王立澤，劉 斌，周禮亮

(北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系，100191北京，wanglize@dse.buaa.edu.cn)

在國(guó)內(nèi)外航空航天等領(lǐng)域，仿真測(cè)試環(huán)境多采用Hardware-In-Loop(HIL)方式和分布式結(jié)構(gòu)來(lái)分散繁重的計(jì)算任務(wù)，測(cè)試實(shí)時(shí)嵌入式軟件，進(jìn)而驗(yàn)證軟件可靠性［1］.而如何保證分布式測(cè)試環(huán)境各節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)通信則是一個(gè)難題［2］.

近幾年高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有Fibre Channel(FC)、Gigabit Ethernet(GigE)、反射內(nèi)存網(wǎng)等，而反射內(nèi)存網(wǎng)因用硬件實(shí)現(xiàn)通信、傳輸延遲確定、移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為解決分布式測(cè)試環(huán)境節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題的一種行之有效的方法.關(guān)于反射內(nèi)存網(wǎng)的研究主要集中于協(xié)議設(shè)計(jì)［3-8］及理論研究［9-10］兩方面.協(xié)議設(shè)計(jì)在功能實(shí)現(xiàn)上可分為兩類:一類實(shí)現(xiàn)了支持一定程度異步、周期通訊模式的通訊協(xié)議，但它們都與應(yīng)用綁定，不能靈活支持系統(tǒng)中不同種類的復(fù)雜通信，離開(kāi)應(yīng)用，協(xié)議需重新實(shí)現(xiàn)，缺乏通用性［3-6］，如文獻(xiàn)［4］為解決周期同步和通信問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)計(jì)，協(xié)議建立連接后，通訊雙方在約定好的位置傳輸某種確定的數(shù)據(jù)如同步數(shù)據(jù)，傳輸模式不能配置并伴隨整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程;另一類雖然實(shí)現(xiàn)了一定的通用性，但只支持異步通信，缺乏特殊的優(yōu)先級(jí)機(jī)制，也不支持周期通訊［7-8］.理論研究主要基于一定的計(jì)算模型計(jì)算實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)銷［9-10］.通過(guò)分析，現(xiàn)有基于反射內(nèi)存網(wǎng)的相關(guān)協(xié)議設(shè)計(jì)，都不能滿足本文分布式測(cè)試系統(tǒng)的通用通信要求.

本文研究并利用反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)SCRAMNet設(shè)計(jì)一種能實(shí)現(xiàn)周期和異步通訊的、通用性較強(qiáng)的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議，并給出了較為完善的系統(tǒng)開(kāi)銷算法，以解決分布式測(cè)試環(huán)境節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題.

1 測(cè)試環(huán)境通訊需求分析

在分布式測(cè)試環(huán)境中，測(cè)試環(huán)境結(jié)構(gòu)分為兩層:測(cè)試開(kāi)發(fā)層和測(cè)試執(zhí)行層［1］，見(jiàn)圖1.測(cè)試執(zhí)行層存在原子事務(wù)、時(shí)鐘同步、任務(wù)同步、通信等問(wèn)題.原子事務(wù)的解決主要靠在各節(jié)點(diǎn)設(shè)置事務(wù)協(xié)調(diào)者，使之維護(hù)本地日志，并負(fù)責(zé)啟動(dòng)、分派、結(jié)束事務(wù)的執(zhí)行，各事務(wù)協(xié)調(diào)者遵循一定協(xié)議通信［2，11］，如各節(jié)點(diǎn)對(duì)測(cè)試開(kāi)始、結(jié)束的一致響應(yīng).其它問(wèn)題與原子事務(wù)類似，靠節(jié)點(diǎn)按即定算法周期或異步協(xié)作.節(jié)點(diǎn)間任何通信都要借助網(wǎng)絡(luò)完成，通訊類型多，實(shí)時(shí)性高，且處理上有緩急之分.有的任務(wù)如仿真任務(wù)隨待測(cè)系統(tǒng)不同而變化，因此還要求通訊有一定的配置靈活性.這就需要一個(gè)專門(mén)的實(shí)時(shí)通信層來(lái)適應(yīng)節(jié)點(diǎn)間的通訊要求.

