实时市场

关键词： 负荷 市场 预测 运行

实时市场（精选六篇）

实时市场 篇1

由于天气、电网故障等偶然因素,日前市场的发电计划与实际负荷偏差较大时,需要启用实时平衡市场,以平衡不平衡的出力,维持电力系统正常稳定运行。实时市场一般已经非常接近实际运行时间点,其负荷数据来自于超短期负荷预测数据[1],由于时间的逼近和相关负荷预测因素的明朗清晰化超短期预测的负荷已经能高精度跟踪电力系统实际负荷[2,3]。因此,超短期负荷预测误差带来的不确定性因素基本可以忽略,即把超短期负荷预测作为一个确定值,不考虑负荷预测误差的影响。

随着风电的大规模并网,风电在节省化石能源减少有害气体排放的同时,也对电力系统的运行造成了一定的影响,如潮流的波动、电压质量变化、辅助服务的增加、调度不确定性等[4]。这些影响的根源来自于风电的不可准确预测性。按照预测时间尺度的不同,风电功率预测一般可分为超短期预测、短期预测、中期预测和长期预测。短期预测一般是提前1~48 h(或72 h)的预测,其目的是为了向电网调度提供调度依据及满足风电参与竞价上网的需要多用在日前市场中;超短期预测一般是提前几十分钟的预测,其目的是为了满足风电机组控制的需要优化电力系统运行,多用在实时市场中[5]。目前,风电出力预测技术虽不断地提高,但预测结果仍然不理想,如短期预测精度只能达到80 % 多[6],超短期预测精度较短期预测精度有所提高,但偏差仍有9%左右[7]。因此,在实时市场中,超短期的风电点预测值尚不能作为一个确定的值,需要考虑预测偏差,以满足实时平衡市场调整发电计划出力的需要,减少功率偏差缺额。

当超短期负荷预测与原有发电计划出现偏差时,文献[8-9]探讨采用发电计划偏差调整措施进行功率的平衡,并利用改进的粒子群算法进行求解,尚未考虑风电因素。考虑风电预测偏差的日前市场经济调度文献较多,如文献[10-12]考虑了风电的预测偏差,在风速基于Weibull分布基础上,求出风电预测出力偏差期望值,探讨含有风电的经济调度模型文献[13]根据风电功率预测误差随着时间尺度的减小而减小、预测精度逐渐提高的特性,提出计及风电预测误差带的日前和日内调度计划。日前市场时间跨度为24 h,风速的分布特性多采用Weibull分布来计算风电预测偏差期望值。但当关注超短期风速对电网调度或运行的影响时,就需要利用更短周期内的风速分布统计规律[14,15]。

本文考虑在风速超短期预测的基础上,依据风速与功率关系的表达式,得出风电功率超短期预测值基于风速的正态分布特性,推导风电场功率的概率密度函数和概率分布,并在实时平衡市场机组出力调整费用模型中引入风电出力预测偏差造成的成本,考虑风速分布特性、风电预测值、惩罚成本系数等对实时市场的影响。

1 风速满足正态分布的风电场功率特性分析

对大量实测数据的统计结果表明,较长时间内风速的随机分布近似服从Weibull函数。如果统计风速数据时间较短,则利用正态分布来描述风速的概率分布可能更接近其真实分布函数[15],其概率密度函数为:

其中,μ、σ分别为正态分布的平均值和标准差;vi 为风电场i的风速(单位为m / s)。

根据式(1),得出风速正态分布的分布函数为:

其中,Φ(·)为标准正态分布函数。

设风电场的出力可以用式(3)获得:

其中,PiW、PiWN、viin、viN、viout分别为风电场i的出力、额定出力、切入风速、额定风速和切出风速。

根据式(1)和式(3),风电场功率分布的概率密度函数在风速为viin≤vi< viN时为:

当风速在vi<viin或vi>viout时,功率的概率为:

当风速在viN≤vi≤viout时,功率的概率为:

风电场功率小于0或大于额定功率的概率为:

根据式(5)—(8)可以得出风速满足正态分布的风电场功率概率分布为:

设风电场i目前预测的功率为PiWf(0 < PiWf< PiWN),则风电场i未来实际出力PiWr大于、等于、小于预测功率的概率分别为:

同理,当PiWf= 0或P iWf= PiWN时,未来实际风电出力值与预测值偏差概率分别如式(11)和式(12)所示。

2 实时平衡市场模型

负荷预测技术的不断提高和负荷本身的规律性,使得负荷预测偏差比风速预测偏差要更小,超短期负荷预测值基本可以替代实际的负荷值。因此,在目标函数中忽略了负荷预测偏差的影响。风速预测随着预测时间的缩短,预测精度会提高。但是由于风速本身的特性,即使缩短预测时间也会存在较大的偏差,因此需要考虑风速预测偏差对系统功率不平衡的影响。故实时平衡市场出力偏差调整费用目标函数为:

其中,NG、NW分别为常规发电机组的台数和风电场的个数;Piav为结合风电场i风速概率分布的一个随机值,变化范围为0≤P iav≤PiWN,其值的大小与风速的概率分布有关。

