重演技術(shù)在某系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

姚 軍

（海軍裝備部，陜西西安 710043）

重演技術(shù)在某系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

姚 軍

（海軍裝備部，陜西西安 710043）

為解決當(dāng)前重演技術(shù)采用視頻錄?。胤拍Ｊ皆谇度胧较到y(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了在Vx-Works操作系統(tǒng)下，應(yīng)用多任務(wù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作過(guò)程事后重演的一種數(shù)據(jù)重演解決方案，具有不需增加輔助設(shè)備、可以實(shí)現(xiàn)選取時(shí)段任意次進(jìn)行重演等特點(diǎn)，對(duì)深化系統(tǒng)層面的重演技術(shù)研究具有借鑒意義。

重演；記錄；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；任務(wù)間通信

重演技術(shù)已廣泛應(yīng)用于仿真和教學(xué)領(lǐng)域，尤其在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，重演技術(shù)在系統(tǒng)故障分析和排除、工作流程分析和完善、系統(tǒng)效能評(píng)估、教學(xué)和培訓(xùn)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的重演工作方式一般為：應(yīng)用視頻攝錄設(shè)備錄取系統(tǒng)的工作過(guò)程，事后重播視頻實(shí)現(xiàn)重演。上述重演方式下，應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)備不參與重演工作過(guò)程；尤其是分布放置的大型系統(tǒng)，需要多臺(tái)視頻攝錄裝置同時(shí)參與記錄和重演工作，且多臺(tái)裝置間很難做到時(shí)鐘同步。

筆者提出的重演技術(shù)，以數(shù)據(jù)記錄為前提，數(shù)據(jù)分析、解算為依據(jù)，利用VxWorks操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、多任務(wù)環(huán)境和靈活的任務(wù)間通信機(jī)制［1］，實(shí)現(xiàn)在某系統(tǒng)綜合控制設(shè)備上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作過(guò)程重演，具備可設(shè)置重演速度和重演時(shí)段，且在重演中可暫停、后退等技術(shù)特點(diǎn)。

1 某系統(tǒng)綜控設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)及設(shè)備組成

某系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖1所示。

其中A和B為偵察設(shè)備，C和D為執(zhí)行單元，系統(tǒng)綜控設(shè)備是整個(gè)系統(tǒng)的綜合控制中心，負(fù)責(zé)接收A和B發(fā)送的偵察數(shù)據(jù)信息，并控制C或D完成決策結(jié)果的執(zhí)行；設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換以網(wǎng)絡(luò)通信方式實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)綜控設(shè)備的應(yīng)用軟件按功能劃分為人機(jī)交互模塊、通信模塊、綜合處理模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊和重演模塊。

1.2 系統(tǒng)綜控設(shè)備各任務(wù)間的工作關(guān)系

系統(tǒng)總控設(shè)備工作時(shí)，各任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信關(guān)系如圖2所示。

1）tWORK和tMSG之間通過(guò)定義的消息隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

2）tSHOW與tMAN之間通過(guò)共享數(shù)據(jù)區(qū)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

3）tRECV、tSEND與tMAN之間通過(guò)共享數(shù)據(jù)區(qū)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

4）tMAN、tMSG與tDATA之間通過(guò)共享數(shù)據(jù)區(qū)。

5）tDATA將數(shù)據(jù)記錄到文件。

6）tDISA讀出文件中的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解算。

7）tWDOG任務(wù)讀取時(shí)鐘，控制重演速度。

其中，tDISA任務(wù)和tWDOG任務(wù)僅參與系統(tǒng)重演工作流程。

2 記錄和重演

記錄和重演是相互關(guān)聯(lián)的功能模塊。數(shù)據(jù)記錄滿足重演時(shí)的數(shù)據(jù)源需求，因此數(shù)據(jù)記錄的格式和方法要根據(jù)重演需求來(lái)確定［2］。

2.1 記錄

數(shù)據(jù)記錄工作在系統(tǒng)正常工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，需確保不能影響系統(tǒng)正常工作的功能、性能指標(biāo)，因此要求程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、占用系統(tǒng)資源少。