綜合以上分析，為解決分布式測(cè)試系統(tǒng)的通信問(wèn)題，需要基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)為實(shí)時(shí)通信層設(shè)計(jì)一種通用的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議，滿足諸多任務(wù)的協(xié)作、通信.

圖1 分布嵌入式仿真軟件測(cè)試環(huán)境結(jié)構(gòu)

2 實(shí)時(shí)通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)原理

反射內(nèi)存網(wǎng)是實(shí)時(shí)性要求較高的專用通訊網(wǎng)絡(luò)，它的工作原理［12］是各實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)有反射內(nèi)存卡，主機(jī)內(nèi)存映射到各卡的獨(dú)立局部?jī)?nèi)存，局部?jī)?nèi)存映射到全局網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存，使各卡邏輯上共用一段地址.各節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入主機(jī)內(nèi)存同時(shí)也寫(xiě)入所有其他各卡內(nèi)存.全局內(nèi)存對(duì)所有節(jié)點(diǎn)都可見(jiàn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通訊.

2.2 設(shè)計(jì)思路

經(jīng)需求分析知，分布式測(cè)試系統(tǒng)中既有較多周期通訊，又有靈活異步通訊需求，對(duì)異步通訊，不但強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，某些類型消息還應(yīng)優(yōu)先處理，如測(cè)試指令消息應(yīng)先于數(shù)據(jù)消息接收.本文基于SCRAMNet實(shí)現(xiàn)了一種支持周期和異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，異步傳輸基于消息和優(yōu)先級(jí)機(jī)制，周期傳輸基于數(shù)據(jù)流機(jī)制，稱實(shí)現(xiàn)為Message-Stream Test Protocol(MSTP).

本協(xié)議的設(shè)計(jì)目的及特點(diǎn)主要有:

1)能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)任務(wù)間的異步通訊傳輸原語(yǔ)，發(fā)送消息，查詢消息，接收消息;

2)允許兩任務(wù)間異步通訊有一定持久性，即通過(guò)合理分配內(nèi)存，允許發(fā)送多條消息，接收與發(fā)送順序一致;

3)允許異步通訊有優(yōu)先級(jí)機(jī)制，使某類通信能夠被優(yōu)先處理;

4)能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)間的周期性通訊，且不同的協(xié)議配置，傳輸不同的周期數(shù)據(jù).

2.3 內(nèi)存布局

內(nèi)存布局解決的問(wèn)題是如何為MSTP進(jìn)行內(nèi)存分配，使協(xié)議對(duì)用戶透明.

根據(jù)反射內(nèi)存網(wǎng)的廣播特點(diǎn)，同一內(nèi)存區(qū)不能被多個(gè)用戶同時(shí)寫(xiě)操作，如同時(shí)寫(xiě)則必須實(shí)現(xiàn)加鎖機(jī)制，而加鎖會(huì)增加開(kāi)銷，所以，協(xié)議的核心設(shè)計(jì)思想是為每個(gè)進(jìn)程開(kāi)辟一塊寫(xiě)操作區(qū)域，全局只有此進(jìn)程擁有寫(xiě)操作權(quán)，即一塊內(nèi)存區(qū)有且只能有1個(gè)寫(xiě)操作者.設(shè)參加通訊的進(jìn)程數(shù)為proc-num.

為實(shí)現(xiàn)上述思路，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)控制，將其分為2個(gè)區(qū)域:數(shù)據(jù)區(qū)和控制區(qū).為實(shí)現(xiàn)異步通訊，為每個(gè)進(jìn)程分配各自的數(shù)據(jù)區(qū)和控制區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)存放消息，控制區(qū)存放各消息對(duì)應(yīng)的控制信息，見(jiàn)圖2.為實(shí)現(xiàn)任意兩進(jìn)程間的周期通訊，分配1個(gè)全局的數(shù)據(jù)區(qū)和1個(gè)通訊登記區(qū)，見(jiàn)圖3.

