基于Unity 3D的虛擬操作系統(tǒng)設(shè)計

謝宏飛

（湛江科技學(xué)院，廣東湛江，524000）

0 引言

傳統(tǒng)的虛擬操作系統(tǒng)會產(chǎn)生很多的誤差，一定程度上為企業(yè)的正常生產(chǎn)帶來消極影響，嚴(yán)重的甚至?xí)斐奢^大的經(jīng)濟損失[4]。所以，面對這種情況，需要在真實的環(huán)境之中，創(chuàng)建更為靈活的虛擬操作流程，以此來進一步提升整體的運行控制效果。Unity 3D技術(shù)的出現(xiàn)解決了虛擬操作系統(tǒng)存在的多種問題以及缺陷，并將系統(tǒng)的設(shè)計往更加智能化、多元化、信息化的方向引領(lǐng)[5]。Unity 3D技術(shù)在虛擬操作系統(tǒng)中的應(yīng)用一定程度上提升了系統(tǒng)整體的應(yīng)用運行能力，同時增加了系統(tǒng)實際的處理范圍，減少操作時間，可以同時完成多個虛擬任務(wù)，具有實際的應(yīng)用意義。因此，對基于Unity 3D的虛擬操作系統(tǒng)進行設(shè)計。在較為真實的環(huán)境之下，創(chuàng)建可以復(fù)用的虛擬操作系統(tǒng)，并且驗證系統(tǒng)的訪問以及應(yīng)用情況，實現(xiàn)系統(tǒng)的創(chuàng)新以及優(yōu)化[7]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 虛擬數(shù)據(jù)操作采集板塊設(shè)計

在進行Unity 3D下的虛擬操作系統(tǒng)設(shè)計之前，需要先進行相關(guān)的硬件設(shè)計。在虛擬的操作系統(tǒng)控制電路之中，虛擬數(shù)據(jù)操作采集板塊主要是負(fù)責(zé)對中心數(shù)據(jù)采集的一種模擬量數(shù)據(jù)處理器。一般情況下，它對于數(shù)據(jù)的處理往往是依據(jù)系統(tǒng)的實際設(shè)計以及對應(yīng)需求來決定的。本次設(shè)計可以采用HYVJ-KIB15690型號的數(shù)據(jù)采集板塊來進行主要是因為最近幾年的虛擬操作系統(tǒng)雖然運行操作速度極快，但是對于數(shù)據(jù)處理的相應(yīng)要求也相對較高，這就要求數(shù)據(jù)采集板卡的性能要更高，并且對于不同數(shù)據(jù)的處理以及采集的程度較高，可以通過一個3路八位的模擬器來擴大輸入模塊的處理范圍，并將采集的數(shù)據(jù)模擬量與相應(yīng)的處理器相關(guān)聯(lián)，形成中數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)。通過ISA總線將服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集板塊互聯(lián)，并在數(shù)據(jù)采集板上安裝采集模塊，同時與控制模塊相關(guān)聯(lián)，便可以控制數(shù)據(jù)采集板塊雙向運行。隨后，將虛擬模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器安裝在電路的電源側(cè)方，并在基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集板塊之上，依據(jù)不同系統(tǒng)運行的需求，再結(jié)合對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比例，重新設(shè)定系統(tǒng)的可視化的精準(zhǔn)度。

在此基礎(chǔ)上，將型號為AGVD-SDNV1400的26位半閃速結(jié)構(gòu)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器相關(guān)的數(shù)據(jù)信息作出更改調(diào)整，對相關(guān)的性能指標(biāo)作出更改。完成對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)參數(shù)的設(shè)定。通過上述的設(shè)定，最終完成對虛擬數(shù)據(jù)操作采集板塊的設(shè)計。

1.2 虛擬操作串口設(shè)計

在完成虛擬數(shù)據(jù)操作采集板塊的設(shè)計之后，接下來，進行虛擬操作串口的設(shè)計。操作串口是對系統(tǒng)執(zhí)行的過程中，不同功能模塊處理情況作出把控的一種集成處理硬件。他的實際計算思維是根據(jù)虛擬以及服務(wù)器模式的應(yīng)對虛化程度，來最終實現(xiàn)對串口操作的區(qū)分。可以在虛擬操作系統(tǒng)的驅(qū)動控制設(shè)備上進行執(zhí)行分區(qū)空間的劃分，并創(chuàng)建對應(yīng)的串口模擬處理結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。

