基于虚拟机技术的DCS仿真系统设计与实现

而基于虚拟机技术的DCS仿真系统则是把仿真目标放在了控制器本身，而不是控制器程序。在PC中实现一个虚拟的主控制器，控制器程序可以直接运行在虚拟控制器中，使得控制器程序的升级只需要简单的替换镜像文件。只有当硬件出现升级的时候，才需要对虚拟控制器进行升级。硬件稳定性相对较高，不会出现频繁地升级。

Level 0的硬件模块内部逻辑比较简单，可以使用LabVIEW实现虚拟设备。虚拟控制器将输出值传送给虚拟设备，最终虚拟设备根据输出值在显示面板中作相应的显示，同时虚拟设备也可以将自身的某些值传给虚拟控制器。

综上所述，整个基于虚拟机技术的DCS仿真系统，是由Level 2的实际软件、Level 1虚拟控制器以及实际的控制器软件和Level 0虚拟设备模块组成。由此可以看出，难点是虚拟控制器的实现。

3 虚拟控制器的实现

虚拟机的实现主要有两种方式：(1)主要由软件完全模拟目标平台的每一条指令，所以称为指令集虚拟机ISA(Instruction Set Architecture)，又因为是完全模拟所以又称模拟器；(2)借助于特定平台和OS环境，利用VMM(Virtual Machine Monitor)程序为用户提供一个高效的虚拟执行环境，其主要特点就是执行效率高。由于使用了宿主操作系统的特性对功能进行了虚拟，所以称为功能级或者抽象级虚拟机，也属于一种仿真技术[2-3]。

目前控制器的结构主要包括了CPU、内存、网卡、Flash、DOC、双口RAM、SRAM以及各种端口。其中许多特定的硬件需要模拟，所以选择指令集虚拟机技术设计虚拟控制器。图2所示为虚拟控制器的结构图。



图2中各个模块完全按照现实控制器进行划分和设计。

(1)CPU模块包括实现指令的模拟和各个寄存器的实现。

(2)内存模块主要实现内存的模拟，其大小在虚拟控制器启动时确定，运行期间不能改变。

(3)网卡模块主要实现虚拟控制器的网卡，使得虚拟控制器可以通过网络发送和接收数据。

(4)存储模块相当于实现了虚拟机的存储介质，例如Flash、DOC、电子盘等。

(5)SRAM模块实现控制器用于掉电保护的SRAM，并用于虚拟机的数据掉电保护。

(6)双口RAM模块主要模拟控制器与DP主卡交互数据的双口RAM。

(7)端口模块实现控制器上的各个端口，虚拟控制器需要从端口读取站号，单双机状态、LED灯状态和其他状态。

(8)显示模块主要模拟类似显示器的作用。

(9)主板模块在整个虚拟控制器起着协调作用，具有配置整个虚拟控制器的硬件特性，其中还包括定时器。