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基于事件触发并发数据流模型的可视化编程语言研究

王瑞荣  
【摘要】: 目前,面向虚拟仪器的可视化编程语言(或称图形化编程语言)多是基于动态纯数据流(DHDF)模型的。由于DHDF的自然属性(数据驱动)与目前大多数操作系统的事件驱动模型不能很好地结合,导致了两个明显的不足:运行效率低,CPU占用率高;对外部事件响应速度慢,系统实时性差。与此同时,测控技术的发展也对测试软件提出了新的要求,希望作为核心的软件能够在高效利用硬件平台实现并发处理的同时及时响应并处理具有一定时限的任务。 本文通过对测控系统以及与之相关的操作系统的运行机制的分析,提出了一种事件触发并发数据流(ECDF)模型,并且在该模型的基础上设计并实现了面向虚拟仪器的可视化语言—E语言。文中不仅给出了ECDF模型的文法描述和调度算法,也给出了E语言及其开发环境的设计与实现方法。与其它面向虚拟仪器的可视化编程语言相比,基于ECDF模型的E语言有以下几个特点: 1.并发多线程机制。部分虚拟仪器控件之中含有线程,在这些线程中可以实现阻塞调用、重叠I/O、事件监听以及回调等操作模式。 2.事件触发。这里的事件触发有两层含义:一是内含线程的控件,其操作运行可以由外部事件触发;二是纯数据流调度器可以由线程控件发出的事件激活。通过纯数据流调度器的自动关闭与事件激活机制,使得E语言可以在没有数据可以处理的时候让出CPU。 3.带FIFO的边。这种带FIFO的边用于线程控件与非线程控件、线程控件与线程控件之间的数据传输。这种边不仅解决了异步数据传输的问题,而且在外部数据流暂时高于内部处理速度的情况下起到了缓冲器的作用。这样做的好处是:只要FIFO具有足够的深度,就能忍受足够长时间的外部高速数据流,大大提高了系统对交发性数据流的处理能力。 4.多视图的主子程序结构。利用多视图可以同时观察主程序与子程序,提高了可视化语言的直观感与可读性。 5.六类仪器控件模型。根据需要完成的功能并考虑实现的难度,把控 摘要 件模型分成六类。提出利用内含线程的虚拟仪器控件实现同一资源双向对话 的通信模型。 6.分支与循环结构。针对数据流语言中的设计难点,提出了简单、实 用的分支与循环结构。用这些结构可以完成叠代、递归等复杂的数学计算。 测试结果表明:与原有的基于DHDF模型的可视化语言相比,E语言 不仅实现了并发运行机制,而且在事件驱动的操作系统上运行时具有更高 的效率和更好的实时性能。该语言不仅适合处理突发性高速数据流,也适 用于反应式系统设计。 文中还提出了一种用于描述单率、异步数据流语言的RTL文法。文法 中引入传输事件常量与状态谓词侣tate Predicates)解诀了异步节点的 RTL文 法描述问题。利用该文法可以对基于单率异步数据流的可视化程序进行实 时性检验。


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