系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)

1、仿真測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)概述FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)基于用戶實(shí)用角度，能夠輔助進(jìn)行系統(tǒng)方案驗(yàn)證、 調(diào)試環(huán)境構(gòu)建、子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試、設(shè)計(jì)驗(yàn)證及測(cè)試，推進(jìn)了半實(shí)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(shí)踐性的設(shè)計(jì)思想，在航電領(lǐng)域獲得了廣泛關(guān)注和 好評(píng)由于仿真技術(shù)本身具備一定的驗(yàn)證功能，因此與現(xiàn)有的測(cè)試技術(shù)有相當(dāng)?shù)目山?融性。在航電設(shè)備的研制和測(cè)試過(guò)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(jì)方案快速構(gòu)建系統(tǒng)原型，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證;利用仿真驗(yàn)證成果， 可在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試；通過(guò)仿真功能，還可對(duì)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)度不一致的 子系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試等。針對(duì)航電設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和研制周

2、期的特殊性，需要建立可以兼顧系統(tǒng)方案驗(yàn)證、 調(diào)試環(huán)境構(gòu)建、子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試、設(shè)計(jì)驗(yàn)證及測(cè)試的系統(tǒng)仿真平臺(tái)。即以半實(shí)物仿 真為基礎(chǔ)，綜合系統(tǒng)驗(yàn)證、系統(tǒng)測(cè)試、設(shè)備調(diào)試和快速原型等多種功能的硬件平臺(tái) 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(duì)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(lái)保證系統(tǒng)驗(yàn)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?jī)?nèi)容之一，F(xiàn)ireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)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(gè)航電設(shè)備系統(tǒng)工程目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng) 驗(yàn)證過(guò)程中，地面綜

3、合測(cè)試是主要的驗(yàn)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(cè)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(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)的問(wèn)題。在以往的開(kāi)發(fā)周期 中，面向設(shè)備的仿真技術(shù)并沒(méi)有真正得到重視：（1）仿真技術(shù)的應(yīng)用主要集中在單個(gè)測(cè)試對(duì)象上，并且缺乏對(duì)對(duì)象共性的重用;（2）仿真技術(shù)缺乏對(duì)復(fù)雜環(huán)境與測(cè)試對(duì)象的模擬；（3）仿真技術(shù)的應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性，比如各個(gè)階段中仿真應(yīng)用成果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)共享， 即系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段仿真驗(yàn)證的成果，往往沒(méi)有應(yīng)用在后期產(chǎn)品測(cè)試階段對(duì)設(shè)備的驗(yàn)證 上。FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，基于面向設(shè)備的思想， 提出了虛擬設(shè)

4、備這一概念，用戶可以根據(jù)任務(wù)的需求分解來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)備的功能原型， 實(shí)現(xiàn)用戶自定義的界面設(shè)計(jì)、外部信號(hào)接口設(shè)計(jì)以及內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理流程，設(shè)計(jì)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(cè)試中可能出 現(xiàn)的不足，給出了測(cè)試依據(jù)，為設(shè)備研發(fā)后立即參與驗(yàn)證提供了可能。FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)就以下4個(gè)開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足不同層 次的仿真需求：（1）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)階段。利用FireBlade對(duì)被測(cè)系統(tǒng)及各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，為綜合測(cè)試系統(tǒng)的研 制提供虛擬的被測(cè)對(duì)象，輔助對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中測(cè)試任務(wù)的合理性分析，以及對(duì)測(cè)試方 案的研究，有效地提高了測(cè)試的針對(duì)性，準(zhǔn)確地提煉了測(cè)試需

5、求。此外，通過(guò)對(duì)被 測(cè)系統(tǒng)的仿真，可以對(duì)各個(gè)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(hào)特性，仿真數(shù)據(jù)和信息流程，從而驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。（2）開(kāi)發(fā)調(diào)試階段。利用FireBlade能夠有效地在硬件接口層對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備進(jìn)行仿真和聯(lián)調(diào)， 在被測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)備階段對(duì)測(cè)試細(xì)則/測(cè)試腳本的編寫(xiě)提供驗(yàn)證，可以用來(lái)驗(yàn)證被測(cè)系 統(tǒng)軟件的正確性和可操作性，將會(huì)極大地節(jié)省開(kāi)發(fā)調(diào)試費(fèi)用，加快開(kāi)發(fā)速度，并能 有效地保證開(kāi)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(lái)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(guò)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，