在式(13)中,等号右边第一项表示常规机组因负荷和风电预测出力的偏差而造成的系统实际出力和日前市场上的计划出力不一致,因此形成上调出力或下调出力费用,其中Cj(ΔPj) 为实时市场中常规机组出力调整费用报价(单位为元 / MW),具体如下:

其中,aj、bj 为常规机组j报价函数系数;ΔPj 为机组j在实时市场中上调或下调的出力(单位为MW)。

在式(13)中,等号右边第二项表示风电出力超短期预测值过高而引起的备用成本的增加,函数形式如下:

其中,λir为风电过高估计引起的备用成本系数。

根据前面对风速满足正态分布的风电场功率特性分析,上式可以进一步转化为:

在式(13)中,等号右边第三项表示风电出力超短期预测值过低而引起弃风的惩罚成本,函数形式如下:

其中,λpj为风电过低估计引起的弃风成本系数。

根据前面对风速满足正态分布的风电场功率特性分析,上式可以进一步转化为:

约束条件如下。

a. 常规发电机组出力限制。机组下调与上调时约束分别如式(19)、(20)所示。

其中,P j、P jmax、Pjmin分别为机组j日前市场安排的计划出力、最大出力和最小出力。

b. 线路输送功率约束:

其中,F l,j、Fl,i、Fl,m 分别为机组j、风电场i和等值负荷m对支路l的功率转移分布因子 ,代表机组、风电场或负荷引起输电线路潮流的变化量;ΔP lmax为支路在日前市场中剩余的传输功率;ΔPiW为风电场i预测值之差,即ΔPiW= PiWf,s- PiWf,d,PiWf,s、PiWf,d分别为实时市场超短期、日前市场短期预测风电出力;ΔP mL为节点m的负荷预测值偏差,即ΔPmL= PmL,s- PmL,d,PmL,s、PmL,d分别为节点m超短期负荷预测值和日前市场的负荷预测值。

c. 功率平衡约束:

3 算例分析

网络数据采用IEEE 30节点系统数据,日前市场计划负荷为283.4 MW。假设λir= 400元 / (MW·h),λjp= 400元 / (MW·h)。发电机实时市场报价函数和相关参数见表1。实时市场某一时刻t预测负荷为307.5 MW,则实时市场的负荷预测偏差为24.1 MW,增加负荷的节点分别是:节点2增加4.5 MW,节点5增加7 MW,节点8增加10 MW,节点21增加2.6 MW。风电场接入节点为节点6,日前市场预测的风电出力为32 MW,实时市场预测的风电出力值为27.5 MW,则实时市场功率不平衡量为28.6 MW。根据该地区与时刻t较短时间段的风速数据,分别用正态分布和Weibull分布概率进行比较 ,见图1和图2。根据比较结果,风速特性利用正态分布来描述比较吻合。采用极大似然法进行参数拟合,得到正态分布参数μ=5.104 1,σ=0.783 5。风电场其他参数为:P iWN= 50 MW,viin= 3 m / s,viN=15 m / s,viout= 25 m / s。

注:括号中为下调出力报价常量部分。

在实时市场中进行超短期风速预测,依据式(3)计算出预测功率,根据式(10)—(12)可得出未来实际风电功率与预测功率偏差的概率。图3显示了风电场未来实际出力PiWr大于预测功率的概率,其中超短期预测风速间隔为10 s,预测风电功率点数为120个。由于预测功率的变化,每一个测点偏差概率也随之变化。

根据上述出力调整模型,利用粒子群算法进行求解。各节点上发电机组出力调整量如表2所示,风电高估、低估出力期望值以及高估成本和总成本分别为18.63 MW、0 MW、7 451.9元、17 546元。

为了进一步深入探讨文中相关的参数对总成本及高估出力和低估出力期望值的影响,本文从以下几方面作优化分析。

a. 不同的风速分布特性及风电功率预测值对实时市场的影响。

设λri= λpj= 400元 / (MW·h), μ = 5.104 1,σ取0.783 5和1.5时,总成本、高估出力和低估出力期望值的变化见图4和图5。

同样,设λri= λpj= 400元 / (MW·h), μ取5.104 1和7.1041,σ=0.7835,总成本、高估出力和低估出力期望值的变化见图6和图7。

不论σ或μ 取值大或小,随着超短期风电功率预测值的增加,低估出力皆减小直至0,高估出力从不断增加,最高接近40 MW。随着σ和 μ的变大低估出力期望值在增加而高估出力期望值减小,见图4和图6。

