這些內存，當數據被寫入一臺機器的內存中后，RTnet卡自動地通過光纖傳輸到其他連在網絡上的 RTnet卡的內存里，通常只需幾百納秒的時間延遲，所有RTnet卡上的內存將寫入同樣的內容。各成員在訪問數據時，只要訪問本地的RTnet卡內存即可。
RTnet適應的計算機總線形式一般都有PCI、MultiBus、VME等，在常用的操作系統，如DOS、WindowsXP、Windows2000環境下都可正常工作。
2.2 綜合應用
仿真工作站替代專用數字仿真計算機本身難度不大，二者的軟件內核基本一致，經過軟件移植，幾乎所有先前做過的工作都可以繼承下來。仿真系統集成的關鍵是實時網絡在系統中的配置和二次應用開發。有這樣幾方面的工作要做：
① 仿真工作站同實時網絡的接口檢查：雖然仿真工作站是基于通用工作站基礎上設計的，但這種通用工作站與通用微機之間還會有些微小的差別。② 各仿真設備控制計算機的適應性修改：仿真設備功能各異，研制情況不同，其控制計算機的操作系統不統一，有DOS、WindowsXP、Windows2000等版本，因此相應的設備驅動板卡等不相同。為了保證網絡系統穩定運行，簡化應用開發工作，有必要對能夠升級的設備控制計算機進行統一配置，還要對相應設備驅動卡、驅動程序進行更改。③ 共享內存分配表的建立：由于是共享內存機制，所以應對數據存儲地址的統一分配，明確各個信息的讀寫地址。對系統中注冊信息、節點狀態標志、同步時鐘等信息使用的地址也要進行規定。
總之，隨著分布式計算機仿真系統、虛擬樣機分布仿真系統的廣泛開發和應用，實時網絡技術做為一種快速的信息交換手段會得到更廣泛的應用。
參考文獻：
[1]劉曉寧，基于HLA的多目標攻擊綜合仿真系統開發，彈箭與制導學報，2006（2）.
[2]李剛，仿真機與仿真網絡相結合的仿真系統框架研究，微處理機，2007（3）.－7597（2011）0720007－01
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