基于DSP的高频通信电源探讨

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1、基于DSP的高频通信电源探讨 根据分布式仿真实验的需要，提出了一种数据记录与回放模型。该模型采用UDP协议通信，将数据回放与回放控制分离，使得回放控制模块可灵活部署在不同的主机上，在数据记录的同时支持多个不同主机仿真过程的回放，并且互不影响。同时利用基准消息精确控制回放进度，误差范围配置可调，可以达到毫秒级别。 【关键词】分布式 UDP 数据记录 数据回放 仿真实验是建立在模型和数据基础上的，数据记录与回放在仿真系统，特别是在军用仿真系统中有着非常重要的作用，数据记录是系统调试、在线分析和事后分析的重要手段，数据回放是仿真重演和仿真评估的重要手段1。 本文所设计的数据记录和回放模型能够配置需要

2、记录的数据，实时记录分布式数据的同时能够进行数据回放，支持选时回放、变速回放和点对点回放，能够精确控制时间进度，时间的误差范围可以配置可调，可以达到毫秒级别。本模型已经在实际的局域网环境下进行测试，满足一般的实时性要求和精度要求。 1 数据记录与回放原理及构架设计 数据记录与回放中关键的依据是时间，记录是能够将网络上需要记录的数据按时间顺序记录下来，回放则根据记录的时间戳来决定数据的发送间隔，记录同时是回放的前提，考虑到回放时快速的定位时间，在记录的同时生成一个以时间为关键字的索引文件。由于时间的重要，需要保证记录数据的时间戳的精确。利用NTP对时原理，在网络上设置一台计算机为授时主机，接受其

3、他计算机对时请求的同时根据设定频率不停发送含有时间戳的消息。本模型为了便于数据的记录、存储和仿真后的分析而采用了集中式记录结构，考虑分布式回放结构要增加同步处理开销而采用了集中式回放结构，数据记录与回放的整体构架见图1。 设计采用灵活的方式，数据回放控制端与数据回放服务端分离，即数据记录与数据回放服务端在一台主机上，回放控制端在回放观察主机在一台主机上，并且可以有多个，分别回放本主机关心的仿真消息，即利用点对点的方式回放，这样可以多台主机同时观察回放，自己控制回放的参数和进度，不相互影响，同时一台主机也可观察另一台主机的仿真过程。 2 通信和时间机制 通信和时间机制是仿真实验的基础，同时也是数

4、据记录与回放的基础。 2.1 通信模块的设计 为了进行实时、高效地通讯，而采用UDP协议5，利用消息作为要记录数据的载体，消息拆分为消息头和消息体，其中消息头包含消息的消息代码（唯一区别某一类消息），信道，和时间标签，以及后面用来存储数据消息体的长度。信道逻辑上表示了消息的发送方和接收方。每台机子程序初始化时去读自己配置文件来获取收发消息的所有信道。如信道abcd表示A机器发送消息给B的信道，作为消息的发送端A通信程序运行时创建对应信道的socket用来发送消息，而接收消息的接收端B通信程序运行时创建对应的信道的socket来接收消息，并将消息就存放到对应信道的接收队列里供应用程序使用。 2.

5、2 时间模块的设计 时间模块的功能主要在为仿真过程提供一个统一的时间基准，使交互的数据有准确的时间戳。仿真过程中网络中的每台主机根据配置文件中获取的对时频率参数每隔一段时间主动和时间服务器对时，来更新软件运行中的时间，该时间与本机系统时间无关，但根据每台机子的CPU频率在不对时更新自己的时间值。时间服务能够像应用程序提供以下接口：获取当前程序运行时间的接口，设置程序运行时间的接口，停止与时间服务器对时的接口，开始与对时服务器对时的接口。 3 数据记录与回放 数据记录与回放由记录与数据回放服务端和回放控制端组成。记录与数据回放服务端包括数据记录模块、回放服务模块和回放模块组成。程序运行时底层的通