总成本曲线先下降后上升,下降段是比较平滑的曲线,后半段总体趋势是上升的,但上升速度不如下降段变化速度快。随着实时市场中风电出力预测值的上升,常规机组的出力调整费用一直是单调下降的,总成本开始由以常规机组出力调整费用为主逐步过渡到由风电预测偏差引起的惩罚成本为主。风电预测偏差引起的惩罚成本是一个先降后升的曲线如图5和图7所示。因此,当偏差成本上升曲线变化的成本小于常规机组出力调整费用下降成本时,总成本曲线就会产生一个总体趋势向上但预测点上的值会稍回落的非平滑曲线。随着σ的变大,总成本曲线在转折点前稍大,转折点后反而更小了,原因是随着σ的增加,高估出力期望值减小,故功率偏差成本也减少了。μ的变化对成本的影响与σ 一样,只是影响的效果会更明显。

b. 不同的λir、λpj及风电功率预测值对实时市场的影响。

设μ = 5.104 1,σ取0.783 5时,总成本、高估出力和低估出力期望值的变化见图8。

随着实时市场对风电预测出力的增加,低估期望值减小,高估期望值增大。在风电预测出力较小时,低估期望值远远大于高估期望值。因此,仅弃风成

本系数λpj下降的成本曲线的成本最低;随着风电预测值出力的增加,高估期望值不断加大,低估期望值减小到0,故仅有备用成本系数λir下降的成本曲线与另外2条成本曲线没有重合,而且下降趋势一直在延伸,在额定功率范围内尚没有拐点。由此可见,λri越小,高估风电功率预测值对平衡市场中因出力不平衡而产生的成本费用是有利的;而当λpj越小时,低估风电功率预测值对出力不平衡而产生的成本费用是有利的。

4 结论

本文考虑超短期风电功率预测的不确定性,在优化常规机组出力调整费用的同时,结合风电预测功率的高估出力期望值和低估出力期望值对系统运行成本的影响,构成整体以多成本为目标的函数。通过算例,分析不同的风电预测出力、风速分布特性参数、备用成本系数、弃风成本系数对成本以及出力偏差期望值的影响,得出如下结论。

a. 详细推导了较短时间内风速满足正态分布的风电场功率分布表达式以及风电场未来实际出力与预测功率的偏差概率。

b. 把风电偏差成本与常规机组出力成本作为实时平衡市场上总的调整成本,该成本随着正态分布参数标准差的变大先增大后减小,另一个参数平均值的影响与之类似。总成本随着风电功率预测值的增大而先单调减小再锯齿波式上升。偏差成本随着风电预测功率的增加,先单调下降而后单调上升,具有明显的拐点。

c. 风电预测功率高估出力期望值随着标准差的增大先略有增大而后减小,低估出力期望值随着标准差的增大而增大,另一个参数平均值的影响与之类似随着风电预测功率的增加,低估出力逐渐减小到0高估出力由0逐渐增大。

实时市场 篇2

RTB模式的广告竞价平台简单理解就是它的运行环境就像股票交易所，媒体可向竞价者提供其尚未售出的广告空间，竞价者则根据未售出广告或广告存货水平，在最后一分钟出价。

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实时市场 篇3

Facebook Live服务是在去年推出的, 面向Facebook用户提供直播流播放服务。 Facebook推出了新功能, 其中包括全球视频流播放地图、 扩大后的搜索功能以及类似于其他平台上的同类服务的滤镜功能等。 用户可将视频转换为黑白格式, 类似于Facebook旗下照片共享服务Instagram所提供的功能;而在不久以后, 用户还可在视频中添加涂鸦。 Facebook将这项服务放在了其应用内部的显要位置。 对全球60 个国家的许多iOS和Android用户来说, Facebook Live服务已被放置于显示栏上。

实时市场 篇4

基于CCSDS标准的AOS建立在开放系统互联 (Open System Interconnect, OSI) 七层结构模型上, 各层之间交互支持又相互独立。AOS建议提供八种业务, 其中网间业务与路径业务是整个CCSDS主网的端-端数据传输业务, 对应于OSI参考模型的网络层。另外六种业务为包装业务、复用业务、位流业务、虚拟信道访问业务、虚拟信道数据单元业务和插入业务, 由AOS的空间链路层 (Space Link layer, SL) 提供, 对应于OSI参考模型中的数据链路层。

AOS服务于空—空和空—地间的测控、通信以及数据管理系统, 可以处理多种类型、不同速率的数据, 支持不同需求的许多用户同时访问。通过建立统一的数据流, AOS利用一个信道可以同时传送数据、话音、电视图像、静止图像、实验数据、遥测、遥控等各种不同信息。为了使不同类型的数据共享同一信道, AOS将具有不同特性和传输要求的源包用多个虚拟信道分开, 共用同一物理信道进行传输。由于用户种类多, 数据随机性强, 而且对于实时性和完整性要求也不一致, 如何有效利用虚拟信道并选择简单适用的调度方案实现各类数据混合传输成为AOS系统设计的重点。

1 信源特性分析

CCSDS标准的星载数据系统面向的数据源与传统系统有较大区别, 它接收的是各种应用过程数据包。不同应用过程的源包具有不同的特性。系统首先对信源从特性上进行划分, 以满足不同类数据的不同传输要求。对信源数据类型的合理划分是虚拟信道分配和调度算法选择的基础。CCSDS数据系统的主要数据源一般可划分为: (1) 健康数据 (如电源参数、温度、设备工作状态) ; (2) 各种突发事件数据, 尤其是故障相关数据; (3) 对遥控命令接收、分配和验证的报告, 对卫星诊断操作的反应等; (4) 大容量数据源, 如延时遥测, 内存下卸等; (5) 一些科学实验数据或简单有效载荷数据等; (6) 视频、音频等即时通讯数据。

