基于虛擬機(jī)技術(shù)的DCS仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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而基于虛擬機(jī)技術(shù)的DCS仿真系統(tǒng)則是把仿真目標(biāo)放在了控制器本身，而不是控制器程序。在PC中實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬的主控制器，控制器程序可以直接運(yùn)行在虛擬控制器中，使得控制器程序的升級(jí)只需要簡單的替換鏡像文件。只有當(dāng)硬件出現(xiàn)升級(jí)的時(shí)候，才需要對(duì)虛擬控制器進(jìn)行升級(jí)。硬件穩(wěn)定性相對(duì)較高，不會(huì)出現(xiàn)頻繁地升級(jí)。
Level 0的硬件模塊內(nèi)部邏輯比較簡單，可以使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。虛擬控制器將輸出值傳送給虛擬設(shè)備，最終虛擬設(shè)備根據(jù)輸出值在顯示面板中作相應(yīng)的顯示，同時(shí)虛擬設(shè)備也可以將自身的某些值傳給虛擬控制器。
綜上所述，整個(gè)基于虛擬機(jī)技術(shù)的DCS仿真系統(tǒng)，是由Level 2的實(shí)際軟件、Level 1虛擬控制器以及實(shí)際的控制器軟件和Level 0虛擬設(shè)備模塊組成。由此可以看出，難點(diǎn)是虛擬控制器的實(shí)現(xiàn)。
3 虛擬控制器的實(shí)現(xiàn)
虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方式：(1)主要由軟件完全模擬目標(biāo)平臺(tái)的每一條指令，所以稱為指令集虛擬機(jī)ISA(Instruction Set Architecture)，又因?yàn)槭峭耆M所以又稱模擬器；(2)借助于特定平臺(tái)和OS環(huán)境，利用VMM(Virtual Machine Monitor)程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)高效的虛擬執(zhí)行環(huán)境，其主要特點(diǎn)就是執(zhí)行效率高。由于使用了宿主操作系統(tǒng)的特性對(duì)功能進(jìn)行了虛擬，所以稱為功能級(jí)或者抽象級(jí)虛擬機(jī)，也屬于一種仿真技術(shù)[2-3]。
目前控制器的結(jié)構(gòu)主要包括了CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、Flash、DOC、雙口RAM、SRAM以及各種端口。其中許多特定的硬件需要模擬，所以選擇指令集虛擬機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬控制器。圖2所示為虛擬控制器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2中各個(gè)模塊完全按照現(xiàn)實(shí)控制器進(jìn)行劃分和設(shè)計(jì)。
(1)CPU模塊包括實(shí)現(xiàn)指令的模擬和各個(gè)寄存器的實(shí)現(xiàn)。
(2)內(nèi)存模塊主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的模擬，其大小在虛擬控制器啟動(dòng)時(shí)確定，運(yùn)行期間不能改變。
(3)網(wǎng)卡模塊主要實(shí)現(xiàn)虛擬控制器的網(wǎng)卡，使得虛擬控制器可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
(4)存儲(chǔ)模塊相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如Flash、DOC、電子盤等。
(5)SRAM模塊實(shí)現(xiàn)控制器用于掉電保護(hù)的SRAM，并用于虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)掉電保護(hù)。
(6)雙口RAM模塊主要模擬控制器與DP主卡交互數(shù)據(jù)的雙口RAM。
(7)端口模塊實(shí)現(xiàn)控制器上的各個(gè)端口，虛擬控制器需要從端口讀取站號(hào)，單雙機(jī)狀態(tài)、LED燈狀態(tài)和其他狀態(tài)。
(8)顯示模塊主要模擬類似顯示器的作用。
(9)主板模塊在整個(gè)虛擬控制器起著協(xié)調(diào)作用，具有配置整個(gè)虛擬控制器的硬件特性，其中還包括定時(shí)器。
評(píng)論