6、信模块和时间模块先启，然后是数据记录模块、回放服务模块和回放模块。回放控制端包括通信模块、时间模块和回放控制模块，与仿真主机的区别是多了回放控制模块，便于控制回放，在本机观察仿真过程。 3.1 记录模块 数据记录采用消息发送端发送原理来记录，将需要记录的消息代码配置在文件里，每台机子进行仿真实验时读取需记录的消息代码，然后当发送前检测如果与配置消息代码一致的消息时，在发送的同时将该消息增加记录专用消息头通过消息记录信道发送给数据记录端，加消息头为了保存原始消息中消息头中的相关字段便于回放控制和事后分析。 记录模块收到需要记录的消息后去掉记录专用消息头，将仿真过程中的原始消息按顺序以二进制的顺序

7、存储到文件里。数据块在文件中的格式见图2。 记录文件的格式按写入数据块的种类分为三类。数据块1为预览数据文件结构，用于统计当前记录文件的概要信息，方便回放时查询记录文件信息，包括第一条消息的时间，最后条消息的时间，文件中的消息总数和年月日。该结构体中的概要信息随着数据记录而不断更新。数据快2表示仿真过程中记录的消息，数据块3为分隔结构体，该分隔结构体由消息长度字段和“#”分隔符组成，消息长度字段存储对应的消息的总长度，每次和记录的消息一并写入文件。这样数据记录文件既可以从头向后遍历文件中的数据便于回放又可以从后向前遍历文件，便于对文件的分析。在记录数据的同时，周期地将消息头的时间和该条消息在数

8、据文件的位置组成的索引结构体记录下来写进记录索引文件，加快回放时对指定时间的检索。考虑回放时可以对当前正在记录的文件的数据回放，建立以下共享内存：记录文件名，记录文件预览信息结构体，索引结构体数组和写入的索引结构体数。为了便于管理和维护，将记录文件按年、月、日和生成时间的目录来存储，生成时间的目录名包括年、月、日、时、分和秒的信息，在该目录下创建以该名称加.dat后缀组成的数据文件和以该名称加.index后缀组成的索引文件。 3.2 回放服务模块 回放服务模块用来处理回放控制模块的命令，进行相应的处理，包括记录文件信息查询，开始回放，停止回放。记录文件查询时，根据文件名判断是否为当前正在记录文

9、件，是则查询共享内存的预览结构体中的文件信息向回放控制模块反馈；不是则读取记录数据文件中的预览结构体中的信息向回放控制模块反馈。开始回放时，启动回放模块并将对应的参数传给它进行回放，一个回放模块对应一个回放控制端。停止回放时，则停止回放模块的运行。回放服务模块可同时处理多个回放控制模块的请求并处理，从而能够使多台主机同时且互不影响地观察仿真过程。 3.3 回放模块 根据回放服务模块传递的参数来进行回放前的处理，对于正在记录文件，回放不需要利用互斥来访问，因为回放的内容肯定是已经记录的内容。回放前的处理关键在于文件起始位置的检索，根据参数有三种情况：从头开始回放，只需将文件移到数据文件的预览结构

10、体后；对于从暂停位置继续回放，只需将文件移到暂停时的位置即可；指定时间开始回放，对于当前记录文件根据指定时间值利用二分查找去检索共享内存中的索引结构体数组然后返回不大于并且最接近指定时间值的文件位置，然后将文件指针移到该位置顺序读取后面消息里的消息头中的时间标签，直到时间标签值大于等于给定时间便是文件回放的起始位置；对于历史文件方法类似只是从索引文件中读取索引结构体数组来定位。检索到起始位置后进行数据回放，原速回放的关键是时间控制，依据是消息头中的时间标签，考虑程序在执行时也要消耗时间，为接近仿真过程，利用记录的时间基准消息为判断依据，文件中的任何仿真可以看做被消息分隔为一段一段的，回放时遇到