上述数据又可以根据实时性要求统一划分为两大类:实时数据和非实时数据。在一些航天任务中, 地面监控人员需要通过视频、音频通讯数据实时遥操作正在航天器上进行的科学实验, 或者观察航天员的活动情况。这类视频、音频通讯数据即为实时数据, 如果得不到及时传输, 实时数据将失去其价值。因此, 系统必须优先保证实时数据的延时要求和传输质量。另外一些数据, 如电子邮件、一般文件、延时遥测等, 对实时性要求不高, 在传输过程中发生一定延时不会影响其价值, 这类数据即为非实时数据, 系统可以给予较低的传输优先级。

2 VCDU结构

CCSDS AOS与传统遥测遥控系统的最大区别是提出了虚拟信道概念, 用同一物理信道传输不同信源产生的数据源包。虚拟信道传输的协议数据单元采用的是CCSDS VCDU格式, 由主导头、插入区 (可选) 、数据单元区和尾序列 (可选) 构成, 如图1所示。为支持空间链路子网 (Space Link Subnet, SLS) 等级1和等级2业务, VCDU的末尾可以附上一个RS校验码块构成编码虚拟信道数据单元 (Coded Virtual Channel Data Unit, CVCDU) 。为简化设计, 本文采用无信道纠错编码的数据格式, 不对数据加编码保护, 仅讨论VCDU结构。

VCDU主导头由版本号、航天器标识、虚拟信道标识、VCDU计数器、回放标识、保留位、以及VCDU导头差错控制域组成, 详细构成如图2所示。2比特版本号用来定义数据传送帧的结构 (“00”表示该数据单元为CCSDS遥测传送帧, “01”表示VCDU帧, 本文仅讨论版本号为“01”的情况) , 8比特航天器标识和6比特虚拟信道标识共同组成VCDU标识, 用于分辨该VCDU是属于哪个航天器的哪个虚拟信道。24比特的VCDU计数器对每一个虚拟信道传输的所有VCDU进行计数。1比特回放标志用来区分数据类型 (“0”表示实时数据, “1”表示回放数据) , 7比特的保留位被CCSDS留作将来使用。16比特的导头差错控制域采用缩短的RS (10, 6) 码为导头提供差错保护功能。

由第1部分的信源特性分析可知, 不同信源产生的数据可以根据实时性要求分为实时数据和非实时数据。本文将“回放标识”重新定义为“实时标识”:“0”表示实时数据, “1”表示非实时数据。为进一步对数据优先级进行分类, 可以利用保留位的部分比特来表示数据的优先级。为便于讨论, 本文仅取保留位中第1个比特来表示数据的高优先级和低优先级 (“0”表示高优先级, “1”表示低优先级) 。修改后的VCDU主导头结构如图3所示。

3 虚拟信道调度算法

通过对VCDU主导头信号域的重定义, 可将数据按照实时标识位和优先级位分为四类:高优先级实时数据、低优先级实时数据、高优先级非实时数据和低优先级非实时数据。实时数据在传输过程中具有最高的优先级, 被优先传输, 以满足数据对延迟的要求。非实时数据按优先级的高低被分别缓存在高优先级缓存器和低优先级缓存器中, 在虚拟信道调度过程中, 高优先级缓存器中的数据比低优先级缓存器中的数据优先传输。

下面以一路实时数据和两路非实时数据A、B的传输为例, 具体说明基于优先级高低的虚拟信道调度算法。系统总体框架如图4所示。

图4中, VCDU成帧模块负责为虚拟信道协议数据单元添加VCDU主导头, 并根据数据性质和传送优先级给信号域的实时标识位和优先级位赋值。缓存器选择模块将高优先级的VCDU帧缓存到高优先级缓存器, 将低优先级的VCDU帧缓存到低优先级缓存器。正常情况下非实时数据A比B具有较高的优先级, 缓存器选择模块将A存入高优先级缓存器, 将B存入低优先级缓存器。在特殊情况下 (如B包含故障相关数据) , 系统临时赋予B数据较高优先级, 缓存器选择模块将B存入高优先级缓存器, 将A存入低优先级缓存器, 一旦故障排除, 系统恢复正常状态。该设计方案的优点是可以简化虚拟信道调度模块的调度算法, 灵活调整A、B的优先级。

虚拟信道调度算法流程如图5所示。系统优先传输实时数据, 以满足其延时要求。当没有实时数据传输请求时, 系统检先查高优先级缓存器是否为空。高优先级缓存器中有数据时, 系统取出一帧高优先级VCDU传输;当高优先级缓存器为空时, 系统再检查低优先级缓存器是否为空。低优先级缓存器中有数据时, 系统取出一帧低优先级VCDU传输;低优先级缓存器为空时, 系统传输一帧填充数据以保障下行数据的连续性。

