交通信号灯模拟操作系统可设

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《操作系统》课程设计报告 专业： 计算机********** 班级： ****************

题目名称： 交通信号灯模拟 完成日期： *****年****月

内容要求 1.课程问题描述 一个十字路口，共有四组红绿灯，每个路口的车辆都遵循“红灯停，绿灯行”的原则，假设将每一台汽车都作为一个进程，请设计良好的机制，展示出合理的“十字路口交通管理”情况。 车辆通行设定：路口宽度不限，对一个路口而言，只有当一辆车通过路口（越过对面路口的交通灯后），其后续车辆才能继续通过交通灯，车辆通过路口的时间可以固定，可以自行计算。 进程的互斥：交通灯进程实际上是互斥的，即不能同时为红或者同时为绿。 进程的消息通信或其通信方式：对车辆进程而言，每一个车辆在通过路口前，必须 沈阳理工大学 1

确认前面的车辆已经通过了路口。 进程的调度：停留在一个路口的车辆，决定其前进或等候的因素是交通灯和前面车辆的状态，需要设计一个良好的进程调度机制来控制所有车辆的通行。

2.课程设计目的 了解并掌握进程同步和互斥机制，熟悉信号量的操作函数，利用信号量实现对共享资源的控制。

1 需求分析

1.1 设计要求 一个十字路口,共有四组红绿灯,每个路口的车辆都遵循"红灯停,绿灯行"的原则,假设将每一台汽车都作为一个进程,请设计良好的机制,展示出合理的"十字路口交通管理"情况. 车辆通行设定:路口宽度不限,对一个路口而言,只有当一辆车通过路口(越过对面路口的交通灯后)后,其后续车辆才能继续通过交通灯,车辆通过路口的时间可以固定,可以自行计算。 进程的互斥:交通灯进程实际上是互斥的,即不能同时为红或者同时为绿. 进程的消息通信或其他通信方式:对车辆进程而言,每一个车辆在通过路口前,必须确认前面的车辆已经通过了路口. 进程的调度:停留在一个路口的车辆,决定其前进或等候的因素是交通灯和前面车辆的状态,需要设计一个良好的进程调度机制来控制所有车辆的通行。

1.2 解决方案 根据设计要求，在VC++6.0环境下编译，设计了一个能够实现自由模拟某一时段交通状况并能预测某辆车需要多久才能到达路口的系统程序，改程序达到了设计要求，成功地实现了要求功能。 沈阳理工大学 2

2 概要设计 2.1函数定义说明 本设计中，定义了两个函数实现P、V原语的操作，其中P（int i）函数实现了i方向上车辆等待数目减一，车辆编号增一以及输出的功能，V（int i）函数实现了时间的增加，交通转换灯的转换，无车标志的转换以及输出的功能。同时定义了东西调度函数ETW（）和南北调度函数STN（），最后当然定义了main（）来调用上述函数实现动态演示及预测功能。

2.2结构设计说明 为了实现题设的要求，在VC++6.0环境下编译实现，整个系统的主要流程设计为如下步骤： 1.定义全局变量用来存放实验所需基本信息 2.change函数实现交换无车标志的功能 3.P函数模拟P原语的功能 4.V函数模拟V原语的功能 5.ETW函数实现东西方向的车辆调度 6.STN函数实现南北方向的车辆调度 7.main函数实现程序的输入接口以及模拟演示

2.3算法流程图 选取部分核心流程图如下：

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图2.1 P函数 图2.2 V函数 开始 开始

结束 沈阳理工大学 4 图2.3 main函数

开始

结束 沈阳理工大学 5 3 详细设计 3.1 核心函数的设计 沈阳理工大学 6

设计P（int i）函数用来实现从i（东西南北）方向等待车辆中挑出当前的第一个并让其通行，同时记录此车的编号，输出此车的发车时间，代码如下： void P(int i) //P函数，i为方向判断标志 { if(Max[i]>0) { Max[i] = Max[i]-1;//i方向上的车辆等待数目减一 R[i]++;//当前车辆编号 if((PS-1)==i&&R[i]==PN) PT = Time;//保存预测时间 cout<<<"辆车开始出发!"<} if(Max[++i]>0) { Max[i] = Max[i]-1; R[i]++; if((PS-1)==i&&R[i]==PN) PT = Time; cout<<<"辆车开始出发!"<} } 设计V（int i）函数实现时间的流逝，红绿灯的转换以及无车标志的转换，同时输出上一时刻调用P函数车辆的到达时间，代码如下： void V(int i) //V函数，i为方向判断标志 { Time=Time+4;//时间流逝 if(Max[i]>=0) { 沈阳理工大学 7

if(Max[i]==0) Max[i]=-1; cout<<<"辆车到达对面!"<} if(Max[++i]>=0) { if(Max[i]==0) Max[i]=-1; cout<<<"辆车到达对面!"<} T=T-4;//绿灯时间减少 if(T<=0) { change(); int temp;//换灯 temp = L[0]; L[0] = L[1]; L[1] = temp; T = 30-Time%30;//修正红绿灯时间 } } 设计东西调度函数ETW（）以及南北调度函数STN（）在互斥方向无车且绿灯状态下循环调用P、V函数实现单方向队列上车辆的循环调度，代码如下： void ETW()//东西调度函数 { if(L[0]==0)//若为红灯则交换 change(); while(T>0&&L[0]==1&&EW==1)//绿灯有时间且南北无车 沈阳理工大学 8

{ int b = 0; P(b); V(b); } } void STN()//南北调度函数 { if(L[1]==0) change();

while(T>0&&L[1]==1&&SN==1)//绿灯有时间且东西无车 { int a = 2; P(a); V(a); } } 设计main()函数用来提供程序的输入接口，并实现南北东西方向函数的交叉调度，以及预测车辆出发时间的输出显示。

3.2 主函数的设计 int main() { cout<<"欢迎进入交通信号灯模拟系统!"

int a; cin>>a; if(a==1) { L[0] = 0; L[1] = 1; } if(a==2) { L[0] = 1; L[1] = 0; } cout<<"请依次输入向东，西，南，北方向的车辆数目(100以内):">Max[0]>>Max[1]>>Max[2]>>Max[3]; cout<<"请选择预测的方向:">PS; cout<<"请输入预测的车辆编号">PN; while(Max[0]!=-1&&Max[1]!=-1&&Max[2]!=-1&&Max[3]!=-1)//调度函数 { ETW(); STN(); } cout<<"向"<<<"的车辆预测出发时间为:"< return 0; 沈阳理工大学 10

} 4 调试分析 4.1 调试过程及结果 进入模拟系统后选择东西方向为绿灯，依次输入东西南北方向上车辆数目23、34、30、25，选择预测方向为北，输入预测车辆编号10,开始模拟。得到模拟状况信息，以及预测出发时间100，如图4.1,4.2所示。

图4.1 准备模拟 沈阳理工大学 11 图4.2 模拟结果 4.2 结果分析 观察到了详细的模拟情况，输入预测方向为北，预测车辆编号10得到预测出发时间为100，查找模拟信息，如图4.3，发现预测结果与模拟一致，设计成功。

图4.3 模拟信息片段