異步通訊數(shù)據(jù)區(qū)由所屬進(jìn)程管理并執(zhí)行寫(xiě)操作，當(dāng)有異步消息發(fā)送時(shí)，發(fā)送進(jìn)程申請(qǐng)并將消息寫(xiě)入數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)存，發(fā)送后，目的進(jìn)程只能讀取消息.為實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)機(jī)制，消息數(shù)據(jù)區(qū)按頁(yè)(page)分配.當(dāng)優(yōu)先級(jí)不同的消息共存時(shí)，高優(yōu)先級(jí)消息先被取走而導(dǎo)致在數(shù)據(jù)區(qū)產(chǎn)生外部?jī)?nèi)存碎片，為每個(gè)消息分配一定數(shù)量頁(yè)面可避免碎片產(chǎn)生.每條消息可分配多頁(yè)，呈鏈表結(jié)構(gòu)，每頁(yè)頭部的頁(yè)指針指向下一頁(yè).布局示意見(jiàn)圖2.

與消息數(shù)據(jù)區(qū)同屬發(fā)送進(jìn)程的控制區(qū)劃分為3個(gè)子區(qū)域:消息描述區(qū)，已發(fā)送標(biāo)記區(qū)(send)，響應(yīng)區(qū)(ack).每個(gè)進(jìn)程最多發(fā)送某一固定數(shù)量的消息，記為msg-num.每個(gè)消息對(duì)應(yīng)1個(gè)消息描述區(qū)，分別表示所屬進(jìn)程的從第1到第msgnum個(gè)消息的位置和屬性信息，包括首頁(yè)(firstpage)，長(zhǎng)度，發(fā)送序號(hào)，類型，優(yōu)先級(jí)等.首頁(yè)記錄起始頁(yè)號(hào).長(zhǎng)度表示消息字節(jié)數(shù).另外，控制區(qū)還各含有proc-num-1個(gè)send標(biāo)記和ack標(biāo)記，每個(gè)標(biāo)記有msg-num個(gè)位.每個(gè)send標(biāo)記代表源進(jìn)程向目的進(jìn)程發(fā)送的消息序列，自左至右的位序號(hào)對(duì)應(yīng)了消息序號(hào)，代表源進(jìn)程是否向目的進(jìn)程發(fā)送消息，同理，ack標(biāo)記則代表消息是否已被目的進(jìn)程接收.消息描述區(qū)、send區(qū)、ack區(qū)，同消息數(shù)據(jù)區(qū)一樣，在協(xié)議初始化后，大小位置都固定不變.

圖2 MSTP異步通訊內(nèi)存布局

圖3 MSTP周期通訊內(nèi)存布局

2.4 協(xié)議描述

協(xié)議描述規(guī)定了用戶如何使用MSTP及其實(shí)現(xiàn)的原理.對(duì)異步通信，MSTP要求明確所有參與通信的進(jìn)程數(shù)量.每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)1個(gè)邏輯地址，即在進(jìn)程集中的編號(hào).

API定義如下:

1)mstp-asyn-init(int proc-logic，int procnum)，異步通訊初始化.參數(shù)分別為異步進(jìn)程邏輯地址和異步進(jìn)程數(shù).返回指針struct mstp*，以后進(jìn)程proc-logic將用此指針收發(fā)消息.初始化指針包括了進(jìn)程邏輯地址，消息數(shù)據(jù)區(qū)和控制區(qū)地址及通訊狀態(tài)等信息;

mstp-perd-init()，周期通訊協(xié)議初始化;

mstp-perd-regist(int id，struct reg* info)，登記1個(gè)通訊區(qū)，info包括通訊標(biāo)識(shí)、周期等信息.

2)mstp-asyn-send(struct mstp*，char* buf，int len，int dest，short msg-type，short priority);向dest進(jìn)程發(fā)送緩沖區(qū)buf內(nèi)的len字節(jié)的數(shù)據(jù)，msg-type是用戶定義的消息類型.默認(rèn)為最低優(yōu)先級(jí);

mstp-perd-send(int id，char* buf，int size);寫(xiě)數(shù)據(jù)流buf到通訊標(biāo)識(shí)id.

3)mstp-asyn-inquiry(struct mstp* this，int source);查詢是否有從source發(fā)送至this的消息，若有，返回進(jìn)程邏輯地址，反之 -1;若source為-1，查詢是否有從所有任務(wù)發(fā)送至this的消息.