4 仿真结果分析

本文实验过程中, 每个VCDU的大小设置为1275字节, 其中头部数据6个字节, 业务数据 (B_PDU和M_PDU) 直接填充到VCDU的用户数据区内。为简化实验, 没有对数据加编码保护, 采用无信道纠错编码的数据格式。缓存器大小设置为300 VCDUs, 三个虚拟信道VC1、VC2和VC3分别用来传输实时数据、非实时数据A和非实时数据B。VC1和VC2采用比特流业务传输视频信号, VC3采用多路复用业务传输文件, 虚拟信道调度速率设置为1.02MB/S。

图6给出了VC1、VC2视频速率为115.2KB/S, VC3文件速率为50KB/S时, 各个虚拟信道的延迟曲线。由图可知, 具有最高优先级的实时视频数据占用的VC1具有最小的延迟, 最有最低优先级的非实时文件数据占用的VC3具有最大延迟。该结果说明AOS系统能按该调度算法高效的传输不同类型不同优先级的数据。

5 结束语

本文对星载系统的信源特性和AOS系统的VCDU结构进行了分析, 介绍了一种利用VCDU主导头保留位区分数据优先级的方法。以一路实时数据和两路非实时数据为输入, 建立了CCSDS AOS传输模型, 提出了基于数据优先级高低进行传输的虚拟信道调度算法, 并进行了相应的模拟验证。本文的研究对利用CCSDS AOS实现实时数据和非实时数据的混合传输具有现实指导意义。

参考文献

[1]CCSDS 701.0-B-3.Advanced Orbiting Systems, Networks and Data Links:Architectural Specification.Jun.2001.

[2]郑波, 张伟, 陈泓.空间数传链路中虚拟信道动态管理的研究.空间电子技术.1999.

[3]顾莹琦, 谭维炽.CCSDS下行链路虚拟信道调度方法及其性能分析.中国空间科学技术.2001.

[4]公绪晓, 白云飞.利用高级在轨系统实现高速同/异步混合复接.计算机工程与设计.2006.

[5]毛继志, 李建周, 许家栋.基于FPGA和LVDS的AOS高速合路器/分路器研究.计算机工程与应用.2005.

[6]徐立军, 陈晓敏.基于FPGA技术的星载高速复接器设计.电子技术.2004.

实时市场 篇5

关键词：VGA标准,VBE标准,动态图像实时显示

0 引言

PC机的开放体系结构使得有更多的厂商能够参与计算机部件的生产,参加标准的制定。在PC机图形显示领域的早期,IBM推出的VGA标准成为默认的行业标准,但随后一段时期,其他厂商生产的VGA显示卡虽兼容了IBM VGA的BIOS和寄存器,却加入了扩展功能,当时,出现了众多具有更高分辨率、更多色彩甚至附加图形处理功能的显示卡--Super VGA显示卡。

当时,对于Super VGA显示卡的软件开发者而言,他们却要面对非常严重的问题:由于没有硬件设计标准,软件开发者面对着各种完全不同的Super VGA硬件结构,而且,由于没有统一的软件开发界面,在程序开发中必须解决软件兼容不同显示卡的问题,随之而来的是,对于某一具体的Super VGA显示卡,除了一些特定的软件可以得到制造厂家提供的显示驱动程序支持,几乎再没有什么软件包可以利用Super VGA带来的能力和优点。

VBE标准的制定就是要改变这种困境,作为各种Super VGA显示卡的统一软件接口,它可以使应用软件和系统软件在较大的范围内利用扩展VGA可用的优势。

本文先简单介绍VBE标准,然后结合一个具体设计,给出如何利用VBE标准实现遥感图像实时滚动显示。

1 VBE标准

VBE1.0提供了基本信息查询、显示方式信息查询、设置显示方式、返回当前显示方式、保存/恢复视频状态等几项基本功能,定义了有限的几种扩展显示模式。

VBE1.1增加了设置/获取逻辑扫描线长度等功能,并增加5种显示模式和新的显示方式参数。

VBE1.2增加了对调色板设置的接口及更多的显示模式和显示方式参数。

VBE2.0增加了对线性帧缓存和保护模式的支持等。

VBE3.0扩充了过去版本中的许多功能,实现了刷新率、点时钟、硬件帧切换等。由于篇幅所限,这里只对被硬件厂商广泛支持的VBE2.0标准定义的软件接口做简单介绍。

标准VGA的BIOS是通过中断10来调用的,而VBE是通过中断4F,通过设置不同的功能号调用该标准的不同功能:

