系統(tǒng)仿真測試平臺

仿真測試系統(tǒng)系統(tǒng)概述FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺基于用戶實用角度，能夠輔助進(jìn)行系統(tǒng)方案驗證、調(diào)試環(huán)境構(gòu)建、子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試、設(shè)計驗證及測試，推進(jìn)了半實物仿真的理論應(yīng)用，并提出了虛擬設(shè)備這一具有優(yōu)秀實踐性的設(shè)計思想，在航電領(lǐng)域獲得了廣泛關(guān)注和好評由于仿真技術(shù)本身具備一定的驗證功能，因此與現(xiàn)有的測試技術(shù)有相當(dāng)?shù)目山蝗谛?。在航電設(shè)備的研制和測試過程中，都必須有仿真技術(shù)的支持：利用仿真技術(shù)，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案快速構(gòu)建系統(tǒng)原型，進(jìn)行設(shè)計方案的驗證；利用仿真驗證成果，可在系統(tǒng)開發(fā)階段進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試；通過仿真功能，還可對與系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度不一致的子系統(tǒng)進(jìn)行模擬測試等。針對航電設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和研制周期的特殊性，需要建立可以兼顧系統(tǒng)方案驗證、調(diào)試環(huán)境構(gòu)建、子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試、設(shè)計驗證及測試的系統(tǒng)仿真平臺。即以半實物仿真為基礎(chǔ)，綜合系統(tǒng)驗證、系統(tǒng)測試、設(shè)備調(diào)試和快速原型等多種功能的硬件平臺和軟件環(huán)境。目前，眾多研發(fā)單位都在思索著如何應(yīng)對航電設(shè)備研制工作日益復(fù)雜的情況。如何采取高效的工程技術(shù)手段，來保證系統(tǒng)驗證的正確性和有效性，是航電設(shè)備系統(tǒng)工程的重要研究內(nèi)容之一，F(xiàn)ireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺正是在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的。在航電設(shè)備研制工程中的定位設(shè)備可被認(rèn)為是航電設(shè)備研制工程中的終端輸出，其質(zhì)量的高低直接關(guān)系到整個航電設(shè)備系統(tǒng)工程目標(biāo)能否實現(xiàn)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)驗證過程中，地面綜合測試是主要的驗證手段，然而，它首先要求必須完成所有分系統(tǒng)的研制總裝，才能進(jìn)行綜合測試。如果能夠結(jié)合面向設(shè)備的仿真手段，則可以解決因部分設(shè)備未趕上研發(fā)進(jìn)度導(dǎo)致綜合測試時間延長的問題。在以往的開發(fā)周期中，面向設(shè)備的仿真技術(shù)并沒有真正得到重視：（1） 仿真技術(shù)的應(yīng)用主要集中在單個測試對象上，并且缺乏對對象共性的重用；（2） 仿真技術(shù)缺乏對復(fù)雜環(huán)境與測試對象的模擬；（3） 仿真技術(shù)的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性，比如各個階段中仿真應(yīng)用成果沒有實現(xiàn)共享，即系統(tǒng)設(shè)計階段仿真驗證的成果，往往沒有應(yīng)用在后期產(chǎn)品測試階段對設(shè)備的驗證上。FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺從實際問題出發(fā)，基于面向設(shè)備的思想，提出了虛擬設(shè)備這一概念，用戶可以根據(jù)任務(wù)的需求分解來設(shè)計設(shè)備的功能原型，實現(xiàn)用戶自定義的界面設(shè)計、外部信號接口設(shè)計以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理流程，設(shè)計結(jié)果以虛擬設(shè)備描述文件的形式保存。虛擬設(shè)備概的提出，彌補(bǔ)了綜合測試中可能出現(xiàn)的不足，給出了測試依據(jù)，為設(shè)備研發(fā)后立即參與驗證提供了可能。FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺就以下4個開發(fā)階段進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，以滿足不同層次的仿真需求：（1） 系統(tǒng)總體方案設(shè)計階段。利用FireBlade對被測系統(tǒng)及各個子系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，為綜合測試系統(tǒng)的研制提供虛擬的被測對象，輔助對系統(tǒng)設(shè)計中測試任務(wù)的合理性分析，以及對測試方案的研究，有效地提高了測試的針對性，準(zhǔn)確地提煉了測試需求。此外，通過對被測系統(tǒng)的仿真，可以對各個子系統(tǒng)之間的接口進(jìn)行觀察和分析，初步模擬出接口的數(shù)據(jù)和信號特性，仿真數(shù)據(jù)和信息流程，從而驗證系統(tǒng)設(shè)計的正確性。（2） 開發(fā)調(diào)試階段。利用FireBlade能夠有效地在硬件接口層對系統(tǒng)中所有設(shè)備進(jìn)行仿真和聯(lián)調(diào)，在被測系統(tǒng)準(zhǔn)備階段對測試細(xì)則/測試腳本的編寫提供驗證，可以用來驗證被測系統(tǒng)軟件的正確性和可操作性，將會極大地節(jié)省開發(fā)調(diào)試費(fèi)用，加快開發(fā)速度，并能有效地保證開發(fā)質(zhì)量。（3） 系統(tǒng)聯(lián)試階段。利用FireBlade的快速原型系統(tǒng)來保障可能因子系統(tǒng)研發(fā)未完成而延誤的系統(tǒng)在線聯(lián)試。在聯(lián)試過程中，快速定位復(fù)雜系統(tǒng)中的故障；快速建立在線工作的設(shè)備原型，并能夠提供豐富的在線監(jiān)視和測試功能，為現(xiàn)場故障歸零提供技術(shù)保障。（4） 系統(tǒng)驗證測試階段。利用FireBlade構(gòu)建被測設(shè)備的工作環(huán)境，實現(xiàn)現(xiàn)場故障狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，以達(dá)到試驗的完整性和真實性；能夠?qū)Ρ粶y設(shè)備的工作環(huán)境進(jìn)行模擬，實現(xiàn)測試用例的輸入和自動循環(huán)測試，并能將IceBlade故障注入系統(tǒng)（即北京旋極信息技術(shù)股份有限公司的IceBlade故障注入系統(tǒng)）加入測試環(huán)路，實現(xiàn)對子系統(tǒng)間信號的故障注入，在物理層、電氣層、鏈路層、協(xié)議層以及應(yīng)用層進(jìn)行故障模擬，在信號接口上模擬設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行異常，以實現(xiàn)對被測設(shè)備的逆向測試和容錯性測試，在試驗階段實現(xiàn)故障復(fù)現(xiàn)、故障診斷和故障定位分析。FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺應(yīng)用結(jié)構(gòu)針對于航電設(shè)備研制工程中的應(yīng)用，F(xiàn)ireBlade提出了分層的設(shè)計理念，使用戶能夠按照實際環(huán)境中的系統(tǒng)構(gòu)建方式來搭建仿真系統(tǒng)。FireBlade的應(yīng)用設(shè)計層可分為4部分，如圖1所示。埔漢I系貌 I圖應(yīng)用層設(shè)計單個仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括以下設(shè)計資源：?實際的被測系統(tǒng)。通過實時處理單元的外部接口與系統(tǒng)實現(xiàn)連接。?仿真環(huán)境。用來設(shè)計虛擬設(shè)備，其在系統(tǒng)內(nèi)通過仿真實現(xiàn)，并可以通過外部接口與其他設(shè)備連接，也可以直接在內(nèi)部實現(xiàn)虛擬連接。?界面工具?？梢酝ㄟ^設(shè)計虛擬設(shè)備的面板實現(xiàn)人機(jī)界面，面板既可模擬仿真設(shè)備的人機(jī)接口，也可在運(yùn)行時對系統(tǒng)進(jìn)行控制與檢測。?仿真系統(tǒng)的總線和信號接口。屬于仿真環(huán)境與被測系統(tǒng)之間信號數(shù)據(jù)交互連接的接口設(shè)備層，用來設(shè)置與其他資源之間的信號連接與映射。