[发明专利]通用计算机实时处理外部事件的方法和一种虚拟时统设备

说明书

问题领域：

本发明属于实时IO处理领域，特别涉及一种由通用计算机一部分计算资源和通用通信板卡实现的时统卡。

相关技术：

在工程上，对物理事件的实时处理通常有两种方法：

方法一：采用专用的硬件板卡，板卡上具有处理单元和存储资源，板卡可以利用其上的这些硬件资源完成对事件的实时处理。这种实现方式的优点是比较容易保证事件处理的实时性；缺点是硬件的成本较高、且在硬件板卡出厂后，用户不易更改此板卡对于事件的处理逻辑。

方法二是采用通用硬件对事件进行接收，而由通用计算机中的实时任务对接收到的事件进行实时处理。此种实现方式的优点是灵活、成本低，缺点是事件处理的实时性容易受通用计算机上其它任务的影响。

发明内容：

针对以上两种实现方法的优缺点，本发明提出一种使用通用计算机上被隔离的硬件资源进行实时事件处理的方法，其本质在于：使用通用计算机的处理器和存储器处理事件，但通过限制通用计算机上操作系统所管理的硬件资源，使得实时事件处理的过程在逻辑上与通用计算机操作系统相互独立，从而防止了通用计算机操作系统的各种操作对实时事件处理造成实时性影响，且又避免了使用专用硬件板卡的高成本和不灵活。

具体的说，本发明提出一种利用通用计算机资源实时处理外部事件的方法，包括通用计算机上支持处理器动态下线功能的操作系统、运行在所述操作系统内的驱动程序、虚拟设备实现包、和用于获知或产生事件的硬件模块，其特征在于：

(1)所述虚拟设备实现包包括初始化模块、外部交互模块和内部交互模块，其中所述初始化模块负责为外部交互模块和内部交互模块的正常运行建立运行环境，外部交互模块负责通过所述硬件模块与所述通用计算机系统的外部进行交互，内部交互模块负责与所述通用计算机操作系统及其上的软件进行通信，且外部交互模块、内部交互模块的正常运行均独立于所述通用计算机操作系统；

(2)所述驱动程序执行包括如下步骤的流程，在所述通用计算机上安装对于外部事件的处理逻辑：

步骤一：利用所述操作系统提供的功能，将实时事件处理所需的、包括所述硬件模块、处理器、物理内存页面在内的硬件资源，从当前操作系统中隔离出来；

步骤二：利用所述操作系统提供的功能，获得在步骤一被隔离出来的硬件资源的管理信息；

步骤三：根据虚拟设备实现包和步骤二获得的信息，对步骤一隔离出来的硬件资源进行必要的初始化；

步骤四：向步骤一隔离出来的、实时事件处理所使用的处理器发送初始化命令，从而导致接收到初始化命令的处理器开始执行虚拟设备实现包所包含的逻辑功能；

(3)处理器在执行所述虚拟设备实现包包含的逻辑功能时，会包括如下步骤：

步骤一初始化实时事件处理所需要的运行环境；

步骤二并行执行所述内部交互模块和外部交互模块，如(1)所述，在正常工作状态下，这两个模块的运行独立于所述通用计算机操作系统。

需要说明的是：

1.本发明提出的方法仅限定了“虚拟设备实现包的外部交互模块和外部交互模块的正常运行独立于通用计算机操作系统”，并未限定虚拟设备实现包采用何种方式实现其正常工作逻辑之外的功能。对于正常工作前的相关软硬件环境初始化(如：相关内存的初始化、硬件模块的初始化、中断的路由、页表的建立等)、正常工作过程中出现的异常状态(如出现了某些软件和硬件故障，需要进行重置)等情况，本领域相关技术人员可根据硬件模块的特点和软件开发工作量等因素，自主地决定是由驱动程序程序实现，还是由虚拟设备实现包实现，还是由驱动程序和虚拟设备实现包协同实现。

2.本发明方法并未限定虚拟设备实现包中内部交互模块和外部交互模块的并行执行方式。当虚拟设备实现包只使用一个CPU完成全部的逻辑功能时，若更强调实时地与外部通信，则可令外部交互模块以外部中断处理程序的方式运行，而内部交互模块以轮询方式运行；若更强调实时地处理来自通用计算机操作系统的请求，则可将内部交互模块实现为处理机间中断的处理程序，而外部交互模块以轮询方式运行。当虚拟设备实现包使用足够多的CPU完成其逻辑功能时，则外部交互模块和内部交互模块可以独自选择以中断处理程序形式，还是以轮询形式运行。在有的实现方式中，虚拟设备实现包中甚至可以包含一个具有任务调度功能的实时操作系统。