基于对象模型操作系统的软件总线的设计与实现

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随着计算机技术和软件工程的发展,各种网络互联的智能化装备已经全面应用于我们生活的方方面面,对这些装备的控制管理、协商与协作始终是计算机领域和控制领域的研究热点。目前商用操作系统Vx Works是国际上领先的智能化装备生产厂商的首选,他们基于Vx Works实现自己的装备控制器。但是Vx Works并不是专门面向控制领域而设计,因此用于控制领域有许多不足之处,例如:采用动态模型,在运行时动态调用各种资源,使得系统的可预测性和实时性变差。IPC机制是全局性的,本质是多对一的,而控制系统则更关注于点对点通信和广播。为了给网络互联的智能化装备的控制管理、协商与协作提供更优的支持,启动了研发适用于网络互联的智能化装备的基于对象模型的操作系统的项目。本文研究的主要内容是为基于对象模型的操作系统设计一套对象总线,在充分了解了CORBA的ORB模块和AUTOSAR的RTE模块的相关工作后,发现二者并不符合对象操作系统全部需求且在对象的设定上也有差异,因此在分析了二者相应优点和不足后,本文做了如下工作:(1)针对对象操作系统的典型应用场景,本文给出了对象总线的整体的软件体系结构,设计出的对象总线为组件之间的通信提供了透明的机制。本文将对象总线拆解为记录模块、缓存模块和通信模块三大模块进行了详细说明。分别设计了三大模块的功能,并着重讨论了记录的方式、通信的结构与具体协议的设计、缓存的更新策略等内容,同时介绍了一些主要的数据结构的设计。本文给出了一套详尽的一致的接口规范,软件总线遵循开放式设计原则,为软件系统提供“即插即用”服务,只要遵循“总线”接口标准,任何应用程序,无论其功能如何,都可以直接集成到系统环境中。(2)针对对象总线中对象的高度动态化调整的情形,本文为对象总线设计了一套相应的配套的迁移机制,解决了动态调整后缓存失效带来各种负面的影响。(3)针对对象总线对于通信模块的灵活性、多样性、利于拓展和替代的需求,本文中通信结构设计得层次分明,每一层都独立于下一层,这种设计可以在不影响对象总线通信结构的其它层的情况下,将其中一层修改或者替换掉,使得对象总线的通信实现能够更加灵活。在文章的最后部分,对实现的对象总线进行了功能验证,并且,进行了分析和总结。
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