IEEE 1394b总线性能评价技术及其应用研究

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IEEE 1394b总线是目前低成本、高性能互联的重要候选方案之一。性能评价题目是该总线应用中的关键题目之一，国内外对此题目的研究还很不成熟。模型方法是性能评价中广泛采用的方法，但是由于1394b总线的数据传输包括等时传输、异步传输和混合传输3种模式，而且几种数据传输模式中总线的仲裁机制也不同，这些都增加了建模的难度。所以如何建立各种传输模式下的总线模型来准确地描述应用中各种数据传输行为是建模中的难点。针对IEEE 1394b总线的性能评价题目，本文采用模型方法，遵循理论研究→数学建模→仿真分析→实验验证及应用的研究思路，以随机Petri网（stochastic Petri nets，SPN）理论为基础，建立了IEEE 1394b总线的等时传输、异步传输和混合传输模型，研究了几种传输模式下总线的性能评价题目，并将混合传输模型应用于实际的1394b光纤总线系统性能评价。本文研究立足于实际应用，所建模型的最大特点在于不局限于对总线协议的分析，而是将实际应用中的很多因素在模型中加以考虑，使模型更接近实际应用，可以为应用系统性能评价服务。本文的研究主要包括以下几方面的内容：一、IEEE 1394b总线等时传输性能评价研究：1394b总线等时传输中的带宽预留机制保证了等时传输具有很好的实时性和可预测的延时，此外总线的仲裁方式对等时传输性能也有很大影响，这两个题目是等时传输建模中的关键题目。考虑到上述题目对等时传输性能的影响，本文基于随机Petri网理论，分别建立了基于等时仲裁和BOSS仲裁的等时传输模型。传统的排队论模型忽略了带宽预留和仲裁机制对等时传输性能的影响，得到的模型与实际情况有较大差别。与排队论模型相比，本文建立的SPN模型将带宽预留机制、仲裁机制以及总线上的间隔时间等因素考虑在内，更加准确地描述了应用中等时传输的过程。通过对模型的仿真分析和实验验证，得到了总线性能与总线负载参数之间的关系，给出了预留带宽的计算方法以及总线吞吐量和利用率的理论极限值与应用中的推荐值，得到了平均等待时间与数据包大小无关的结论。二、IEEE 1394b总线异步传输性能评价研究：1394b总线异步传输具有一系列的错误处理机制，可以保证数据传输的可靠性。这一系列的错误处理机制和总线的仲裁方式对异步传输性能有很大影响，是建模中需要考虑的关键题目。本文深入研究了IEEE 1394b总线异步传输中的错误处理机制及仲裁方式，建立了基于公平仲裁和BOSS仲裁的异步传输模型。模型对异步传输过程中的总线的错误处理机制和总线仲裁方式进行了描述，可以分析总线出错的情况下总线的性能。通过对模型的仿真分析和实验验证，得到了总线性能与负载参数的关系，给出了异步传输中数据包到达速率极限的计算方法，并分析了误码率对总线异步传输性能的影响。三、IEEE 1394b总线混合传输性能评价研究：IEEE 1394b总线混合传输过程中等时传输具有比异步传输更高的优先级，最多只能占用80%的总线带宽，而且异步传输的加入会导致等时循环周期的抖动，如何准确地描述这些题目是混合传输建模中的难点。本文在建模中采用确定与随机Petri网理论，通过建立等时循环周期计时器模型和设计不同的传输状态解决了上述题目。通过对模型的仿真分析和实验验证，得到了等时传输和异步传输的相互影响。四、IEEE 1394b光纤总线系统设计及性能评价研究：基于VxWorks嵌入式操作系统，设计了IEEE 1394b光纤总线通信管理软件FODB−C&MS。该软件实现了1394b协议，能够进行等时、异步数据传输和简单的性能测试。基于混合传输模型对该系统性能进行了评估，结果显示系统性能达到了设计要求。

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