接口處理器

接口處理器，是對兩個不同的系統或一個系統中兩個特性不同的部分相互連線的部分，進行運算和邏輯運算的一種儀器。

基本介紹

• 中文名：接口處理器
• 外文名：interface processor
• 分類：計算機仿真

系統結構與組成

接口處理器是用於各仿真結點間廣域網通信的接口設備。作為接口處理器的功能性驗證與研究，採用了計算機硬體與網路結構。

系統結構

此系統由4台PC486計算機通過區域網路聯結而成，用來模擬2架飛機的編隊飛行或空中格鬥。每台計算主機與顯示主機共同組成一個飛機仿真結點，即仿真器。

計算主機在功能上分為5 大部分：實時採集飛機操縱面數據、實時解算飛機方程、實時顯示飛機視景、向顯示主機傳送飛機的狀態信息及模擬接口處理器的功能。

顯示主機主要完成2個功能：通過網路接收計算主機傳送來的飛機狀態信息。完成飛機儀表顯示系統的實時仿真(包括空速表、地平儀等)。

網路通信的實現

網路採用了匯流排型區域網路拓撲，便於實現系統擴充。為了提高數據傳輸的實時性、可靠性，採用了市場上成品件網路適配器來解決通信問題，並基於IPX(intemetwork packet exchange)協定開發了無確認方式的點對點(peer-to-peer)底層實時數據傳輸軟體，擺脫了客戶一伺服器的概念和DOS工作站外殼。數據通過廣播方式傳送到網路上, 接收方通過中斷查詢方式接收數據，並根據接收到的協定數據單元(protocoldata unit，簡稱PDU)的類型與內容判斷數據的取捨，不需要的數據便被捨棄，需要的數據讀入記憶體作進一步的處理。此數據傳送與接收方式符合分布互動仿真的要求。

系統運行的實現

整個系統的實時運行是建立在DOS的IC號時鐘定時中斷基礎上的。通過時鐘中斷機制，系統實時地完成了操縱桿操縱數據的採集、飛機方程的解算、飛機視景的顯示、飛機狀態信息的網路傳送與接收和飛機儀表顯示系統的仿真功能。

功能實現

網路延遲的測定

接口處理器通過廣域網在區域網路間進行數據傳輸時必然產生較大的時間延遲，且呈現無規則的分布。網路平均傳輸延遲的測量是在網路初始化後首先完成的工作，是時鐘同步與傳輸延遲補償的必要前提。

接口處理器A在向接口處理器B傳送測試信息，接口處理器B在接收到信息的同時，將接確認信息發向接口處理器A，此時接口處理器A接收到確認信息的時刻, 如此過程反覆n次。

結點間的信息傳輸延遲主要包括數據傳送時間、介質訪問時間、線路傳輸時間和數據接收時間。經過對基於IXP協定的區域網路點對點通信的傳輸延遲的測定，獲得了500個點對點往返信息傳輸延遲數據。同時，為了模擬廣域網傳諭延遲的性質，在加入10～40ms廣域網模擬延遲後也進行了500個點對點往返傳輸延遲測定。對測量數據的分析結果可見，與區域網路相比，廣域網的傳輸延遲較大(均值大)且很不穩定(均方差大)。

協定傳送和接收

接口處理器把各種信息以廣播方式傳送到網路之前，必須先按照信息交換標準將信息打包。此標準主要涉及信息交換的內容、格式的約定以及通信結構和通信協定的選取。只對演示系統中用到的飛機實體狀態協定數據單元進行了約定。

接口處理器以無確認方式接收到實體狀態信息後，首先根據狀態信息中的PDU類型、傳送目標和傳送源3部分內容來確定此信息是否所需，需要的信息被存入記憶體並進行後續處理，不需要的信息便被捨棄，從而達到減小接口處理器處理負擔的目的。這一機制被稱為數據過濾。

DR機制的實現

由於受網路通信頻寬的限制，仿真結點間不可能在每一仿真幀周期都進行信息交換。因此採用低階運動學DR模型代替高階準確模型的方法來推算實體運動狀態，可以實現於滿足一定精度的前提下最大限度地減小網路通信量的目的。接口處理器中包括兩類DR模型：一類為結點的DR模型，接口處理器根據本結點的DR模型了解其他結點對本結點的狀態估計，同時通過判斷估計狀態與結點中準確模型計算出的真實狀態之差是否超出門限值來決定狀態修正信息的傳送；另一類為相關結點中仿真實體的DR模型，接口處理器可根據此DR模型推算其他結點中相關仿真實體的狀態，並將這些推算狀態提供給結點使用(如飛機姿態和相對位置的顯示)。接口處理器還要對其他結點發來的狀態更新信息進行處理，以更新接口處理器中其它仿真實體的DR模型。

