控制工程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦敏　趙飛　劉寧

摘 要：結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)，最后可以得到了開放性的有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件的虛擬實(shí)驗(yàn)室在軟件結(jié)構(gòu)技術(shù)，以及在設(shè)計(jì)發(fā)面的方法，這樣就可以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，面向?qū)ο蟮奶摂M器件是最主要的方法去實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室。這樣就使得它的建模方法以及高效的系統(tǒng)仿真算法有了很好的相互性、通用性、開放性；準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；開放性；虛擬器件；建模方法；高效系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.112

0 前言

在高等教學(xué)和許多遠(yuǎn)程教育甚至在科學(xué)普及中，實(shí)驗(yàn)是非常重要的教學(xué)內(nèi)容的一部分，但是現(xiàn)在許多的教學(xué)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室里完成的，這樣的運(yùn)作方式有著很多困難以及不足的地方，如：投資大、損耗大、周期長、維修困等因素。但是如果在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，那么我們就可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)去完成教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)，不僅是可以讓實(shí)驗(yàn)者感覺到自己像是在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)的環(huán)境中一樣，這不僅會(huì)讓學(xué)生很輕松的就學(xué)習(xí)到知識(shí)并且簡單的達(dá)到了實(shí)驗(yàn)最初想要達(dá)到的目的，在這個(gè)過程中，實(shí)驗(yàn)者學(xué)會(huì)了更多的東西與平時(shí)實(shí)驗(yàn)相比，幾乎是平時(shí)實(shí)驗(yàn)效果的幾倍。伴隨著科技快速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了全面的普及和猛速增長，我們需要快速的把這項(xiàng)有利于社會(huì)的技術(shù)快速的建立在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，尤其是在遠(yuǎn)程教學(xué)模式中，快速建立起擁有各種功能設(shè)施和先進(jìn)齊全以及擁有良好的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，這已經(jīng)成為了現(xiàn)代教育必須具備的教學(xué)設(shè)施。本次論文就從教學(xué)的需要為核心出發(fā)，解決虛擬實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)方法，于是就提出了一種計(jì)算機(jī)的硬件的設(shè)計(jì)，主要是講述調(diào)度算法在虛擬器件的仿真以及在建模技術(shù)和仿真方面的的應(yīng)用

1 有關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的概述

現(xiàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)軟件在課件中應(yīng)用最廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、研究費(fèi)用低、不易損耗、靈活的表達(dá)方式 [1]。但這種軟件也有他的弊端，就是它只能是單純的演示實(shí)驗(yàn)，不能實(shí)現(xiàn)用戶按照自己的要求去設(shè)計(jì)想要的實(shí)驗(yàn)。但是，有一種方法可以讓用戶按照自己的要求來構(gòu)造自己滿意的實(shí)驗(yàn)方案，并且還能在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)行和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種方法就是以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開放性虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。因此，想要克服一般的基于課件的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的缺陷，我們就必須研發(fā)出具有通用性和交互性性能很好的軟件。目前，在硬件的驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)的電路設(shè)計(jì)以及有關(guān)信息信號(hào)的檢測方面主要用的系統(tǒng)便是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

2 有關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架

簡單的舉一例子來說，如果用戶在計(jì)算機(jī)的組成原理的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和數(shù)字邏輯下，那么用戶將會(huì)有對電路進(jìn)行編輯的權(quán)利，更有甚至，如果用戶可以在交互層里面，那么他還能進(jìn)行一些操作方法十分容易和方便的“所見所得”的功能。在交互層里面，用戶還能能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理，最后計(jì)算機(jī)再把各種形式的數(shù)據(jù)返還給用戶。對虛擬器件庫訪問也將會(huì)是很簡單的事，只要在虛擬實(shí)驗(yàn)仿真層上面，用戶就可以通過分析電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)用系統(tǒng)仿真調(diào)度器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真的查詢。虛擬器件是具有功能獨(dú)立而且彼此有著關(guān)聯(lián)的一類實(shí)物。用戶在虛擬實(shí)驗(yàn)的條件下還能有一個(gè)最真實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，它需要通過多個(gè)虛擬器件的協(xié)作完成。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