6、并能夠提供豐富的在線監(jiān)視和測(cè)試功能，為現(xiàn)場(chǎng)故障歸零提供技術(shù)保障。（4）系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試階段。利用FireBlade構(gòu)建被測(cè)設(shè)備的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)故障狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，以達(dá)到 試驗(yàn)的完整性和真實(shí)性；能夠?qū)Ρ粶y(cè)設(shè)備的工作環(huán)境進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的輸 入和自動(dòng)循環(huán)測(cè)試，并能將I c e B l a d e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(cè)試環(huán)路，實(shí)現(xiàn)對(duì)子系統(tǒng)間信號(hào)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(hào)接 口上模擬設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行異常，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的逆向測(cè)試和容錯(cuò)性測(cè)試，在試 驗(yàn)階段實(shí)現(xiàn)故障復(fù)現(xiàn)、故障診斷和故障定位分析

7、。FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)應(yīng)用結(jié)構(gòu)針對(duì)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(jì)理念，使用 戶能夠按照實(shí)際環(huán)境中的系統(tǒng)構(gòu)建方式來(lái)搭建仿真系統(tǒng)。FireBlade的應(yīng)用設(shè)計(jì)層 可分為4部分，如圖1所示。咐系統(tǒng)I系削雄線和借號(hào)撞口圖 應(yīng)用層設(shè)計(jì)單個(gè)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括以下設(shè)計(jì)資源：實(shí)際的被測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)時(shí)處理單元的外部接口與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。仿真環(huán)境。用來(lái)設(shè)計(jì)虛擬設(shè)備，其在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)，并可以通過(guò)外部 接口與其他設(shè)備連接，也可以直接在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)虛擬連接。界面工具?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)虛擬設(shè)備的面板實(shí)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(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制與檢測(cè)。

8、仿真系統(tǒng)的總線和信號(hào)接口。屬于仿真環(huán)境與被測(cè)系統(tǒng)之間信號(hào)數(shù)據(jù)交互連接的接口設(shè)備層，用來(lái)設(shè)置與其 他資源之間的信號(hào)連接與映射。仿IX系綸的息線HE磚接口系統(tǒng)如1的噬抵設(shè)備和虛擬迎接仿真系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)架外部實(shí)際被瀾設(shè)鑫（UUT）引出的泗試信號(hào)錄取和拋仿真系統(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(jì)的重點(diǎn)， 分為以下5部分：（1）設(shè)備接口設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)備的I C D文件的定義，設(shè)計(jì)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(hào)、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(gè)運(yùn)行模塊之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)的單元。 設(shè)置設(shè)備的接口可

9、以與變量實(shí)現(xiàn)映射。（3）事件定義及映射。事件用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)事件有效， 當(dāng)事件有效時(shí)可以用來(lái)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(jì) 數(shù)等功能。（4）運(yùn)行模塊。運(yùn)行模塊是用來(lái)實(shí)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(jì)、 Matlab/Simulink導(dǎo)入。模塊設(shè)計(jì)好以后可以實(shí)現(xiàn)重用。（5）面板設(shè)計(jì)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(gè)模塊也可以單 獨(dú)作為一個(gè)虛擬設(shè)備，獨(dú)立運(yùn)行。面板的設(shè)計(jì)采取所見(jiàn)即所得的控件設(shè)計(jì)方式，通 過(guò)對(duì)控件的操作實(shí)現(xiàn)界面設(shè)計(jì)，設(shè)置控件和變量及事件的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)顯示和控制信息的自動(dòng)更新。虛

10、擬設(shè) 備設(shè)計(jì)的原理如圖3所示。FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)的功能特性1分布式仿真運(yùn)算資源設(shè)計(jì)FireBlade仿真測(cè)試平臺(tái)采用“主控計(jì)算機(jī)+顯控計(jì)算機(jī)+實(shí)時(shí)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(jì)。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(shí) 時(shí)性和系統(tǒng)仿真的靈活性。2面向設(shè)備的設(shè)計(jì)方案在仿真測(cè)試實(shí)施過(guò)程中，F(xiàn) i r e B l a d e仿真測(cè)試平臺(tái)（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(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備和實(shí) 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(duì)信號(hào)的錄取過(guò)程不再僅僅 是簡(jiǎn)單的變量值記錄，而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)總線、串口、模擬和數(shù)字信