11、时间基准消息时使进程暂停相应的修正时间差值，该差值为两条时间基准消息的间隔时间减去程序的执行时间，程序执行时间利用获取两条时间基准消息的时刻之差算得，而其他仿真消息则顺序发送出去。这样可以通过设置时间服务器的对时频率来调整误差范围，如果时间消息间隔的时间为m，两条时间消息中间的仿真消息数为n，m可以通过设置时间服务器的对时频率值可配，n不可控的，所以适当减少m，会使仿真消息的发送时刻接近实验。变速回放时进程暂停的相应修正值是在原速回放修正值的基础上除以回放速度值。 3.4 回放控制模块 回放控制模块用于控制回放过程，回放前设置相应的参数，包括回放速度，回放起始时间和仿真回放主机的选择。回放控制

12、模块通过界面的形式呈现给用户，当回放模块启动，并弹出回放控制界面时，此时这台主机进入回放模式而脱离工作模式，停止与时间服务器的对时操作，并且只和数据记录和回放服务主机通信。回放控制界面由记录文件列表框，浏览目录文本框，选择文件文本框，记录起始时间文本框，记录结束时间文本框，回放开始时间文本框，文件信息预览按钮，倍速选择按钮和回放控制按钮组成。记录文件列表框通过ftp连接来显示数据记录和回放服务端的目录或文件列表，对应的信息显示在目录文本框和文件文本框中，选中某个文件后点击信息预览按钮会向回放服务端发送文件信息查询命令，回放服务模块将查询的信息反馈给界面，显示出记录文件的日期，起始时间和结束时间

13、。点击时间预设按钮可以设定起始时间和结束时间中的时间作为回放开始时间，然后点击重放按钮，会向回放服务模块发送回放开始命令，这是回放服务模块启动回放模块进行记录消息的回放。回放控制模块所在主机的通信模块收到消息后进行相应的处理再现仿真过程中的情景，收到时间消息时，回放控制模块会将时间设置为当时的时间值，并在界面上显示。 4 实现与应用 本模型已经成功应用于分布式仿真实验中，实现了订制数据地实时记录和回放，并且可以多个控制端在记录同时互不影响地观看回放，同时在回访过程中时间精确推进。在系统开发过程中，选择Red hat Linux系统的主机作为数据记录和回放主机，从效率和实时性考虑，回放控制模块借

14、助于Qt库用C+语言实现，其他模块用C语言实现。时间服务器的对时频率为80HZ，即12.5ms发送一次时间基准消息，所以极端情况下，仿真消息的误差也小于12.5ms，满足了仿真实验的要求。回放控制界面见图3。 5 结束语 本文结合实际仿真实验的特点，设计了一种数据记录与回放的模型，考虑了分布式仿真实验数据的实时性，数据存储，回放控制的灵活性以及回放过程的时间精确控制。能够满足一般仿真实验的要求。本文对于记录与回放做了一些初步的研究，对于同类问题有一定的参考价值，同时还有很多问题值得探讨，比如如果多个终端回放时间同步如何精确控制。 参考文献 1张桂元，王旭昌，王精业.DIS和HLA系统中的记录与

15、回放J.计算机仿真，2000，17（1）：57-59. 2David Deeths，Glenn Brunette.Using NTP to control and synchronize system clocks EB/OL.（2001-07-09）2009-02-18.http：/blueprints/0701/NTP.pdf. 3David L.Mills.RFC1305-1992，Network time protocol （Version 3）specificati on，implementation and analysisEB/OL.Network Working Group，1992 2009-02-19.http：/ftp/rfc/rfc1305.pdf. 4刘铸.HLA/RTI中联盟保存恢复与记录回放机制的研究与实现D.国防科学技术大学，2003. 5刘玉军，姜美雷，徐万里等.基于UDP协议的应用层实时中间件J.计算机工程与设计，2009，30（12）：2930-2933. 作者简介 杨智，男，现为中国电子科学研究院助理工程师。 作者单位 中国电子科学研究院 北京市 100041第 9 页 共 9 页