(1)功能调用00H--基本信息查询

可返回VBE版本号、OEM名字,显示视频环境能力、支持的显示方式、显示存储器数目等信息。

(2)功能调用01H--显示方式信息查询

可返回特定显示方式的具体信息,包括显示方式属性、主机视频窗口属性、功能调用入口地址、分辨率、像素位数、显示存储器分块数、分块长度等。

(3)功能调用02H--设置显示方式设置显示方式。

(4)功能调用03H--返回显示方式返回当前显示方式。

(5)功能调用04H--保存/恢复视频状态保存/恢复视频状态。

(6)功能调用05H--主机视频窗口控制

设置主机视频窗口在显示存储器中的位置。

(7)功能调用06H--设置/获取逻辑扫描线长度

通过对子功能的控制实现设置或获取逻辑扫描线长度。

(8)功能调用07H--设置/获取显示起始地址

通过对子功能的控制实现设置或获取显示的起始地址。

(9)功能调用08H--设置/获取调色板格式

通过对子功能的控制实现设置或获取调色板格式。

(10)功能调用09H--设置/获取调色板数据

通过对子功能的控制实现设置或获取调色板数据。

(11)功能调用0AH--返回保护模式接口

返回保护模式程序接口。

2 遥感图像实时滚动显示系统的设计要求

遥感图像实时滚动显示系统具有以下特点:

(1)图像尺寸大,行像素点数多;

(2)图像滚动显示,速度快,每秒刷新行数较多;

(3)显示信息丰富,除显示动态图像外,还要能够在图像上叠加显示文字信息和网格信息;

(4)有良好的视觉效果,图像滚动显示不能有跳跃的感觉;

(5)基于可满足特殊环境要求的嵌入式平台运行。

基于上述设计限制,对动态图像实时显示系统显示速度的要求是比较高的。具体的技术指标如下:

输入数据率:≤2.5Mb/s

输入每行像素数:8192点/线

输入数据格式:遥感图像+辅助数据

显示字长:8bit

显示图像灰度级:256

屏幕显示方式:滚动显示

网状标尺叠加显示:热键选择

辅助信息字符显示:热键选择

图像显示模式:A.高分辨率局部显示,行显示起始可选

B.抽样全局显示,行向8抽

1,列向8抽1

要求实时显示系统在1024×768的显示模式下滚动显示图像的同时,在固定位置叠加显示的辅助数据字符和网格标尺。由于需要在全屏范围内叠加滚动的和静止的两种图像,在嵌入式平台的实现难度较大。

3 几种软件实现方案的对比

根据嵌入式计算机的显示卡性能和可利用的编程软件库,可以采用以下3种方式实现实时图像显示软件:

(1)基于帧切换

基于帧切换的滚动图像与静止图像叠加显示是通过类似电影放映的方式实现的,即由全屏图像构成一帧,许多这样的帧一起构成帧序列,通过在屏幕上顺序显示这些帧序列,就形成在图像滚动显示的同时叠加静止网格和文字。

按照实时显示的要求,基于帧切换的方法构成一帧时,首先要在后台显存中重建整个一帧的图像数据,然后将网格和文字写到显存的相应地址。这种方法的数据搬移量非常大,所需的显示内存容量很大,对显存的存取速度要求高。

(2)基于帧切换,并利用硬件二维加速功能

利用硬件二维加速功能实现帧切换,这种方法与上述方法类似,不同的是它利用了硬件的优势,即滚动显示的图像与静止的网格和文字分别存储于显示存储器的不同区域,在显示时由显示卡的硬件进行叠加,这样,对每帧图像的操作基本只集中在图像数据的存储区内。

此时,构成一帧的主要工作是重建整个一帧的图像数据,由于网格和文字存储于显存中的另一地址空间,一般情况下,仅需对个别文字进行操作。然而,这种方法的数据搬移量还是非常大,对系统内存寻址能力要求高,所需的显示内存容量更大。

(3)基于更改显示窗口在显存中的起始地址

在显示存储器中,屏幕上显示的仅是显存的一小部分。当设定显示模式后,可以把整个显示存储器看作是一幅纵向很长的画面,显示器作为一个窗口只显示了其中的一部分。我们可以通过更改显示窗口在内存中的起始地址的方法来改变屏幕上的内容,如果这种改变是顺序、连续的,在屏幕上就会形成滚动的图像。

每次输入的图像数据依次存储于显存中,再进行所需的处理(如添加纵向的网格线),当需要屏幕滚动时,首先更改显示窗口在内存中的起始地址,然后处理横向的网格线和文字,使它们在屏幕上处于正确的位置。这种方法的数据搬移量比较小,所需的系统内存和显示内存容量也很小,但这种方法的数据处理较复杂,在编程过程中需要考虑多种边界的影响。同时,当用户不需要显示网格线和文字时,恢复已被显示网格线和文字破坏的原图像数据的处理量是非常大的,是否能够实现取决于目标系统的系统内存和显示内存的存取速度以及编程语言的效率。

结合图像实时显示分机的技术指标,可以通过表1具体说明上述三种方法各自的优势及问题:

对于普通的计算机平台而言,三种实现方法对系统的要求都是可以满足的,但在实际的工程实施中,则要考虑环境因素对目标系统在结构、温度、湿度等方面的限制,这时,加以限制的目标系统是否能满足要求,成为制约图像显示方案的关键因素。

考虑特殊的环境适应性要求,动态图像实时显示系统的嵌入式计算机必须具有插针式的机械结构,同时还要具有很小的体积,并具备PCI接口。因此,考虑成本和体积限制,选择PC104plus结构的嵌入式计算机。这种结构的计算机的显示内存很少配置在2M以上,因此,利用硬件二维加速功能实现帧切换方法暂时不能应用。尽管可以得到2M显存的PC104plus计算机,但由于系统主频低,系统内存和显示内存速度慢,经过测试,基于帧切换方法只能达到25frame/s的显示速度,考虑图像数据输入所占用的时间,最多也只能保证15frame/s,这样的更新速度会造成图像闪烁,是不能接受的。