單軸壓縮實(shí)驗(yàn)在YAW-2000液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用軸向位移控制方式，加載速率恒定在0.01mm/s，實(shí)驗(yàn)前選取20個(gè)直徑和高度誤差均小于±0.05%的標(biāo)準(zhǔn)煤樣，分為4組，每組5個(gè)煤樣。

4)mstp-asyn-recv(struct mstp* this-proc，char* buf，int max-len，int source，short＆msgtype);從source接收max-len字節(jié)消息至buf.先取得高優(yōu)先級(jí)的消息，同優(yōu)先級(jí)消息按發(fā)送順序取得.

mstp-perd-recv(int id，char* buf);讀數(shù)據(jù)流.

源進(jìn)程向目的進(jìn)程發(fā)送異步消息時(shí)，協(xié)議內(nèi)部動(dòng)作:1)按消息大小申請(qǐng)空閑內(nèi)存區(qū)，得到1個(gè)或多個(gè)內(nèi)存頁(yè)，根據(jù)頁(yè)號(hào)為每頁(yè)的指針頭賦值; 2)將數(shù)據(jù)拷貝至內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū);3)根據(jù)目的進(jìn)程的send標(biāo)記和ack標(biāo)記，計(jì)算出消息緩沖區(qū)號(hào)，根據(jù)通訊狀態(tài)得出消息發(fā)送序號(hào);4)將新的send標(biāo)記和消息描述信息寫(xiě)入控制區(qū).發(fā)送端協(xié)議自動(dòng)計(jì)算消息序號(hào).發(fā)送端節(jié)點(diǎn)維護(hù)其對(duì)應(yīng)控制區(qū)信息.

進(jìn)程接收源進(jìn)程發(fā)來(lái)的異步消息時(shí)，協(xié)議動(dòng)作:1)根據(jù)源進(jìn)程的send標(biāo)記和ack標(biāo)記，得到未接收消息列表;2)讀取消息列表相應(yīng)描述區(qū)信息，根據(jù)優(yōu)先級(jí)和發(fā)送序號(hào)，得出應(yīng)讀消息號(hào);3)將消息讀出;4)置ack標(biāo)記.

由于本地內(nèi)存操作比讀寫(xiě)反射內(nèi)存快，所以協(xié)議內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)應(yīng)盡可能減少反射內(nèi)存讀寫(xiě).可利用狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn).

周期通訊的關(guān)鍵在于通訊登記表的建立.雙方經(jīng)過(guò)通訊標(biāo)識(shí)確立通訊關(guān)系，協(xié)議負(fù)責(zé)為通訊雙方在數(shù)據(jù)區(qū)維護(hù)內(nèi)存資源.在通訊配置建立時(shí)，發(fā)送方協(xié)議通過(guò)分布式互斥算法向登記區(qū)增加記錄，然后通過(guò)異步消息通知目的方獲取記錄項(xiàng).通訊過(guò)程中，為保證實(shí)時(shí)性能，協(xié)議不允許改變登記表.

2.5 協(xié)議實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)MSTP需確定如下參數(shù):異步通訊進(jìn)程個(gè)數(shù)proc-num，每個(gè)進(jìn)程發(fā)送最大消息數(shù)msgnum，每個(gè)進(jìn)程消息數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度data-area-len，消息數(shù)據(jù)區(qū)最小內(nèi)存單元page-size，最小內(nèi)存單元指針頭 page-head，消息描述區(qū) data-descsize，周期通訊連接數(shù)perd-num，登記表項(xiàng)大小reg-size.優(yōu)先級(jí)數(shù)、消息類型、周期通訊數(shù)據(jù)區(qū)大小perd-data-size根據(jù)應(yīng)用確定.確定參數(shù)后，協(xié)議實(shí)現(xiàn)異步消息通訊需要的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存為

實(shí)現(xiàn)周期通訊登記表需要的內(nèi)存為

本文在測(cè)試環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了MSTP:異步通訊進(jìn)程數(shù)32，每進(jìn)程數(shù)據(jù)區(qū)1 M，最大消息數(shù)64，最小內(nèi)存單元48 B，指針頭4 B，消息描述區(qū)16 B，優(yōu)先級(jí)別10級(jí)，最高0級(jí).周期通訊最大連接數(shù)300，登記表項(xiàng)24 B，數(shù)據(jù)區(qū)2 MB，計(jì)算得實(shí)際使用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存35 691 800 B.