防IX系敘的啟線刖;汨按口系統(tǒng)"川的喺擬設(shè)洛和虛拉辻按仿真系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)架外部實氐被浦設(shè)備防IX系敘的啟線刖;汨按口系統(tǒng)"川的喺擬設(shè)洛和虛拉辻按仿真系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)架外部實氐被浦設(shè)備（LUT）引出的沌試仃號錄取和W展仿真系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中虛擬設(shè)備的構(gòu)建為仿真系統(tǒng)設(shè)計的重點，分為以下5部分：（1）設(shè)備接口設(shè)計。根據(jù)設(shè)備的ICD文件的定義，設(shè)計虛擬設(shè)備的外部接口及其特性。設(shè)備的外部接口包括系統(tǒng)支持的各種通信總線、模擬和數(shù)字信號、變量及事件接口。（2） 變量定義及映射。變量是設(shè)備的外部接口和設(shè)備內(nèi)各個運(yùn)行模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和存儲的單元設(shè)置設(shè)備的接口可以與變量實現(xiàn)映射。（3） 事件定義及映射。事件用來實現(xiàn)對運(yùn)行模塊和數(shù)據(jù)更新的觸發(fā)，當(dāng)設(shè)定的條件滿足時事件有效，當(dāng)事件有效時可以用來觸發(fā)運(yùn)行模塊的運(yùn)行、數(shù)據(jù)和設(shè)備接口的數(shù)據(jù)更新、內(nèi)部計數(shù)等功能。（4） 運(yùn)行模塊。運(yùn)行模塊是用來實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部處理算法的可執(zhí)行單元，可以由C代碼設(shè)計、Matlab/Simulink導(dǎo)入。模塊設(shè)計好以后可以實現(xiàn)重用。（5）面板設(shè)計和應(yīng)用。

面板作為人機(jī)交互的界面，既可以作為作為虛擬設(shè)備內(nèi)部的一個模塊也可以單獨(dú)作為一個虛擬設(shè)備，獨(dú)立運(yùn)行。面板的設(shè)計采取所見即所得的控件設(shè)計方式，通過對控件的操作實現(xiàn)界面設(shè)計，設(shè)置控件和變量及事件的映射關(guān)系，實現(xiàn)顯示和控制信息的自動更新。虛擬設(shè)備設(shè)計的原理如圖3所示。汁的原理接口複塊d10輸入1553B總線 汁的原理接口複塊d10輸入1553B總線 DAC輸出V ADC輸入汗步串行接口FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺的功能特性分布式仿真運(yùn)算資源設(shè)計FireBlade仿真測試平臺采用“主控計算機(jī)+顯控計算機(jī)+實時處理機(jī)+網(wǎng)絡(luò)設(shè)備”的分布式仿真運(yùn)算資源設(shè)計。采用這種分布式的運(yùn)算資源分配可以有效提高系統(tǒng)實時性和系統(tǒng)仿真的靈活性。面向設(shè)備的設(shè)計方案在仿真測試實施過程中，F(xiàn)ireBlade仿真測試平臺（即北京旋極信息技術(shù)股份有限公司的FireBlade故障注入系統(tǒng)）用連接設(shè)置的方式實現(xiàn)虛擬設(shè)備和實際設(shè)備之間連接關(guān)系，這樣就使系統(tǒng)的構(gòu)建非常靈活。對信號的錄取過程不再僅僅是簡單的變量值記錄，而可以實現(xiàn)對總線、串口、模擬和數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)的真實記錄，這可以為事后的分析工作提供更多更詳細(xì)的實驗素材。和其他系統(tǒng)周期性查詢處理不同，F(xiàn)ireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺運(yùn)行采取實時事件觸發(fā)和定時功能結(jié)合的方式，更接近實際設(shè)備的運(yùn)行設(shè)計，提供更高的實時性能；支持運(yùn)行模塊和虛擬設(shè)備的可重用性；支持第三方提供仿真資源的能力。有些時候，建立虛擬設(shè)備需要合作單位的支持，而有些合作單位不愿意公開設(shè)計資料。系統(tǒng)提供第三方設(shè)計的方案，即脫離系統(tǒng)進(jìn)行虛擬設(shè)備設(shè)計和原理驗證的工具。第三方可以采用本工具實現(xiàn)運(yùn)行模塊的設(shè)計。這就為合作單位參與仿真設(shè)計提供了技術(shù)上的可能性。支持多優(yōu)先級多任務(wù)的設(shè)計方式仿真設(shè)備設(shè)計中支持多任務(wù)、多優(yōu)先級的設(shè)計，可以設(shè)置不同的觸發(fā)事件，如總線消息、接口信號變化等。