數(shù)據(jù)記錄任務(wù)（tDATA）接收綜合處理模塊中數(shù)據(jù)處理任務(wù)（tMAN）和消息接收任務(wù)（tMSG）傳送的各種數(shù)據(jù)，使用共享環(huán)形緩沖區(qū)和信號(hào)量機(jī)制，實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信和保護(hù)。在系統(tǒng)資源充足，設(shè)置足夠容量的環(huán)形緩沖區(qū)的前提下，將Vx-Works工作在優(yōu)先級(jí)搶占模式，并將任務(wù)tDATA的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最低，即可確保不影響系統(tǒng)正產(chǎn)工作的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)的錄?。?］。

為便于重演時(shí)數(shù)據(jù)解算，數(shù)據(jù)記錄時(shí)也應(yīng)保持系統(tǒng)各設(shè)備間通信時(shí)相應(yīng)的報(bào)文格式?？蓪?shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中或流式文件中［3］。筆者將每次工作過(guò)程數(shù)據(jù)記錄到一個(gè)以起始記錄時(shí)間命名的文件中。

在記錄時(shí)，每幀報(bào)文前增加數(shù)據(jù)的出現(xiàn)時(shí)刻，重演時(shí)即可使用實(shí)際工作時(shí)鐘來(lái)反映真實(shí)工作過(guò)程，數(shù)據(jù)記錄相關(guān)任務(wù)的部分流程如圖3所示。

其中：data［1000］［200］為申請(qǐng)的共享記錄數(shù)據(jù)區(qū)；sem＿W為共享記錄數(shù)據(jù)區(qū)寫保護(hù)的二進(jìn)制信號(hào)量，初始值為1；sem＿C為循環(huán)使用共享記錄數(shù)據(jù)區(qū)的計(jì)數(shù)器信號(hào)量，初始值為0；file.txt為記錄數(shù)據(jù)的文件名。

2.2 重演

重演工作的進(jìn)行以系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)記錄為基礎(chǔ)，記錄的數(shù)據(jù)信息以重演的需求進(jìn)行選擇，并在必要時(shí)增加的輔助信息。系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)主要有：一類設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)通信報(bào)文，按原報(bào)文格式記錄，并在每幀數(shù)據(jù)前添加標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)出現(xiàn)；一類是人工操控輸入，需完整定義記錄信息中的鍵值、對(duì)應(yīng)窗口信息等，確保其定義確定和唯一。

重演工作過(guò)程是實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)記錄，分析解算后，將各種數(shù)據(jù)植入數(shù)據(jù)源，之后系統(tǒng)執(zhí)行類似于實(shí)際工作方式下的程序流程，從而復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)工作過(guò)程中的一系列任務(wù)［4］。其關(guān)鍵過(guò)程包括：重演時(shí)間段選取、系統(tǒng)時(shí)鐘同步、暫停（開(kāi)始、后退）設(shè)置。在本文中，系統(tǒng)的工作過(guò)程重演在系統(tǒng)綜控設(shè)備上獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)行系統(tǒng)重演時(shí)，系統(tǒng)綜控設(shè)備運(yùn)行獨(dú)立的工作流程，重演工作方式下任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信關(guān)系如圖4。

如圖中所示：

1）不啟動(dòng)通信模塊的tRECV任務(wù)和數(shù)據(jù)記錄模塊的tDATA任務(wù)。

2）通信模塊的tSEND任務(wù)將從數(shù)據(jù)共享區(qū)取出的數(shù)據(jù)放棄，模擬實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。