協(xié)議初始化后，為異步通訊每個(gè)進(jìn)程分配的指針維護(hù)了指向數(shù)據(jù)區(qū)和控制區(qū)、狀態(tài)信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針.為避免頻繁訪問(wèn)反射內(nèi)存，狀態(tài)信息將最近一次操作反射內(nèi)存的數(shù)據(jù)緩存至其中，包括消息數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)存緩存、發(fā)送標(biāo)記、序號(hào)、已探測(cè)到但還未接收的消息等.發(fā)送和接收進(jìn)程根據(jù)send標(biāo)記和相應(yīng)ack標(biāo)記是否相等判斷此消息號(hào)是否在已發(fā)送隊(duì)列中，若相等，說(shuō)明其空閑.

2.6 測(cè)試

為檢驗(yàn)MSTP設(shè)計(jì)效果，在分布式測(cè)試環(huán)境下設(shè)計(jì)了周期和異步通訊性能測(cè)試實(shí)驗(yàn).分別位于2個(gè)實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)的多對(duì)仿真任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，對(duì)異步和周期通訊，依次對(duì)每種負(fù)載持續(xù)測(cè)試1 s以驗(yàn)證是否有丟包或碰撞現(xiàn)象.異步消息優(yōu)先級(jí)為0或5.周期通訊周期為1 ms.測(cè)試負(fù)載為4 B，64 B，…，16 kB，32 kB.為每種測(cè)試負(fù)載分配1對(duì)異步、周期任務(wù)，對(duì)比發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)以判斷通訊正確性.測(cè)試設(shè)備為 Pentium4 2.8GHz PC機(jī)，OS VxWorks5.5，PCI 64 SCRAMNet，示波器.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示.

圖4 MSTP測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)作以下分析:1)MSTP的異步和周期模式在并發(fā)運(yùn)行、不同數(shù)據(jù)量、多次測(cè)試情況下，無(wú)丟包現(xiàn)象，均正常工作，且未知所攜帶的數(shù)據(jù)含義，與應(yīng)用分離;2)文獻(xiàn)［4］未給出性能測(cè)試數(shù)據(jù)，但應(yīng)用系統(tǒng)的周期和異步協(xié)議工作在25～40 Hz間;文獻(xiàn)［8］使用異步協(xié)議實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用的周期和異步數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)得3節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能約為300 μs/800 B，320 μs/1600 B;文獻(xiàn)［5］實(shí)現(xiàn)用周期和異步方式傳輸HLA聯(lián)邦成員，性能在70 μs～30 ms之間.而本文提出的MSTP，在具備通用性的前提下，從圖4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出也具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特性，滿足大多數(shù)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求; 3)異步通訊中優(yōu)先級(jí)高的消息總是先于低的被接收;4)傳輸延遲大小受數(shù)據(jù)包大小影響很大，因此要獲得強(qiáng)實(shí)時(shí)性，需盡可能減小每次通訊的數(shù)據(jù)量.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:MSTP通用性設(shè)計(jì)可行，較已有設(shè)計(jì)有更廣適用范圍，且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，能夠基于其解決分布式測(cè)試環(huán)境的各種協(xié)議實(shí)現(xiàn)問(wèn)題.

3 理論分析

文獻(xiàn)［10］采用估算法設(shè)計(jì)了1個(gè)專用于反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)次數(shù)開(kāi)銷計(jì)算系統(tǒng)總開(kāi)銷的計(jì)算模型，本文進(jìn)一步完善文獻(xiàn)［10］中關(guān)鍵量的算法，得到更為精確的系統(tǒng)總開(kāi)銷算式.