當(dāng)事件被觸發(fā)時，可以觸發(fā)不同的運(yùn)行模塊，每個運(yùn)行模塊可以設(shè)定不同的優(yōu)先級，可以更精確地實現(xiàn)對設(shè)備的仿真。4與IceBlade故障注入系統(tǒng)無縫集成仿真測試平臺的實時處理機(jī)通過以太網(wǎng)與故障注入系統(tǒng)相連。仿真系統(tǒng)和故障注入系統(tǒng)結(jié)合可以提供以下功能（見圖4）:圖4仿真測試平臺與故障注入系統(tǒng)的聯(lián)合設(shè)計方案（1）故障注入過程的信號記錄。在試驗過程中經(jīng)常需要觀察在故障注入前后系統(tǒng)的響應(yīng)情況，故障注入系統(tǒng)在故障注入時可以向錄取軟件發(fā)送觸發(fā)信號，用來觸發(fā)一次錄取操作，就可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置把故障注入前后的選定信號的變化過程記錄下來，用于事后分析或整理報告。（2）故障注入類型和時機(jī)的控制。多數(shù)情況下，故障注入的發(fā)生是要與仿真過程的進(jìn)行相互配合實現(xiàn)的，即只有當(dāng)仿真系統(tǒng)運(yùn)行到特定的步驟時進(jìn)行故障注入才有價值，這就需要仿真系統(tǒng)根據(jù)不同的運(yùn)行情況向故障注入單元發(fā)送故障注入的設(shè)置、允許或觸發(fā)信息，以保證故障注入能夠和仿真進(jìn)程有機(jī)配合。（3）系統(tǒng)仿真和故障注入的自動運(yùn)行。有些情況下需要連續(xù)長時間對設(shè)備進(jìn)行循環(huán)測試，這就需要實現(xiàn)無人值守的自動測試過程。在此情況下，就需要系統(tǒng)能夠按照設(shè)置自動運(yùn)行提前設(shè)置的仿真和故障注入腳本，并根據(jù)測試的進(jìn)展實現(xiàn)故障注入，并實現(xiàn)系統(tǒng)的響應(yīng)記錄。應(yīng)用分析FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺含有多種總線接口以及擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，并接受對擴(kuò)展接口的定制。在客戶的具體應(yīng)用中，可以實現(xiàn)系統(tǒng)測試方案中“先分后總”的要求。如在某型號武器項目的需求定義中，接口方式包括STD-MIL-1553B總線、CAN總線、串口總線、AD/DA輸入輸出、隔離IO等；需開發(fā)的模塊包括：中央控制器、車長、火控計算機(jī)、敵我識別系統(tǒng)、GPS等。項目開始時，指定開發(fā)計劃，各個模塊由職能不同的廠家生產(chǎn)，然后依據(jù)開發(fā)計劃，制定模塊的測試計劃和綜合測試計劃。FireBlade系統(tǒng)仿真測試平臺在某型號項目開發(fā)中的應(yīng)用如圖5所示。

仆)保障真實橈塊平穩(wěn)測試*(2)逆向榭試和容誥性涮試某丹發(fā)嶷塊的初步I?擬*接仆)保障真實橈塊平穩(wěn)測試*(2)逆向榭試和容誥性涮試某丹發(fā)嶷塊的初步I?擬*接11數(shù)據(jù)傳遞不統(tǒng)臉缶系統(tǒng)方案的反悄從魅止”\⑴搖鋌秦統(tǒng)仿斥測試壞堀心】屮吳擰制器的feMiWiiiI(3)提供真實設(shè)備測淡嵌據(jù)樣圖系統(tǒng)仿真測試平臺在某型號武器項目開發(fā)的應(yīng)用系址衛(wèi)體方筑茂汁階駿L賓體梗塊測試階段試階段r…項n開在系統(tǒng)總體方案設(shè)計階段，可以利用FireBlade對各個開發(fā)模塊在仿真環(huán)境中進(jìn)行模擬，初步對子系統(tǒng)的接口進(jìn)行觀察分析，對接口數(shù)據(jù)傳遞流程進(jìn)行系統(tǒng)驗證，修正系統(tǒng)設(shè)計和測試方案中的不正確因素。針對具體模塊的測試，需要詳細(xì)考慮系統(tǒng)環(huán)境中各個模塊的協(xié)作，以及數(shù)據(jù)交換等等復(fù)雜情況。中央控制器作為該武器項目的核心模塊，功能是協(xié)調(diào)其他工作模塊的任務(wù)調(diào)度，以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息等等。在測試開始時，通常只會測中央控制器一個模塊，所以在其他模塊不具備的條件下，利用FireBlade豐富的硬件接口層資源，根據(jù)相關(guān)協(xié)議分別設(shè)計其他模塊，來達(dá)到對中央控制器的測試目的。當(dāng)仿真系統(tǒng)搭建完成后，就構(gòu)成了一整套虛擬的測試環(huán)境，這其中只有中央處理器是真實設(shè)備。這樣不僅可以加快驗證具體模塊的精度，還能夠為后期真實設(shè)備進(jìn)入測試后提供相關(guān)測試數(shù)