專利名稱：基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及其實現(xiàn)方法，屬于高實時性計算機系統(tǒng)中嵌入數(shù)據(jù)記錄/回放功能的技術(shù)，采用令牌漏桶法分批打包處理技術(shù)和自適應分配CPU時間片的技術(shù)實現(xiàn)高實時性系統(tǒng)中數(shù)據(jù)記錄和回放。
背景技術(shù)：
實時采集和回放(再現(xiàn))真實的雷達目標航跡數(shù)據(jù)，已成為雷達技術(shù)研究和使用的功能要求。但是由于雷達終端對實時性要求非常高，在終端上進行數(shù)據(jù)記錄會影響雷達系統(tǒng)乃至整個作戰(zhàn)系統(tǒng)對目標處理的實時性。同時數(shù)據(jù)回放也要求最接近實戰(zhàn)情況，故對實時性要求也非常高。如果采用專門的數(shù)據(jù)記錄/回放設備，不僅軟件硬件的代價昂貴，而且不能在原設備上面直觀回放。由于數(shù)據(jù)記錄/回放時讀寫外部存儲器的速度很慢，需要占用大量時間，而實時系統(tǒng)不能分配出大量的時間用于頻繁的讀寫外部存儲器。如果采用普通的方法在雷達系統(tǒng)中添加數(shù)據(jù)記錄/回放功能會使實時系統(tǒng)失去實時性，甚至死機。在航跡較多時，由于其產(chǎn)生的隨機性，如果采用逐個航跡數(shù)據(jù)進行讀寫外存來實現(xiàn)航跡數(shù)據(jù)記錄/回放，需要占用大量的CPU資源。如果航跡較多即使占用全部CPU時間片也無法實現(xiàn)航跡數(shù)據(jù)的實時記錄回放，更無法保證原系統(tǒng)的實時性。在本發(fā)明中提出一種優(yōu)化的漏桶法，自適應的記錄/回放數(shù)據(jù)，可以大大減少數(shù)據(jù)記錄回放占用的CPU時間片， 并且可以自適應的選擇CPU空閑時間執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及實現(xiàn)方法，該發(fā)明能夠在不影響實時系統(tǒng)正常運行的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄/回放功能。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為首先對實時系統(tǒng)正常運行時CPU、內(nèi)存等占用率進行統(tǒng)計，得出記錄回放模塊最大可以占用的系統(tǒng)資源率，和每次處理可以占用的最大時間片。針對每條航跡的數(shù)據(jù)量相對比較小，采用一次讀寫多個航跡形成的數(shù)據(jù)塊，比每次讀寫外部存儲器記錄一個航跡進行操作可以節(jié)約大量的時間。本發(fā)明通過打包讀寫的方法大量減少讀寫數(shù)據(jù)的次數(shù)，從而大大減少讀寫數(shù)據(jù)占用總時間片。每次可以讀寫數(shù)據(jù)的最大量根據(jù)每次可以占用最長時間片設計。根據(jù)系統(tǒng)運行情況和當前循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中緩沖數(shù)據(jù)量發(fā)放數(shù)據(jù)記錄或回放令牌。收到令牌的記錄或回放任務通過自適應的任務調(diào)度算法選擇CPU空閑時間執(zhí)行。本發(fā)明在基于VxWorks的軟件平臺上，采用C++語言編程，實現(xiàn)了該算法并應用于工程實際。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為采用基于令牌漏桶法與自適應任務調(diào)度相融合的實時數(shù)據(jù)記錄/回放算法，能在不影響系統(tǒng)實時性的情況下實現(xiàn)航跡數(shù)據(jù)的記錄和回放，不僅節(jié)約了資金和空間，且其工程實現(xiàn)簡單，在現(xiàn)有的實時系統(tǒng)中嵌入該軟件模塊即可；回放效果直觀形象。該方法具有實時性好、成本低廉、效果明顯的特點。它的提出及工程實現(xiàn)在雷達、指控等設備上具有很高的推廣應用價值。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1為基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)工作流程圖，是本發(fā)明的工作流程圖。圖2、圖3、圖4為基于令牌漏桶法自適應的數(shù)據(jù)記錄回放技術(shù)的CPU時間片分配圖， 是本發(fā)明中系統(tǒng)CPU時間片分配圖。其中圖2是未進行記錄/回放時CPU時間片分配圖； 圖3是采用普通方法記錄任務時CPU時間片分配圖；圖4是采用令牌漏斗法自適應記錄/回放時CPU時間片分配圖。
具體實施例方式本發(fā)明基于令牌漏桶法和自適應的數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及實現(xiàn)方法具體實施步驟為(參見圖1)①通過WDB繪出當前實時系統(tǒng)資源占用圖表，統(tǒng)計系統(tǒng)資源的占用率，占用時間段等數(shù)據(jù)；②根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)設置令牌發(fā)放頻率，設計循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池和構(gòu)建令牌漏桶；③根據(jù)設計的循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池結(jié)構(gòu)打包存儲待處理數(shù)據(jù)，如果回放則設計解析回放循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中數(shù)據(jù)。④根據(jù)系統(tǒng)運行情況和循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中待處理數(shù)據(jù)量適時產(chǎn)生令牌；⑤接收到令牌的任務(讀或?qū)?根據(jù)當前CPU的空閑情況自適應選擇執(zhí)行時機， 并根據(jù)當前循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中待處理數(shù)據(jù)量自適應選擇處理數(shù)據(jù)塊的數(shù)量。