4 基于VBE的图像实时显示软件解决方案

基于更改显示窗口在内存中的起始地址的方法可以通过VBE编程接口实现,具体如下:

4.1 目标系统

在目标系统中,与图像显示输出相关的部分是嵌入式计算机和集成在其上的显示卡,嵌入式计算机为PC104plus结构,具有PCI和ISA两种总线接口,其CPU为Pentium MMX166,系统内存32M,显示控制芯片为M69000,显示内存2M。

4.2 图像实时显示软件

图像实时显示软件由数据读入、显示输出和显示控制三个模块构成,下面只对本文相关的显示输出模块进行介绍。

显示输出模块要实现在1024×768的高分辨率显示模式下滚动显示图像数据,同时叠加显示固定的辅助数据字符和网格,并可由操作员通过显示控制模块控制是否显示辅助数据字符和网格。在每次图像滚动时,显示输出模块需要完成以下操作:

(1)更改当前读写窗口;

(2)将读入数据写入显存的相应地址;

(3)写入纵向网格线;

(4)恢复原横向网格线上的图像数据(此期间需更改当前读写窗口);

(5)写入新的横向网格线;

(6)恢复原辅助数据字符上的图像数据;

(7)写入新的辅助数据字符;

(8)更改显示窗口在显存中的起始地址使屏幕滚动;

(9)重复(1)

4.3 性能

通过测试表明,每次滚动2条线,每秒可滚动120线,若每次滚动4条线,可以达到240线每秒,在这两种情况下,图像滚动时无明显跳动感。

5 小结

随着计算机技术的发展,VBE标准不断升级,最高版本是3.0版。同时,也派生出一些子标准,如VBE/AF、VBE/AI、VBE/PM等。然而,计算机显示系统的发展主流是向三维加速、立体显示等方向发展,这些主流发展方向的功能很多都得不到VBE的支持。但在一些特殊应用领域,VBE标准仍不失为一种适应高环境要求的动态图像实时显示系统的较好解决方案。

参考文献

[1]Video Electronics Standards Association.VESA BIOS EXTENSION Core Function Standard Version:2.0[S].1994.

[2]Video Electronics Standards Association.VESA BIOS EXTENSION Core Function Standard Version:3.0[S].1998.

实时市场 篇6

1 嵌入式实时系统的实时性分析

实时嵌入式系统是嵌入式系统的一种,它能够对外部事件给予及时响应。对外部事件的响应有三个步骤:即对外部事件的识别,必要的处理,以及结果的输出。实时系统又分为硬实时和软实时两种。在软实时系统中,系统的宗旨是使各个任务运行得越快越好,对响应时间的介定有一定的灵活性;在硬实时系统中,各任务不仅要执行无误而且要做到准时,一旦不能在确定的时间内完成,有可能导致灾难性后果。实时操作系统(RTOS)以及时的方式进行任务调度、系统资源的管理以及为应用开发提供一个稳固的平台[3]。RTOS可以是一个小而简单的系统,也可以是一个大而全的系统,具体要视实际应用而定。

1.1 实时系统的特性

嵌入式实时系统比较适合用于系统优化。由于这些系统主要用来解决范围相对较窄的问题,因此硬件和软件能够得到最佳优化,并很好地应用于单一设备。而系统设计中的关键因素是处理器的选择和软件设计。要对处理器进行合理选择,主要是从设计的复杂性(设计复杂性是CPU选择中非常关键的因素[4]。总的来说,随着应用复杂性的提高,需要高位宽度的处理器。)、设计重用(设计的重用可以大大缩短系统的设计周期,极大程度上减少系统的开发周期,降低成本。)和CPU性能(CPU的选择很大程度上影响着整个系统的性能。特别是CPU中的高速缓冲存储器、存储器管理单元、流水线操作系统等。)方面来完成;而软件的设计主要是从软件设计结构中的轮转结构(它是一种非常简单的结构。没有中断,没有共享数据,无须考虑延迟时间,因此这种结构成为解决问题的首选方案。)、带有中断的轮转结构(它与轮转结构相比这种结构可对优先级进行更多的控制。)和实时操作系统结构(它的中断程序和任务代码之间的必要信号发送是由实时操作系统处理的,而并不需要使用共享变量来达到目标。)方面来进行设计。另外,还要考虑软件设计的范型(它是解决一类特定问题的通用方法。能够用UML描述,常使用协同图的形式,展示执行给定功能的各种类之间的关系。)。

1.2 提高实时性能的方案

1.2.1 抢占式调度

在RTOS中,线程按照其优先级顺序执行。如果一个高优先级的线程准备运行时,它将在一个短的有限时间间隔内从任何可能正在运行的低优先级进程接管CPU。另外,高优先级的线程能够不被中断地运行,直到它已经完成了需要做的事情(通常是在不被更高优先级进程抢占的前提下)[5]。这种方法就是抢占式调度,保证了高优先级线程始终满足最终期限,而不管有多少其它线程正在竞争CPU时间。

