基于RTX与反射内存的实时支撑系统设计

摘要：随着半实物仿真系统的发展，基于Windows+以太网的仿真模式不能满足仿真系统对实时性的要求，为达到提高仿真系统整体实时性的目的，采用了基于RTX+反射内存网的模式，改进了仿真系统的运行平台和数据传输模式，改进了仿真设备的接入方式，规划了改进模式后的仿真框架，搭建了该模式下的示例工程。该系统的仿真步长可以达到1 ms以内，能够满足半实物仿真的需求。

0 引言

传统的试验存在着试验组织过程复杂、试验成本代价高昂、试验易受自然客观条件限制等问题。利用通用体系结构（如DIS,HLA,TENA）构建仿真试验系统来模拟现实中的靶场试验，可以解决部分传统靶场试验中存在的问题。HIT-GPTA平台即是基于HLA体系结构建立的通用仿真实验平台，该平台可提高试验资源的互操作性、重用性和组合应用能力，可以根据具体的任务需要将分布在各靶场、设施中的试验、仿真及高性能计算能力集成起来，构成一个用于试验的开放式环境。

仿真试验系统存在着对高速、实时性等相关性能指标的要求，而HIT-GPTA平台为方便资源的集成与可重复利用，采用了Windows+以太网的模式进行设计，为提高HIT-GPTA平台在仿真试验领域的应用，需要提高平台的实时性。Windows+以太网的模式的优点在于资源的重复利用及系统构建方便，不足在于实时性受限于Windows系统的性能和以太网的传输速率。为扩展平台在实时仿真领域的应用，需要扩展一个实时的仿真支撑系统以提高仿真平台的整体实时性。RTX是美国Ardence公司开发的基于Windows操作系统的实时解决方案。RTX 向Windows 添加一个实时子系统（RTSS），实时性能由RTX 子系统提供，具有完全自己独立的实时性能强大的调度器。反射内存网内每个节点上的反射内存卡存储器中都有其他节点的共享数据拷贝，相较于仿真系统的仿真步长而言，反射内存网的数据传输延迟可以忽略。为提高HIT-GPTA平台的实时性，本设计采用了RTX与Windows相结合的机制，将实时性要求较高的数据传输接口及处理算法在RTX 内实现，提高仿真系统数据处理及调度的实时性，采用反射内存网替代以太网，提高了数据传输的实时性。该仿真模式在武器装备的半实物仿真、调试、高覆盖率测试等领域，具有广阔的应用前景。

1 实时仿真系统简介

本设计中采用RTX+Windows的设计方式改进了仿真系统算法及调度的实时性，采用了反射内存网提高了节点之间数据传输的实时性，并为各种总线接口设计了RTX系统下的驱动程序，提高设备接入的实时性。改进后的设计如图1所示，该实时系统包含以下几个组成部分：平台接口模块、实时仿真组件、实时流程控制、设备驱动接口、反射内存网络。平台接口模块承担定义仿真类型、配置仿真参数、处理非实时数据、显示仿真结果等任务。实时仿真组件运行实时仿真算法，是实时仿真系统的主体。实时流程控制是仿真系统的控制中枢，用于控制仿真系统的执行流程。设备驱动接口用于向仿真系统接入实物设备，使仿真系统具有了半实物仿真的能力。反射内存网络用于完成各仿真节点之间的数据交互。该系统的实时仿真部分采用Windows+RTX的设计模式，Windows部分对应Win32进程，为非实时进程，完成非实时的仿真任务；RTX部分对应RTSS进程，为实时进程，完成实时仿真运算，通过共享内存与Win32进程通信，获取配置数据并更新发布数据，通过反射内存操作，完成与实时组件之间的订购发布，同时接受流程控制组件的调度的推进。

对该系统各组成部分的功能进行分析可以发现，可以从两个方面保证仿真系统实时性：一是建立一个完成实时仿真运算的实时仿真子系统；二是构建实时数据传输链路，包括数据的传输、设备的接入等。

2 实时仿真子系统设计

实时仿真子系统包括仿真平台接口、实时仿真设备、实时流程控制等几个部分。

2.1 平台接口模块图1 中非实时组件、本地通信代理、信息传输管理平台等部分属于仿真平台接口模块。仿真平台接口提供参数的配置用户接口界面，由用户对仿真系统进行配置，配置完成后生成仿真接口文件，供实时仿真组件加载和使用。此外，仿真平台接口还承担实时系统与非实时系统的交互任务，完成系统内实时设备与非实时设备的交互。

仿真平台的参数配置主要包含表1中的内容。

仿真优先级规定了各仿真节点的执行次序。优先级设定如下：不同设备可以处于同一优先级，执行权限相同，无先后顺序要求，但是低优先级的设备要等待高优先级设备全部执行完成后才能获得执行权限。本地仿真时采用共享内存作为仿真系统各节点交互数据的中介，分布式仿真时采用反射内存作为