圖1 串口模擬處理結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖1中的處理結(jié)構(gòu)，可以完成對虛擬操作系統(tǒng)串口模塊的設(shè)計。另外，虛擬操作系統(tǒng)串口的設(shè)計還要求載體設(shè)備自身攜帶符合系統(tǒng)運行的驅(qū)動程序，同時將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息存儲在代理驅(qū)動程序之中。使接口與原載體設(shè)備的驅(qū)動接口保持一致，并實現(xiàn)內(nèi)部訪問的封裝，隨后，根據(jù)初始的處理封裝格式，再將封裝的實際結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至串口服務(wù)器之上。在此基礎(chǔ)上，在串口的服務(wù)器之上進行終端的設(shè)計，并將其與電源相連接，以此來構(gòu)建一個虛擬的串口模塊，并將各分區(qū)對載體設(shè)備的轉(zhuǎn)換端口設(shè)定為多核心端口，以此來實現(xiàn)對虛擬串口載體設(shè)備的直接控制。但是需要注意的是，串口的設(shè)計與創(chuàng)建還需要依據(jù)系統(tǒng)的實際運行速度來區(qū)分，并對各分區(qū)之間的實時監(jiān)測，監(jiān)測裝備通常被安裝在虛擬運行節(jié)點之上，并形成串聯(lián)的形式，最終完成對虛擬操作串口的設(shè)計。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 VRTOS虛擬調(diào)度指令設(shè)計

在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計之后，接下來，需要進行相關(guān)的軟件設(shè)計。VRTOS虛擬調(diào)度實際上是一種集成的數(shù)據(jù)處理程序，主要是采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序來更改相應(yīng)的調(diào)度結(jié)構(gòu)，同時，在系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)之中，創(chuàng)建相關(guān)的動態(tài)優(yōu)先級搶先式調(diào)度算法，并進行優(yōu)先動態(tài)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。

進行VRTOS虛擬調(diào)度指令差值的計算，具體如下公式（1）所示。

公式(1)中：G表示VRTOS虛擬調(diào)度指令差值的計算，L表示優(yōu)先服務(wù)層級標(biāo)準(zhǔn)，通過上述計算，最終可以完成對VRTOS虛擬調(diào)度指令差值的計算，在差值的范圍之內(nèi)，進行VRTOS虛擬調(diào)度指令的設(shè)計。

2.2 Unity 3D技術(shù)下層級目標(biāo)虛擬處理隊列的構(gòu)建

在完成VRTOS虛擬調(diào)度指令的設(shè)計之后，接下來，在Unity 3D技術(shù)下進行層級目標(biāo)虛擬處理隊列的構(gòu)建。首先，利用Unity 3D技術(shù)創(chuàng)建初始虛擬處理隊列，然后，在此基礎(chǔ)上，進行win32 API的設(shè)計，并將任務(wù)、內(nèi)存、互斥量、信號量、消息隊列以及定時器等設(shè)定成為資源管理層級。并在系統(tǒng)的預(yù)設(shè)管理模塊之中實現(xiàn)了Byte和 Block的兩種類型的處理，最終在此程序之中，進行實時虛擬結(jié)構(gòu)的模擬，并且建立相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，將其與VRTOS虛擬調(diào)度指令相關(guān)聯(lián)，形成具體的應(yīng)用隊列。

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試準(zhǔn)備

進行本次測試的相關(guān)準(zhǔn)備，具體如下：選取一個企業(yè)的生產(chǎn)操作系統(tǒng)作為本次測試的目標(biāo)對象，采取黑盒測試的方式來進行，需要選擇3臺服務(wù)器，并將其在控制程序上相關(guān)聯(lián)，對應(yīng)的IP地址依據(jù)測試的環(huán)境更改調(diào)整為196.56.25.214.02段，同時將時段的控制區(qū)域設(shè)定在（102.35，50.25），隨后，創(chuàng)建測試的環(huán)境，獲取采集相應(yīng)的系統(tǒng)運行初始數(shù)據(jù)信息，并將其匯總整合，根據(jù)測試段來計算可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，具體如下公式(2)所示。

