多路数据总线仿真软件的设计

2006-05-07 15:50:05来源: 电子技术应用

仿真的手段模拟多路数据总线的通信过程,完成总线通信系统传输方案的优化和总线通信系统性能的评价分析,对提高系统的设计效率有着重要的意义。讨论了总线通信系统优化和仿真的算法模型,并以此算法开发了多路数据总线仿真软件。

通信网络的性能作出客观评价,指导系统设计人员对系统结构和ICD数据进行必要的调整,以生成最优效率的通信系统。

    本文作者开发的多路数据总线仿真软件具有WINDOWS风格的人机界面,而且操作方便,实现功能全面,该软件已经成功地用于某型号航空电子综合化系统工程的辅助设计中,效果良好。

1 数据传输的优化

    与仿真相关的原始数据文件有系统结构定义文件、消息块清单文件、意外活动文件、通信协议定时参数文件等四种数据文件的输入。

    ·系统结构定义文件唯一确定了系统的网络拓扑结构,每一条记录对应于网络的一个终端。

    ·消息块清单文件给出系统将要在总线上传输的所有消息,每一个记录描述了一个消息的内容。记录的域值有:消息类型、消息编号、消息的源、消息的目的、最大允许延迟时间和消息的传输机制。

    ·意外活动文件定义那些需占用总线通信时间(如通信指令,其通信指令不出现在总线表中)的活动。

    ·通信协议定时参数文件定义了指令字、状态字、数据字的传输时间,终端响应时间和消息传输间隔等。

    在进行通信传输方案优化前先进行预处理以形成完备的消息块清单文件。预处理过程分两步:排序处理和机制插入处理。排序处理是为了整理从ICD文件中提取的消息块清单文件,排序原则是:按消息块最大允许延迟时间(MDT)由小到大进行排序;具有相同最大允许延迟时间的消息块以消息量大小由大到小排序。

    通信机制的插入处理是依据改进的静态总线控制协议检测更新消息传输的机理,通过发送矢量字方式指令检测消息的数据是否更新。机制插入处理即完成将矢量字插入到需检测的消息块之前的操作。

    在电子综合系统中,不同类型的数据传输有不同的最大允许延迟时间。最大的最大允许延迟时间定义为大周期,记为MAX(MDT),而把最小的最大允许延迟定义为小周期,记为MIN(MDT),那么大周期中含有的小周期的个数为:

    MAX(MDT)/MIN(MDT)=2n(1)

    其中n为整数,通常不大于6。

    因此,对于某一最大允许延迟时间的消息,在一个大周期(含2n个小周期)之内,应安排传输2i次,其中第一次安排传输,可以排在大周期的前2n-i个小周期的任一个之内,这个小周期的序号称为安排消息的相位,用PH来表示,那么随后几次则必须安排在第(PH+K·2n-i)个小周期内,这K=1,2…………,但应保证前式的值小于等于2n。将系统中各类消息安排传输必须遵循的原则列于表1中。

表1 消息传输安排情况

某消息最大允许延迟时间与小周期的比率 大周期中可能传输该消息的次数 该消息几个小周期安排传输一次(小周期个数)
1 2 n 1
2 2 n-1 2 1
2 2 2 n-2 2 2
…… …… ……
2 i (0≤i≤n) 2 n-i 2 i
…… …… ……
2 n 1 2 n


    总线负载和平均延迟率是评价总线通信系统性能的重要参数:

    ·总线负载(Bus Loading——是传输信息(数据字和控制字)所需时间与通信系统总的激活时间的比值,它反映了系统可扩充的余量,公式为:

    总线负载=传输信息量(数据字和控制字) / 总线激活时间   (2)

    ·平均延迟率,延迟时间率是传输消息的实际延迟时间TL与最大允许延迟时间TM的比值,那么在某个时间范围内所有消息的平均延迟时间率定义为:



    式中D为平均延迟率,n为消息总数。平均延迟率反映了系统进行数据传输的效率,它与总线负载的概念是相关联的,当总线达到理想化的总线负载均衡时,每个消息的延迟时间率都应等于平均延迟时间率。实际传输中,各个消息的延迟时间率越接近,则说明总线的负载均衡程度越好。信息传输时,达到总线负载均衡可保证总线信息传输安全可靠、高效、避免发生总线阻塞。

    延迟率曲线描述了在整个仿真时间内消息传输的最大、平均、最小延迟率随时间的变化情况,从最后给出的统计报告得到:

    ·最大延迟时间率:24.32%

    ·平均延迟时间率:9.37%

    ·总线负载:45.04%

    ·传输消息次数:2640

    ·重写次数:0

    从图中也可以看出,在2000ms的仿真时间内消息的延迟率较低,而且消息延迟率最多集中在5%~10%之间(共有900次)和10%~15%之间(共有810次),在所有2640次消息传输中没有发生消息的传输延迟时间超过最大允许延迟时间的情况,也没有发生重写,低的消息传输延迟时间率和均衡的总线负载表明经优化的总线传输方案是成功的。

    总之,本文讨论了电子综合系统传输方案的优化和通信过程仿真的算法模型,并以作者开发的多路数据总线仿真软件对实例进行了仿真分析,仿真结果表明我们对总线传输方案的优化达到了系统信息传输的设计要求。因此,利用仿真软件进行电子综合系统设计的仿真可以得到系统的最优传输方案和评价系统性能的重要参数,为设计人员提供了可靠的支持同时也提高了工作效率。

关键字:多路  数据  数据总线  仿真

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