在數(shù)據(jù)記錄過程中當循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中緩存的數(shù)據(jù)較多時，按照每次最大可以存儲數(shù)據(jù)量進行記錄，并釋放循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中對應空間；如果循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中數(shù)據(jù)量小于最大可以存儲量時(大部分情況)一次性記錄全部數(shù)據(jù)并釋放循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池，以降低數(shù)據(jù)的讀或?qū)懻加玫腃PU資源量。數(shù)據(jù)記錄時系統(tǒng)根據(jù)CPU空閑周期和循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池數(shù)據(jù)量適時釋放令牌，如果數(shù)據(jù)量太少就釋放令牌會導致數(shù)據(jù)記錄任務占用過多CPU資源，相反如果數(shù)據(jù)太多會導致待記錄數(shù)據(jù)丟失。收到令牌的數(shù)據(jù)記錄任務自適應的選擇在CPU空閑較多時記錄數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)任務盡可能多的從循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中提取數(shù)據(jù)記錄在外部存儲設備中。 在數(shù)據(jù)回放過程中根據(jù)系統(tǒng)運行周期和循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池可以用來回放的數(shù)據(jù)量決定是否釋放令牌；收到令牌的數(shù)據(jù)讀取任務自適應的選擇在CPU空閑較多時從外部存儲空間中讀取數(shù)據(jù)，讀取任務根據(jù)循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中緩存數(shù)據(jù)量盡量多的讀取數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)回放模塊根據(jù)循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和時間戳進行實時回放。該方法在基于VxWorks 5. 5操作系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)實時處理。整個系統(tǒng)的功能采用 C++語言編寫。采用的雷達終端每個周期處理的目標個數(shù)是100批；硬件環(huán)境為^Itel(R)Core(TM)Duo 1. 66GHz，內(nèi)存1024MB，存儲介質(zhì)電子盤10GB。通過試驗驗證，該方法在保證原系統(tǒng)可靠性和實時性的前提下，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時記錄/回放功能。
基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄回放技術(shù)及實現(xiàn)方法已經(jīng)成功應用某型雷達系統(tǒng)，該方法能在不影響原系統(tǒng)正常運行的情況下，可以實時的記錄或回放最多100批/2 秒航跡數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于令牌漏桶法的自適應數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及實現(xiàn)方法，其特征在于采用循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池緩存待記錄/回放的數(shù)據(jù)；使用令牌漏桶的方法，根據(jù)具體的CPU使用情況和當前循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中待處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量發(fā)放令牌給記錄/回放任務。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于令牌漏桶法的自適尋數(shù)據(jù)記錄回放技術(shù)在基于 VxWorks平臺上，采用C++語言編程實現(xiàn)的數(shù)據(jù)記錄回放模塊嵌入到實時系統(tǒng)中。其特征在于首先采用對需要記錄的數(shù)據(jù)進行分批打包記錄，或?qū)π枰胤诺臄?shù)據(jù)進行分塊讀取的方法；然后對寫或讀的任務按照令牌發(fā)放的方式控制其操作數(shù)量，通過自適應選擇CPU空閑的時間段的方法完成數(shù)據(jù)的讀或?qū)憽?br> 全文摘要
本發(fā)明設計一種基于令牌漏桶法的自適應插入數(shù)據(jù)記錄/回放技術(shù)及實現(xiàn)方法。該方法主要適用于實時操作系統(tǒng)中，在不影響正常任務運行情況下嵌入實時的記錄數(shù)據(jù)/回放功能。實現(xiàn)過程是首先按照一定的結(jié)構(gòu)把需要記錄數(shù)據(jù)打包存放入循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中，根據(jù)整個系統(tǒng)運行情況和數(shù)據(jù)池中數(shù)據(jù)量發(fā)放令牌，收到令牌的任務自適應的選擇CPU空閑時間完成一批數(shù)據(jù)的記錄。數(shù)據(jù)回放情況是根據(jù)整個系統(tǒng)運行情況和循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中數(shù)據(jù)量發(fā)放令牌，領(lǐng)到令牌的任務批量的從外部存儲器中讀取數(shù)據(jù)放入循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中，系統(tǒng)實時的從循環(huán)隊列數(shù)據(jù)池中讀取數(shù)據(jù)用于回放。本發(fā)明能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時記錄/回放功能。廣泛應用于雷達探測數(shù)據(jù)及有關(guān)設備數(shù)據(jù)等的實時記錄與回放。
文檔編號G06F17/40GK102567549SQ20111036712
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者孟凡, 徐斌, 杜杭, 邢永昌 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所