公式2中：K表示可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，χ表示系統(tǒng)層級范圍，α表示預(yù)期作用范圍，f表示系統(tǒng)可控程度。通過上述計算，最終可以得出實際的可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度。依據(jù)得出的可視化層次細(xì)節(jié)顆粒度，設(shè)定系統(tǒng)的虛擬操作執(zhí)行指令，并將得出的數(shù)據(jù)信息，添加在指令編輯軟件之中，完成對操作執(zhí)行指令的編制。將指令添加在初始的操作系統(tǒng)之中，并調(diào)整對應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，使其處于完成的應(yīng)用狀態(tài)之下。完成測試環(huán)境的搭建之后，接下來，對測試所用的相關(guān)設(shè)備參數(shù)指標(biāo)作出設(shè)定，具體如下表1所示。

表1 測試設(shè)備指標(biāo)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定表

根據(jù)上表1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對測試設(shè)備的設(shè)定以及調(diào)整，完成之后，對系統(tǒng)相關(guān)的細(xì)節(jié)作出對應(yīng)的調(diào)整。核查設(shè)備是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素，核查無誤后，開始系統(tǒng)測試。

3.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述所搭建的測試環(huán)境之中進行測試。為了驗證Unity 3D技術(shù)下的虛擬操作系統(tǒng)整體的性能，進行相關(guān)的實驗。測試平臺設(shè)定為Matlab 2021，同時，測試的相關(guān)數(shù)據(jù)均來自某企業(yè)的生產(chǎn)辦公室。對系統(tǒng)的運行延時情況作出分析與研究。將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入系統(tǒng)之中，在預(yù)設(shè)的處理程序之中添加虛擬操作指令，依據(jù)實際情況，創(chuàng)建層級處理結(jié)構(gòu)，并制定優(yōu)先級的操作協(xié)議，利用目標(biāo)任務(wù)來進行優(yōu)先級傳輸程序的設(shè)定，并且采用優(yōu)先調(diào)度的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的向下傳輸，通過Unity 3D技術(shù)來進行數(shù)據(jù)的處理與整合，并將其形成三維實體模型，在顯示板上可以更改對應(yīng)的執(zhí)行數(shù)據(jù)信息，以此來修改對應(yīng)的執(zhí)行指令。最終得出相應(yīng)的系統(tǒng)延時數(shù)據(jù)，對其作出分析研究，如下表2所示。

表2 系統(tǒng)測試結(jié)果分析表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，最終可以得出結(jié)論：在不同的虛擬調(diào)度范圍測試環(huán)境下，與未應(yīng)用Unity 3D技術(shù)的系統(tǒng)相比，應(yīng)用的系統(tǒng)所得出的延時率相對較低，表明系統(tǒng)的運行效果較好，十分流暢，卡頓的現(xiàn)象相對較少，同時虛擬操作的程序更加貼合實際，并具有更強的靈活性，便于應(yīng)對所發(fā)生的各種運行情況，具有實際的應(yīng)用意義。

4 結(jié)束語

便是對基于Unity 3D的虛擬操作系統(tǒng)的設(shè)計與分析。Unity 3D技術(shù)下的虛擬操作系統(tǒng)具有更強的靈活性，同時在應(yīng)對不同情況時，可以實現(xiàn)更加全面、系統(tǒng)的應(yīng)用處理，一定程度上提升了系統(tǒng)整體的執(zhí)行能力，并且系統(tǒng)各項軟件的分化能力也有了明顯的提升，使綜合的運行處理流程更加通順，功能逐漸完善，可利用性加強，添加的可視化功能也進一步實現(xiàn)了三維可視化的虛擬系統(tǒng)操作，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供了極大的便利，對于虛擬化技術(shù)也是一種創(chuàng)新。