计算机接口技术论文提纲

论文题目：虚拟接口技术实验平台的设计与开发

摘要：高职教育在现代社会发展很快,又由于国内现状及院校筹措资金的困境,因此在学生实习实训方面缺少大量的环节,并且在使用时,距现实之间的差距很大。在高职院校中尤为明显。有些非常重要的学科得不到充分的加强,直接导致教学过程落后,因此,对虚拟仿真系统的研究成为了迫在眉睫之举。 实验在高等教育中扮演者非常重要的角色,尤其是高职教育中,对实习实践更是需要在某些方面进行加强。在以往的实验教学中,存在着很多不足,它们往往固定了实验的模式,让学生进入角色扮演中,教师只是引导学生对知识的理解和掌握。但虚拟仿真技术在科技中的应用,不但使学生受益,也提高了学校的教学效果,改善了教学质量。教育是不断前进的,在以往的实验教学经验总结中,它存在很多弊病:例如,基础投入资金多,维护工作量大,要求维修人员科技水平较高;实验教学缺少多样性;实验设备周期短,容易老损;系统迟钝,应用的教学内容有限;人与设备的交互性很差,不能满足进一步的研究需要。 仿真应用技术现已在人民生活的各个方面发挥着重要的作用,在接下来的工作中应重点加强计算机软件的开发和应用,并利用计算机的特点建设更加健全的数据库,将本来依靠现实硬件所实现的功能进行仿真,实现虚拟化,提高实验效率和实验的灵活性。现在来看,仿真平台的教育模式,技术相对交熟练,不过其应用的领域比较单一,受到了很大的限制,在做实验时,部分老师为了方便,较多地开展了实验演示。虽然实验演示的优点很多,它对于学生学习基本公理、定律、基础操作都有一定的助益。不过,学习计算机的学生更加需要自主地完成某项工作和程序,细化学习内容,并需要大量的动手实践。所以,用传统的教学方法来教育教学显然是不足以达到目的的。 但是,虚拟仿真技术的研发需要投入大量的人力物力,就目前来看,虚拟实验仿真的水平还无法满足现代教育教学的需求,很多时候无法同实践有效地结合。比如,传统的《微型计算机接口技术》实训实验的教学实践中,实际的教学效果与预期的实训教学目的差距较大。主要体现的问题是: （1）大多数学生对计算机硬件的实际操作的机会很少,由于初次涉及到较多的接插线及其他元器件,学生经常会发生混淆现象,常出现一些错误,这样会造成实验的时间过长,也给指导教师带来了很大的工作量; （2）利用硬件来进行实验不像利用软件实验,一旦出现错误,就会对硬件设备造成损害或发生故障危险,这样不利于实训的顺利进行,也给学生带来了心理上的压力,会严重打击学生在学习上的主动性、积极性; （3）传统的实验的教学实践还存在着设备较少,学生问题较多,很难满足学生们每人操作一台机器的要求,这就大大降低了学生们实践的机会;随着近几年高职学校招生人数的不断增加和社会对继续教育,成人教育和函授教育的不断扩大发展,授课学生数量的不断扩大,实习实训设备将会更加紧张,设备不足的问题在可编程实验教学中就显得更加突出。 本文主要对编程类虚拟实验进行了深入细致地研究,对原有的在Windows 9x下VxD技术的基础上进行了更深一步的解析,发现在原有接口技术的虚拟可编程实验环境中,虽然基本可以满足对可编程类虚拟实验环境的需求,但相对其他几种技术来说,这种以系统ring 0层VxD技术为核心的虚拟实验平台是可以不靠设计编译器,也可以不用解析ring 3层实验程序,我们可以通过利用核心驱动技术VxD来直接获得实验程序执行中对输入输出端口的操作流,然后利用虚拟设备来进行交互,这样就可以实现利用可编程虚拟实验来达到所预想的成效,但是,在实际的实训过程中还是存在着一些问题: （1）可以利用的平台通用性差,只支持Windows 9x的操作系统。Windows 9x系统正逐渐被2000系统或XP系统取代,当前大多个人用户或单位采用的WDM驱动模型一般为基础的Windows 2000或Windows XP操作系统。以VxD驱动程序为核心的虚拟实验环境必将随着系统支撑平台的落后而失去应用前景。 （2）由于平台占用系统资源比较多,这样就大大降低了系统的工作性能。 （3）中断过程中加载比较困难,实验的灵活性也会大大降低。 （4）实时通讯不及时,实验的效果与预期相差很大。在VPD模型中,虚拟的设备驱动程序是通过利用消息和虚拟可编程设备来进行通讯,但信息要经过消息排列的排队处理,所以往往会给操作时间上带来较大的延时迟滞,这样就造成了实验效果的体现不逼真等一些问题。 为了弥补在VPD模型中存在的不足,我们对可编程虚拟实验进行了一些深层次的研究。在对可编程实验进行仔细解析和深入研究后,在对NT内核的基础上,设计了VPEP模型。我们以《微型计算机接口技术》为例,利用该模型对接口技术虚拟实验平台进行开发。 论文主要的研究内容包括: （1）通用VPEP模型的设计。设计主要体现了由集成开发环境和虚拟机、虚拟设备驱动程序、虚拟可编程设备和设备驱动程序组成的可编程虚拟实验平台模型; （2）解决VPEP模型中对中断方式的处理。通过在模型中引入了虚拟中断和中断报文机制,给出了虚拟设备按需申请、虚拟设备驱动程序虚拟中断的实验解决方案; （3）在VPEP模型的基础上,对利用虚拟程序进行实验的指导教师进行初步设计。给出了以VPEP模型的虚拟实验为指导教师模型和构造虚拟实验指导教师的详细步骤; （4）最后,用VPEP模型来实现对接口技术虚拟实验平台的操作模型设计。

关键词：虚拟仿真;驱动;中断;系统测试

学科专业：软件工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题的环境

1.2 国内外虚拟实验现状

1.3 研究意义和主要工作

第2章 需求与技术可行性分析

2.1 现代教育技术与高校发展的需要

2.2 模拟仿真实验平台的设想

2.3 实验平台的需求分析

2.4 实验平台的技术可行性分析

2.4.1 开发编译器程序

2.4.2 NT 环境下的核心虚拟仿真设备的驱动技术

2.4.3 利用WDM 技术开发的虚拟驱动技术

第3章 实验平台通用模型的构建

3.1 模型的结构设计

3.2 模型工作过程描述

3.3 中断方式编程问题的解决

3.4 模型实现的关键技术

3.4.1 端口捕获技术

3.4.2 在实际应用中的报文交换机制的构建

3.4.3 中断的虚拟技术过程中的按需申请中断

3.5 此模型的优点

第4章 实验平台的设计与开发

4.1 虚拟实验集成开发环境的设计

4.2 设备驱动程序的设计

4.3 设备库的设计与实现

4.4 虚拟仿真设备驱动程序

4.5 虚拟仿真指导教师的初步设计

4.5.1 虚拟仿真指导教师模型体系结构构建

4.5.2 虚拟仿真指导教师所能够解决的问题

第5章 功能特点分析与实验能力检测

5.1 系统的具体功能

5.2 系统性能测试

结论

参考文献

致谢