坐標與數據變換

接口處理器實現結點關於仿真實體的位置和姿態的局部表示與分布互動仿真協定中全局表示之間的轉換。數據格式變換指不同計算機之間的數據表示格式的變換。例如大端格式(big endian)與小端格式(little endian)之間的轉換。

工業控制設計

在工業控制中，對接口處理器時序匹配的設計，可以更好的提升工業控制的整體性能對接口處理器的時序進行匹配。需要建立各個接口信號的特徵空間。設計向量機分類器，完成對接口處理器的時序匹配傳統方法先建立時序的序列值之間的線性關係。進行多解析度的數據挖據。但忽略了設計向量機分類器。導致時序匹配精度偏低提出 基於混沌的工業控制中接口處理器時序匹配方法該方法在模糊時序處理部分通過建立啟發式規則、模糊集合和隸屬度函式。確定不同接口時序特徵結構，建立接口時序信號特徵因素多重潛周期多元自回歸模型。融合於混沌理論重構了嵌人式各 個接口發射信號的相空間。設計向量機分類器。利用該分類器完成對工業控制中接口處理器時序匹配仿真證明，所提方法分析精度髙，可以為保障工業控制設計質量提供有力的依據。

工業控制原理

在對工業控制中接口處理器時序匹配過程中，先給出工業控制中所有接口時序的模糊隨機時間序列，組建各接口時序信號的模糊自回歸模型，得到工業控制中接口處理器時序觀測變數，提取各個接口時序信號的特徵，得到工業控制中各個接口時序匹配的模糊指數，完成對工業控制中接口處理器時序匹配。

工業控制匹配

1、接口特徵因素模型的組建

在對工業控制中接口處理器時序匹配過程中，融合於模糊理論依據論域和模糊語言子集對歷史的接口時序數據進行模糊化，選擇合適預測視窗對各個接口時序信號進行預測，給出各個接口時序信號的變化趨勢，確定不同接口時序信號特徵因素結構，建立接口時序信號特徵因素多重潛周期多元自冋歸模型。

在對工業控制中接口處理器時序匹配過程中，通過建立啟發式規則、模糊變數模糊集合和隸屬度函式，對歷史接口時序信號進行模糊化，確定不同接口時序特徵結構，建立接口時序信號特徵因素多重潛周期多元自回歸模型，為實現對工業控制中接口處理器時序最佳化分析奠定了基礎。

2、基於混沌理論重構的接口處理器時序匹配

在對工業控制中接口處理器時序匹配過程中，以獲取的接口時序信號特徵因素多重潛周期多元自回歸模型H()為依據，融合於混沌理論給出工業控制中接口時序發射信號，通過提取嵌入維數與Lyapounov係數建立工業控制各個接口信號的特徵空間，設計向量機分類器，利用該分類器，完成對工業控制中接口處理器時序匹配。

仿真證明

為了證明提出的基於混沌的工業控制中接口處理器時序匹配方法有效性，需要進行一次實驗。利用ISE搭建工業控制中接口處理器時序匹配的仿真平台。實驗數據連源於Xilinx開發的SDF檔案的時序匹配記錄。

1、不同方法分析有效性對比

分別利用所提基於混沌方法和文獻所提基於聚類分析方法，進行工業控制中接口處理器時序匹配實驗。對比兩種不同方法，進行工業控制中各個接口處理器時序匹配的均方根誤差、擬合優度對比結果。

從不同方法時序信號擬合優度對比和不同方法時序信號匹配的均方根誤差對比中可以分析得出，利用所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的有效性要高於文獻方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的有效性，這主要是因為在利用所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配時，在模糊時序處理部分通過建立啟發式規則、模糊變數模糊集合和隸屬度函式，對歷史接口時序信號進行模糊化，確定不同接口時序特徵結構，建立接口時序信號特徵因素多重潛周期多元自回歸模型，從而保障了所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的有效性。

2、不同方法分析正確率對比

分別利用所提基於混沌方法和文獻所提基於聚類分析方法進行工業控制中接口處理器時序匹配實驗。對比兩種不同方法求取實驗接口信號的速率以及關聯度對比結果。

從不同方法信號提取關聯度對比和不同方法信號提取速率對比中可以分析說明，利用所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的整體優越性要優於文獻方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的整體優越性，這主要是因為在利用所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配時，融合於混沌理論重構了嵌入式各個接口發射信號的相空間，通過提取嵌入維數與Lyapounov係數建立工業控制各個接口信號的特徵空間，設計向量機分類器，利用該分類器完成對工業控制中接口處理器時序匹配，提升了所提方法進行工業控制中接口處理器時序匹配的整體優越性。仿真證明，所提方法分析精度高，可以為保障工業控制運行質量提供有力的依據。