3）關(guān)閉綜合處理模塊中tMAN任務(wù)和tMSG任務(wù)向數(shù)據(jù)記錄共享區(qū)寫數(shù)據(jù)的部分功能。

4）關(guān)閉人機(jī)交互模塊中tWORK任務(wù)接收其他輸入信息的部分功能，只接收人為控制“暫停／播放”的操控輸入。

5）tWORK任務(wù)作為重演工作方式下的主控任務(wù)，在tWDOG任務(wù)的輔助下決定系統(tǒng)工作流程。

系統(tǒng)進(jìn)入重演工作方式時(shí)，工作流程如下：

1）首先進(jìn)入數(shù)據(jù)記錄文件和重演時(shí)間段的選取界面供操作人員選擇。

2）為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘同步，以選取時(shí)間段內(nèi)的第一幀報(bào)文出現(xiàn)時(shí)刻設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘，以后每次“暫?！睍r(shí)記錄當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘，供下次“播放”時(shí)設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘。

3）tWDOG任務(wù)以1次／s的頻率獲取系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)以正在處理的每幀數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)刻值與系統(tǒng)時(shí)鐘作比較，當(dāng)?shù)竭_(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘所示時(shí)刻后再向共享數(shù)據(jù)區(qū)寫入數(shù)據(jù)（經(jīng)測(cè)算，寫入共享數(shù)據(jù)區(qū)所需時(shí)間為微秒級(jí)，不會(huì)影響到報(bào)文的出現(xiàn)時(shí)刻）。

4）暫停／播放設(shè)置由重演模塊的tDISA任務(wù)記錄狀態(tài)實(shí)現(xiàn)，重演工作方式下一般只有系統(tǒng)綜合控制設(shè)備開(kāi)機(jī)，但為了實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程的重演，必須模擬整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，一般依據(jù)記錄中的心跳報(bào)文和設(shè)備（系統(tǒng)）狀態(tài)報(bào)文來(lái)完成其他相關(guān)設(shè)備（系統(tǒng)）的狀態(tài)模擬。tWORK任務(wù)的程序流程圖如圖5。

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者充分利用了VxWorks操作系統(tǒng)的多任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)某系統(tǒng)工作過(guò)程的事后重演技術(shù)。

該技術(shù)立足工程實(shí)踐，將系統(tǒng)工作過(guò)程中的人工操控?cái)?shù)據(jù)也加以記錄并在重演中再現(xiàn)，具有以下特點(diǎn)：可設(shè)定重演開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，實(shí)現(xiàn)任意時(shí)段重演；重演過(guò)程可隨時(shí)暫停，并可對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的工作過(guò)程進(jìn)行任意次重演，便于訓(xùn)練和教學(xué)。

該技術(shù)不足之處是重演過(guò)程只能以固定速度完成，需要在以后工作中進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

（References）

［1］孔祥營(yíng)，柏桂枝.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及其開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

KONG Xiangying，BAI Guizhi.Embedded real-time operating system VxWorks and its development environment Tornado［M］.Beijing：Electric Power Press of China，2001.（in Chinese）

［2］薩師煊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論［M］.北京：高等教育出版社，1987.

SA Shixuan.Introduction of database system［M］.Beijing：High Education Press，1987.（in Chinese）

［3］Wind River Systems，Inc.VxWorks programmer’s guide 5.4edition 1［CP／CD］.Alameda，Calif.：Wind River Systems，Inc，1999.

［4］汪靜.基于文件系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：EDB的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2001.

WANG Jing.Design and implement of embedded database based on file system：design and implement of EDB［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2001.（in Chinese）

Realization of Replay Technology in the System

YAO Jun

（Xi’an Bureau of Naval Equipment Department，Xi’an 710043，Shaanxi，China）

To solve the current existed problems in the replay technology by use of recording／playback mode in the embedded system，a kind of data replaying solution was put forward to apply the multi-task mechanism to realize the replay of the system working progress in VxWorks operating system.Without adding auxiliary equipment，this method is capable to select any period of time to replay at any random number of times.The method has referential significance for the replay of deepening system level.

replay；recording；embedded real-time operating system；intertask communication

TP311.1

A

1673-6524（2014）02-0088-04

2013-08-21；

2013-12-30

姚軍（1979-），男，工程師，主要從事艦炮武器系統(tǒng)技術(shù)研究研究。E-mail：hyaojun01＠sina.com