文獻(xiàn)［10］假設(shè)節(jié)點(diǎn)i各進(jìn)程內(nèi)存區(qū)大小未知，且各進(jìn)程讀/寫(xiě)內(nèi)存次數(shù)比率同為β(i)，所以在計(jì)算總開(kāi)銷時(shí)采用估算法，設(shè)i所有進(jìn)程每次讀寫(xiě)操作時(shí)訪問(wèn)i的全部?jī)?nèi)存區(qū)S(i).而在本文及實(shí)際應(yīng)用中［3-6］，文獻(xiàn)［10］的假設(shè)會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)開(kāi)銷的增加和效率的降低，相反，節(jié)點(diǎn)i的各進(jìn)程j一般不共享使用S(i)，而是使用各自內(nèi)存s(j)，內(nèi)存相互獨(dú)立、大小不同，且讀 /寫(xiě)次數(shù)比率不同，記為β(j)，以提高網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存訪問(wèn)效率.因而該估算法會(huì)因缺乏準(zhǔn)確性而帶來(lái)誤差，本文綜合以上因素，給出更為符合實(shí)際的計(jì)算模型改進(jìn)算法.計(jì)算原理及關(guān)鍵量的改進(jìn)算法如下.

規(guī)定一個(gè)時(shí)間段Tlcm，在Tlcm內(nèi)所有訪問(wèn)反射內(nèi)存的進(jìn)程必須至少執(zhí)行1次，且假定有R個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)i上有j個(gè)進(jìn)程，各進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間τ(j)已知.這樣，

式中:c(i)為i節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存區(qū)訪問(wèn)開(kāi)銷;N(i，j)為平均每個(gè)進(jìn)程j對(duì)單位數(shù)據(jù)的訪問(wèn)次數(shù);S(i)為節(jié)點(diǎn)i各進(jìn)程內(nèi)進(jìn)程內(nèi)存和.各節(jié)點(diǎn)內(nèi)存訪問(wèn)開(kāi)銷和為系統(tǒng)總開(kāi)銷.

根據(jù)節(jié)點(diǎn)i上各進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間τ(j)等量，求得i的平均單元數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)間Δ(i):

其中φ(j)為進(jìn)程j在Tlcm內(nèi)執(zhí)行次數(shù);τ(j)為j執(zhí)行時(shí)間;s(j)為j內(nèi)存數(shù)量;β(j)為j讀/寫(xiě)次數(shù)比率.

加入節(jié)點(diǎn)i各進(jìn)程j執(zhí)行時(shí)間權(quán)重，計(jì)算j在Tlcm間單元數(shù)據(jù)訪問(wèn)次數(shù)N(i，j)為

節(jié)點(diǎn)i的單元數(shù)據(jù)訪問(wèn)次數(shù)總開(kāi)銷C(i)為各進(jìn)程j對(duì)單元數(shù)據(jù)訪問(wèn)開(kāi)銷的平均值，即

求得C(i)后，將C(i)組成矩陣C，各節(jié)點(diǎn)i進(jìn)程數(shù)組成K，各節(jié)點(diǎn)進(jìn)程實(shí)際內(nèi)存分配組成X，則系統(tǒng)總開(kāi)銷 =［KC］TX.

另外，系數(shù)矩陣A、X、內(nèi)存限制矩陣b組成限制條件AX≤b.各矩陣表示如下.

可從統(tǒng)計(jì)角度將改進(jìn)后的系統(tǒng)總訪問(wèn)開(kāi)銷的算式用于判斷各節(jié)點(diǎn)上各任務(wù)的內(nèi)存分配合理與否的量化評(píng)估.可使用MATLAB“LINPROG”等工具對(duì)其進(jìn)行分析，以最小化總訪問(wèn)開(kāi)銷［10］.關(guān)于計(jì)算模型的說(shuō)明及非關(guān)鍵量的計(jì)算參見(jiàn)文獻(xiàn)［10］.

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于反射內(nèi)存網(wǎng)的支持異步、周期性數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議MSTP，解決分布式測(cè)試環(huán)境的復(fù)雜通訊問(wèn)題，較已有設(shè)計(jì)通用性強(qiáng).并基于理論計(jì)算模型，給出了計(jì)算系統(tǒng)開(kāi)銷的更為完善的算法.實(shí)驗(yàn)表明本STP能夠滿足分布式測(cè)試平臺(tái)實(shí)時(shí)通信、時(shí)鐘同步、任務(wù)同步等需要.體現(xiàn)了較好的通用性、可配置性和集成性，對(duì)基于反射內(nèi)存網(wǎng)的應(yīng)用協(xié)議設(shè)計(jì)人員具有重要的參考價(jià)值.下一步將基于MSTP設(shè)計(jì)分布式測(cè)試平臺(tái)的相應(yīng)算法開(kāi)展工作.

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