11、號(hào)原始數(shù)據(jù)的真實(shí) 記錄，這可以為事后的分析工作提供更多更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)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(cè)試平臺(tái)運(yùn)行采取實(shí)時(shí)事件觸發(fā)和定時(shí)功能結(jié)合 的方式，更接近實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行設(shè)計(jì)，提供更高的實(shí)時(shí)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(shí)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(kāi)設(shè)計(jì)資料。系統(tǒng)提供第三方設(shè)計(jì)的方 案，即脫離系統(tǒng)進(jìn)行虛擬設(shè)備設(shè)計(jì)和原理驗(yàn)證的工具。第三方可以采用本工具實(shí)現(xiàn) 運(yùn)行模塊的設(shè)計(jì)。這就為合作單位參與仿真設(shè)計(jì)提供了技術(shù)上的可能性。3支持多優(yōu)先級(jí)多任務(wù)的設(shè)計(jì)方式仿真設(shè)備設(shè)計(jì)中支持多任務(wù)、多優(yōu)先級(jí)的

12、設(shè)計(jì)，可以設(shè)置不同的觸發(fā)事件，如 總線消息、接口信號(hào)變化等。當(dāng)事件被觸發(fā)時(shí)，可以觸發(fā)不同的運(yùn)行模塊，每個(gè)運(yùn) 行模塊可以設(shè)定不同的優(yōu)先級(jí)，可以更精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的仿真。4與IceBlade故障注入系統(tǒng)無(wú)縫集成仿真測(cè)試平臺(tái)的實(shí)時(shí)處理機(jī)通過(guò)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(jiàn)圖4）:圖4仿真測(cè)試平臺(tái)與故障注入系統(tǒng)的聯(lián)合設(shè)計(jì)方案（1）故障注入過(guò)程的信號(hào)記錄。在試驗(yàn)過(guò)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(shí)可以向錄取軟件發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，用來(lái)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(hào)的變化過(guò)程記錄下來(lái)，用于事后分析或整

13、理報(bào)告。（2）故障注入類型和時(shí)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(guò)程的進(jìn)行相互配合實(shí)現(xiàn)的，即只有 當(dāng)仿真系統(tǒng)運(yùn)行到特定的步驟時(shí)進(jìn)行故障注入才有價(jià)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(dòng)運(yùn)行。有些情況下需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，這就需要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自 動(dòng)測(cè)試過(guò)程。在此情況下，就需要系統(tǒng)能夠按照設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行提前設(shè)置的仿真和故 障注入腳本，并根據(jù)測(cè)試的進(jìn)展實(shí)現(xiàn)故障注入，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的響應(yīng)記錄。應(yīng)用分析F i r e Bla d e系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)含有多種總線接口

14、以及擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，并接 受對(duì)擴(kuò)展接口的定制。在客戶的具體應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試方案中“先分后總” 的要求。如在某型號(hào)武器項(xiàng)目的需求定義中，接口方式包括STD-MIL-1553B總 線、C A N總線、串口總線、A D / D A輸入輸出、隔離I O等；需開(kāi)發(fā)的模塊包 括：中央控制器、車(chē)長(zhǎng)、火控計(jì)算機(jī)、敵我識(shí)別系統(tǒng)、G P S等。項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，指 定開(kāi)發(fā)計(jì)劃，各個(gè)模塊由職能不同的廠家生產(chǎn)，然后依據(jù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃，制定模塊的測(cè) 試計(jì)劃和綜合測(cè)試計(jì)劃。FireBlade系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)在某型號(hào)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用如圖5所示。圖系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)在某型號(hào)武器項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的應(yīng)用在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)階段，可以利用FireBla

15、de對(duì)各個(gè)開(kāi)發(fā)模塊在仿真環(huán)境中 進(jìn)行模擬，初步對(duì)子系統(tǒng)的接口進(jìn)行觀察分析，對(duì)接口數(shù)據(jù)傳遞流程進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證， 修正系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試方案中的不正確因素。針對(duì)具體模塊的測(cè)試，需要詳細(xì)考慮系 統(tǒng)環(huán)境中各個(gè)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(xiàng) 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(cè)試開(kāi)始時(shí)，通常只會(huì)測(cè)中央控制器一個(gè)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(jì)其他模塊，來(lái)達(dá)到 對(duì)中央控制器的測(cè)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(cè)試環(huán) 境，這其中只有中央處理器是真實(shí)設(shè)備。這樣不僅可以加快驗(yàn)證具體模塊的精度， 還能夠?yàn)楹笃谡鎸?shí)設(shè)備進(jìn)入測(cè)試后提供相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。進(jìn)入系統(tǒng)聯(lián)試階段，各種真