（1）有關(guān)對虛擬器件庫的建模。虛擬器件庫就是與客觀的現(xiàn)實(shí)生活的相關(guān)器件進(jìn)行直接的映射，其中虛擬器件哭模型的建立是最困難的對于虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)橐粋€(gè)模型的好與壞會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能以及仿真算法所需要的是時(shí)間。虛擬庫模型的好與壞的判斷：第一，擁有良好的封裝性；在虛擬器件和外界之間，雖然有著簡單與清晰的信息之間的交換，可虛擬器件對外界來說并不是完全可見的。第二，擁有完好的可延伸性；在虛擬庫中的虛擬器件能動(dòng)態(tài)添加的情況下，虛擬庫能夠簡單的方便地進(jìn)行信息的保護(hù)。第三，擁有正確的可重用性了；只要當(dāng)我們在新的虛擬器件的時(shí)候，這時(shí)候以前有的成熟虛擬器件就可以幫助我們建立完好。

（2）有關(guān)于面向?qū)ο蟮奶摂M器件的建模方法。面向?qū)ο蟮慕７绞皆谔摂M器件是非常的實(shí)用，因?yàn)樗鼡碛性S多良好性質(zhì)，比如說；1、可理解；2、可重用；3、可擴(kuò)展等良好性質(zhì)。如何去在面象對象的條件下建立一個(gè)虛擬器件？由于客觀世界的器件是它的第一對象，所以在虛擬器件里，只要有的消息的傳遞就會(huì)產(chǎn)生一系列的系統(tǒng)活動(dòng)，對于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有的功能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，他是通過虛擬器件的操作和一些信息間的互相作用進(jìn)行完成的。通過靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行對象的封裝，而且是屬于某個(gè)范圍類的，但是這樣更具有特殊意義上的層次化的結(jié)構(gòu)。它的本質(zhì)是映射對象下的靜態(tài)數(shù)據(jù)，并且有關(guān)虛擬器件的特殊行為主要是通過對象動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行表達(dá)的。消息的相互協(xié)作也是對象間的一種方式。在面向?qū)ο笾械睦^承和組合機(jī)制方面上，還能從以前的模型中生出許多從未有過的器件模型。因此，可重用性也是我們需要對虛擬器件進(jìn)行完成的，比如說：我們可以通過建模的與非門的組成來代替在芯片上輸入四與非門來運(yùn)行。

（3）有關(guān)對系統(tǒng)仿真調(diào)度器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。有關(guān)系統(tǒng)仿真調(diào)度器的設(shè)計(jì)，可以通過建立正確的虛擬器件庫的去實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電路有關(guān)的拓?fù)湎ⅲ娐飞系姆抡鏅z查是通過用正確并且有成效的仿真調(diào)度算法教學(xué)實(shí)現(xiàn)的 [2]。器件模擬次序的方法是調(diào)度算法的實(shí)質(zhì)。像這樣的調(diào)度方式是有許多的優(yōu)點(diǎn)，比如說：方便操作、易于構(gòu)造，但是它也有一些缺點(diǎn)的，比如說，只能簡單的處理一些零延遲或者是單位延遲模型的實(shí)例，因?yàn)樵谒膬?nèi)部模型里是只有相當(dāng)少的功能對于精確的時(shí)序和延時(shí)信息而且效率十分低。像這樣的仿真模式已經(jīng)不能滿足目前對仿真模式的要求了。

4 結(jié)束語

對于當(dāng)前來說，我們在遠(yuǎn)程教育中實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與他的進(jìn)展依然是一個(gè)很大的難題，在本文，我們提出了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，當(dāng)他在網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)硬件條件下，我們可以看見有關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)的方案是具有完美的開放性和交互性。并且該系統(tǒng)已經(jīng)在生活得到很廣的應(yīng)用，很簡單的就在互聯(lián)網(wǎng)上得到快速的推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮惠軍，馮允成.一個(gè)面向?qū)ο蟮姆抡娼？蚣芟到y(tǒng)工程理論與實(shí)踐[J].1999，19（05）：61-66

[2]夏暉，陳傳波.VLAB中虛擬設(shè)備庫建模方法的研究華中科技大學(xué)報(bào)，2002，30（12）：9-12.

作者簡介：秦敏（1983-），女，河北保定人，研究生，講師，研究方向：控制工程物聯(lián)網(wǎng)方向。