航電全數(shù)字仿真平臺(tái)技術(shù)研究

【摘 要】航電全數(shù)字仿真在航電系統(tǒng)性能的確認(rèn)及驗(yàn)證（V&V）流程中有著重要的作用，有助于進(jìn)行早期評(píng)估以優(yōu)化所有資源的使用，減少開發(fā)時(shí)間。研究了航電全數(shù)字仿真平臺(tái)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，并利用研究成果搭建了航電系統(tǒng)全數(shù)字仿真平臺(tái)，該平臺(tái)可用于對(duì)航電系統(tǒng)需求進(jìn)行確認(rèn)。

【關(guān)鍵詞】全數(shù)字仿真；航電系統(tǒng)；需求確認(rèn)

Research on Avionics Full Digital Simulation Platform

WANG Ya-jie

（State Key Laboratory， Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210， China）

【Abstract】Avionics digital simulation is important in the validation of avionics system and in the process of .V&V， it help optimalize the resource and decrease the develop time on the early stage. This paper focus on the realization of the avionics digital platform， this platform can do the validation of avionics system.

【Key words】Full digital system；Avionics system；Requirement validation

0 引言

航電全數(shù)字仿真在航電系統(tǒng)性能的確認(rèn)及驗(yàn)證（V&V）流程中有著重要的作用，在航電設(shè)計(jì)的早期階段，通過(guò)模型及仿真的方式進(jìn)行系統(tǒng)可行性分析、驗(yàn)證，有助于進(jìn)行早期評(píng)估以優(yōu)化所有資源的使用，能在短時(shí)間內(nèi)檢驗(yàn)構(gòu)型變化，從而減少開發(fā)時(shí)間。

本文所研究的航電全數(shù)字仿真平臺(tái)主要包括主仿真系統(tǒng)和上位機(jī)仿真監(jiān)控軟件、建模相關(guān)軟件等。在數(shù)字仿真階段，模型之間通過(guò)反射內(nèi)存網(wǎng)或以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，各仿真節(jié)點(diǎn)可自由配置航電模型?？紤]后續(xù)向半物理仿真測(cè)試的要求，主仿真系統(tǒng)要具備高度可復(fù)用性，預(yù)留與前端設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，并且在不修改已開發(fā)的仿真模型基礎(chǔ)上，順利實(shí)現(xiàn)全數(shù)字仿真向半物理仿真的過(guò)渡。上位機(jī)軟件提供程控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)模型和配線的同時(shí)切換，便于真實(shí)設(shè)備接入仿真網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

航電全數(shù)字仿真系統(tǒng)采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)形式。上位機(jī)主要運(yùn)行仿真建模及仿真試驗(yàn)的應(yīng)用軟件，如Rhapsody、實(shí)時(shí)仿真過(guò)程的監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)模型管理平臺(tái)等。上位機(jī)采用普通PC機(jī)，Windows操作系統(tǒng)。下位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PCI總線形式。在實(shí)時(shí)內(nèi)核的調(diào)度下運(yùn)行多任務(wù)的航電系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)反射內(nèi)存網(wǎng)或以太網(wǎng)模擬各分系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)鏈路，并響應(yīng)上位機(jī)的命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與下載。仿真監(jiān)控計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)仿真節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，它們之間的通訊是通過(guò)TCP/IP協(xié)議，仿真監(jiān)控計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)仿真節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)主要是傳輸監(jiān)控軟件發(fā)給實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)的指令；實(shí)時(shí)仿真節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊是通過(guò)反射內(nèi)存網(wǎng)或以太網(wǎng)，模擬航電系統(tǒng)各模塊間的數(shù)據(jù)通訊，仿真監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)反射內(nèi)存網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。航電全數(shù)字仿真平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

2 系統(tǒng)工作流程圖

航電全數(shù)字仿真平臺(tái)的工作流程圖如圖2所示。數(shù)據(jù)模型管理平臺(tái)導(dǎo)入系統(tǒng)ICD數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)仿真網(wǎng)絡(luò)和硬件信息，導(dǎo)出Rhapsody模型的ICD數(shù)據(jù)和打包、解包算法。Rhapsody設(shè)計(jì)航電系統(tǒng)的狀態(tài)圖，進(jìn)行全數(shù)字仿真。在數(shù)據(jù)模型管理平臺(tái)描述航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)際物理形式。最后導(dǎo)出航電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真Rhapsody模型。實(shí)時(shí)模型與全數(shù)字模型融合生成，最終的實(shí)時(shí)仿真模型。通過(guò)Rhapsody將導(dǎo)出Rhapsody模型編譯為可執(zhí)行仿真程序。監(jiān)控軟件下載實(shí)時(shí)仿真模型，并且監(jiān)控運(yùn)在嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)模型的變量。同時(shí)監(jiān)控軟件可以將實(shí)時(shí)仿真的模型的數(shù)據(jù)保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，仿真結(jié)束后可以解析回放記錄的數(shù)據(jù)。

3 實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks開發(fā)是整個(gè)航電全數(shù)字仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)和核心。VxWorks鏡像的制作和VxWorks應(yīng)用程序的開發(fā)是下位機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要工作。

3.1 VxWorks鏡像制作

VxWorks鏡像成生可以通過(guò)Tornado建立一個(gè)bootable工程，并對(duì)VxWorks的內(nèi)核進(jìn)行裁減，裁剪過(guò)程如圖3所示。裁剪結(jié)束后需要對(duì)romInit.s、romStart.c、sysAlib.s、sysLib.c等文件進(jìn)行修改，滿足場(chǎng)景要求。

3.2 VxWorks應(yīng)用程序的開發(fā)

VxWorks應(yīng)用程序開發(fā)包括檢測(cè)下位機(jī)PCI設(shè)備、下位機(jī)IP地址配置、PCI板卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)等，本文以PCI板卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)為例說(shuō)明開發(fā)過(guò)程。在VxWorks中以太網(wǎng)、串行設(shè)備的驅(qū)動(dòng)開發(fā)與普通的PCI板卡的開發(fā)有很大的不同，具體的開發(fā)過(guò)程如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了航電全數(shù)字仿真平臺(tái)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，并利用研究成果搭建了航電系統(tǒng)全數(shù)字仿真平臺(tái)，該全數(shù)字仿真平臺(tái)可以用于航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期對(duì)航電系統(tǒng)的需求進(jìn)行確認(rèn)，以期在航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期盡早對(duì)系統(tǒng)的可用性和完整性進(jìn)行測(cè)試，減少開發(fā)時(shí)間，符合確認(rèn)及驗(yàn)證（V&V）流程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]余修端，孫秀霞，秦碩.全數(shù)字通用飛行仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2008，34（17）：263-265.

[2]敖情波，楊志勇，杜明鮮，等.一種通用的仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)集成電路，2009.11（126）：45-50.

[3]郭曉燕，汪亞杰.航電全數(shù)字仿真技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，30.

[4]王金波.基于故障注入的嵌入式軟件安全性測(cè)試框架及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，29（8）：2994-2295.

[5]周慶.綜合模塊化航電軟件仿真測(cè)試環(huán)境研究[J]航空學(xué)報(bào)，2012，33（4）：722-724.

[責(zé)任編輯：劉展]