1.2.2 最坏情形

任何销售进程模式的RTOS供应商都必须针对下面两种时间间隔提供最坏情形:线程切换时间,即当两个线程处于同一进程的情况下,从执行一个现成的最后一条指令到执行下一个被调度现成的第一条指令所经过的时间;前后关系切换时间,其定义同上,但仅针对两个线程处于不同进程的情况。

1.2.3 可抢占的内核

在大部分通用操作系统中,操作系统的内核是不可抢占的,而在RTOS中,内核操作是可抢占的。尽管仍然会存在一些时间窗口,在这些时间窗口中可能没有抢占,但是这些时间间隔应该是相当短暂的,通常在几百纳秒。另外,必须有一个关于抢占被推迟或中断被禁止的时间上限,这样开发者可以确定最坏情形下的等待时间。

2 嵌入式实时系统的可靠性分析

为了分析、评估及提高系统的可靠性,必须清楚可靠性的指标以及这些指标的相互关系。在定量表示可靠性时,必须按照故障发生的分布规律和与之对应的维修时间的分布规律,导出可靠性的一些基本关系式。这种把可靠性定量化的方法是可靠性技术的基本出发点。

2.1 可靠性的性能指标

1)可靠度

可靠度就是在规定的时间内和规定的条件下系统完成规定功能的成功概率。比如,有N0个同样的系统,使它们同时工作在同样的条件下,从它们开始运行到t时的时间内,有Nf(t)个系统发生故障;Ns(t)个系统工作完好,则该系统t时间的可靠度R(t)为;系统的不可靠度F(t)可相应表示为:

2)失效率

失效率为系统运行到t时刻后,在单位时间内发生故障的系统数与时刻t时完好系统数之比。有时也称为瞬时失效率或故障率。假定N0个系统的可靠度为R(t),在t时刻到△t时刻的失效率为N0[R(t)-R(t+Dt)]。那么,单位时间内的失效N0[R(t)-R(t+△t)]数为:/△t,t时刻完好系统数为N0 R(t)=NS(t)。于是,失效率为:

3)平均故障间隔时间

描述可靠性的另一个重要参数称为平均故障间隔时间MTBF或平均无故障时间MTTF。

4)平均修复时间

其中,N为维修次数;Δti为第i次维修所用的时间。

2.2 硬件可靠性分析

嵌入式实时系统中影响硬件可靠性的因素主要有:元器件失效(其表现形式有多种。一种是突然失效,或称灾难性失效。另一种称为退化失效,即元器件的参数或性能逐渐变坏。)、使用不当(如果不按照元器件的额定工作条件去使用,则元器件故障将大大提高。)、环境因素和结构及工艺等。因此,硬件可靠性措施主要有:元器件选择(选择合适的元器件,首先要确定系统的工作条件和工作环境。其次,还要预估系统在未来的工作中可能受到的各种应力,以及元器件的工作时间等因素。)、元器件筛选(选择合适的元器件并进行特性测试后,应对这些元器件施加外应力,经过一定时间的工作,再把它们的特性重新测一遍,剔除那些不合格的元器件,这个过程称为筛选。)和降额使用(就是使元器件工作在低于额定工作条件以下。)[6]。

2.3 软件可靠性分析

在嵌入式实时系统中,提高软件可靠性可以采取认真地进行规范设计(在进行软件设计的过程中,编制软件设计的规范是极其重要的。规范错一般占软件错误的一半以上。这足以说明编制规范有多么重要。)、使用好的程序设计方法、选择合适的程序设计语言、细心编程以及仔细测试等方法。

2.4 可靠性的总体考虑

系统用户的需求中一定都会提出对可靠性的要求。有了满足系统总的可靠性要求,在系统设计时就可以对可靠性进行分解并进行分配。通常是由整个系统向下分配给分系统,在由分系统分配给子系统,在由子系统分配给部件,一级一级向下分配,直到电路板和元器件。

3 结束语

当嵌入式系统比较复杂,要求实时响应的事件比较多时,设计者应当认真考虑和处理有关实时性的问题。而可靠性也是嵌入式计算机系统最重要、最突出的基本要求。通过该文对嵌入式实时系统的实时性与可靠性的性能及其特点等进行分析与研究,给出了提高嵌入式实时系统实时性与可靠性的应用方案。旨在为嵌入式系统设计者提供帮助。

参考文献

[1]吴国伟.嵌入式系统原理与设计[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]李伯成.微型计算机嵌入式系统设计[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2004.

[3]陶甲寅,刘晓魁.嵌入式实时操作系统的实时性与可靠性研究[J].电脑学习,2008(4).

[4]庄伟,樊晓桠.嵌入式微处理器的系统验证平台设计[J].计算机应用研究,2007(10).

[5]徐军,袁康.基于嵌入式实时操作系统的稳定控制装置研究[J].电脑知识与技术,2010(4).