开放式控制系统软总线及调度的实现

论文摘要

随着工业化大生产的发展,自动化技术在人们生产和生活领域的应用越来越广泛。因此控制系统的研究一直在国内外倍受关注和重视。其中开放式控制系统的研究更是其中的热点。为了使开放控制系统耦合性降低,进一步提高系统的开放性,使系统的配置和重构更方便,本文将介绍一种采用轻量级SOA架构,以软总线为核心的开放式控制系统。这种基于软总线和松耦合的结构,使得整个系统的开放性得到很大增强。其中软总线的设计是整个系统的核心,直接关系到控制系统的性能。本文将对软总线及调度框架的设计和实现进行探讨。本文首先介绍了基于LSOA(Light weight Service Oriented Architecture)的开放式控制系统的概念和结构。然后着重介绍控制系统的核心模块——软件总线的设计和实现。总线层是整个控制系统的核心,主要完成的功能有针对客户请求自动完成服务流程的执行,对服务层中的服务组件进行管理,对服务层的状态进行监控,完成服务层与应用层之间的通信。其中自动完成服务流程的处理,为用户提供中介流,使客户和具体服务之间相互透明是总线模块的一个重要功能。本文针对这些需求设计了软总线的逻辑处理模块,可以支持带分支结构的服务流程。此外,总线的调度模块也是开放式控制系统中最重要的部分之一。本文将结合基于LSOA架构和服务流程的特点,采用端到端任务模型对服务流程进行建模。并对调度模块在RTX平台的实现机制进行探讨。最后,以原型系统为平台进行控制实验,以验证总线中业务逻辑处理模块和总线调度模块的功能和性能。结果证明总线业务逻辑处理和调度模块基本达到预期效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 开放式控制系统的定义和特点
• 1.3 SOA 和LSOA 的概念
• 1.4 国内外发展现状
• 1.4.1 开放式控制器的研究现状
• 1.4.2 软总线技术研究现状
• 1.4.3 开放式控制系统调度机制研究现状
• 1.5 本课题研究的意义
• 1.6 本课题研究的内容
• 第二章 基于 LSOA 的开放式控制系统软总线的设计和实现
• 2.1 基于 LSOA 架构的开放式控制系统简介
• 2.2 基于 SOA 架构的软总线
• 2.2.1 软总线的定义
• 2.2.2 SOA 架构中软总线的特点
• 2.3 软总线的轻量化
• 2.4 总线功能划分
• 2.5 服务组件的交互机制
• 2.6 总线业务逻辑处理功能的设计
• 2.6.1 总线逻辑处理模块的结构
• 2.6.2 服务流程的拓扑结构
• 2.6.3 服务流程的数据结构表示
• 2.6.4 服务流程的执行过程
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于 LSOA 开放式系统的调度框架
• 3.1 基于 LSOA 开放式控制系统调度模块的结构和功能
• 3.1.1 调度模块的位置和作用
• 3.1.2 调度模块的框架结构
• 3.2 基于抢占式 EDF 调度和带分支结构服务流程的可调度性验证算法
• 3.2.1 基于 LSOA 的开放式控制系统的任务模型
• 3.2.2 任务模型的数学符号表示
• 3.2.3 子任务截止期分配问题
• 3.2.4 用时间需求分析方法进行可调度性验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 总线及调度模块在 RTX 平台上的实现
• 4.1 RTX（Real Time Extension）平台概述
• 4.2 软总线在 RTX 平台上的实现
• 4.2.1 总线数据库的实现
• 4.2.2 业务逻辑的实现
• 4.2.3 配置服务流程的实现
• 4.3 调度模块在 RTX 平台上实现
• 4.3.1 控制系统中的任务划分
• 4.3.2 系统中的线程模型
• 4.3.3 调度模块的运行过程
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验和分析
• 5.1 实验平台搭建
• 5.1.1 软硬件环境
• 5.1.2 原型系统
• 5.2 实验一:总线业务逻辑处理功能实验
• 5.3 实验二：总线逻辑处理性能实验
• 5.4 实验三：端到端任务模型可调度验证算法的实验
• 5.5 实验四：调度模块功能实验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