一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法
【专利摘要】本发明涉及一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，通过遥测数据交互仿真系统实现，采用FPGA技术与遥测仿真计算机软件配合首次模拟了综合电子单元中遥测处理单元状态变化和数据交互过程，实现方法简便，响应速度快、且有利于测试过程中对遥测处理单元状态参数和模拟量进行实时修改，以满足不同条件下的遥测处理单元故障模拟要求和热控分系统、电源分系统的测试要求；同时本发明通过采用中断设计和改变遥测处理单元状态，实现了非定周期的遥测数据的实时响应，有效解决了综合电子单元中遥测处理单元大数据量毫秒级接收及对遥测处理单元状态快速变化的模拟问题，显著提高了开发效率。
【专利说明】一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明属于月面巡视器综合电子仿真【技术领域】，涉及一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，可以应用于针对月面巡视器综合电子单元中遥测处理单元的仿真模拟。
【背景技术】
[0002]由于月面巡视器具有小型化、质量轻等要求，其综合电子单元集成了巡视器绝大部分电子线路。巡视器不同于以往型号常用的通过数据总线进行遥测数据传输的方式，而是采用独立的遥测处理单元完成与中心计算机的数据双向交互。
[0003]在对遥测处理单元的模拟过程中，以往通常采用定周期查询方式读取中心计算机发往遥测处理单元的指令和数据，此类方法存在如下弊端:
[0004](I)由于巡视器综合电子单元与遥测处理单元的传输有7种通道，其下传数据具有周期不确定的特点，并且最快的传输周期为毫秒级。因此，定周期查询方式响应不及时会导致数据包丢失。
[0005](2)中心计算机发送遥测数据的周期由遥测处理单元状态决定，遥测任务在综合电子软件中优先级较高，任务调度时序受遥测处理单元影响很大。查询方式无法及时反映遥测处理单元状态的实时变化，因此无法模拟中心计算机与遥测处理单元数据交互的逻辑及时序。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，该方法模拟星上遥测处理单元功能，建立起综合电子软件的硬件仿真环境，解决传统遥测处理单元模拟方法在综合电子仿真环境中数据丢失以及逻辑时序仿真不完善的缺陷，显著提高了开发效率。
[0007]本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0008]一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，通过遥测数据交互仿真系统实现，所述遥测数据交互仿真系统包括星上计算机和地面模拟的遥测处理单元，所述遥测处理单元由遥测仿真计算机和FPGA模块组成，具体实现方法如下:
[0009]步骤(一)、星上计算机将控制指令发送给FPGA模块，所述控制指令包括查询所述遥测处理单元工作状态的指令、获取模拟量采样值的指令和通道控制指令；
[0010]步骤(二)、FPGA模块对接收的控制指令进行校验判断，若所述控制指令通过校验，则将所述控制指令进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断，进入步骤(三)；若所述控制指令未通过校验，则将所述指令和遥测数据丢弃；
[0011]步骤(三)、遥测仿真计算机接收到中断后，首先从FPGA模块中读取通过校验的控制指令并进行分类，其中根据查询所述遥测处理单元工作状态的指令，将所述遥测处理单元当前工作状态数据发送给FPGA模块，进入步骤(四)；遥测仿真计算机根据获取模拟量采样值的指令，将要求的模拟量采样值发送给FPGA模块，进入步骤(五);遥测仿真计算机根据通道控制指令，设定遥测处理单元的通道号，并将设定的通道号信息发送给FPGA模块，进入步骤(六)；
[0012]步骤(四)、FPGA模块接收所述遥测处理单元当前工作状态数据，若当前工作状态为“准备好”状态，则星上计算机向FPGA模块发送遥测数据，FPGA模块接收到所述遥测数据后，对所述遥测数据进行校验判断，若遥测数据通过校验，则将遥测数据进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断，进入步骤(七)；若所述遥测数据未通过校验，则将所述遥测数据丢弃；
[0013]步骤(五)、FPGA模块接收所述模拟量采样值后进行存储，供星上计算机进行读取；
[0014]步骤(六)、FPGA模块接收所述通道号信息后进行存储，供星上计算机进行读取；
[0015]步骤(七)、遥测仿真计算机接收到中断后，从FPGA模块读取遥测数据后进行显示和存储。
[0016]在上述综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法中，步骤(三)中遥测仿真计算机接收到通道控制指令后，设置等待时间(模拟遥测处理单元接收一帧遥测数据后的处理时间)，等待时间达到后，将所述遥测处理单元当前工作状态设为“准备好”状态。
[0017]在上述综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法中，遥测处理单元中不同通道(不同传输速率)对应的等待时间不同。
[0018]在上述综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法中，步骤(三)中要求的模拟量采样值来自于热控分系统和电源分系统。
[0019]在上述综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法中，步骤(一)中星上计算机发送给FPGA模块的遥测数据为非定周期的遥测数据，所述非定周期包括不同类遥测数据之间的非定周期与同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的非定周期。
[0020]在上述综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法中，同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的最小时间间隔为I?2ms。
[0021]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0022](I)、本发明鉴于传统遥测处理单元模拟方法的缺陷以及综合电子对遥测数据的特殊要求，设计了一种全新的综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，该方法通过遥测数据交互仿真系统实现，采用FPGA技术与遥测仿真计算机软件配合首次模拟了月面巡视器综合电子单元中遥测处理单元状态变化和数据交互过程，实现方法简便，响应速度快、且有利于测试过程中对遥测处理单元状态参数和模拟量进行实时修改，以满足不同条件下的遥测处理单元故障模拟要求和热控分系统、电源分系统的测试要求；
[0023](2)、本发明综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法通过采用中断设计和改变遥测处理单元状态，实现了非定周期的遥测数据的实时响应，并且有效解决了综合电子单元中遥测处理单元大数据量毫秒级接收及对遥测处理单元状态快速变化的模拟问题，同时避免了在短时间内连续收到多条指令导致计算机无法及时响应中断引起的硬件板卡数据接收区阻塞问题；
[0024](3)、本发明的遥测处理单元模拟方法同时适用于定周期的遥测数据的实时响应和非定周期的遥测数据的实时响应，满足不同的遥测数据类型和传输方式的要求，提高了数据响应速度，有效避免了数据丢失，具有较广的适用范围和较强的实用性；
[0025](4)、本发明方法动态模拟星上计算机与遥测处理单元的实时数据交互过程，有效对遥测处理单元状态变化进行仿真，大大减少了综合电子应用软件研制过程中对星上遥测处理单元的依赖，有利于尽早发现综合电子软件中与遥测处理单元相关的程序问题，以及必须通过遥测处理单元进行的如热控等重要功能的测试；
[0026](5)、本发明方法模拟遥测处理单元功能，建立起综合电子软件的硬件仿真环境，显著提高了开发效率，通过与星上计算机进行闭环联试，能够满足综合电子应用软件调试及确认测试的功能及性能要求，已完成多次仿真实验及若干版本确认测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明采用的遥测数据交互仿真系统结构示意图；
[0028]图2为本发明遥测仿真计算机工作流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0030]本发明综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法采用遥测数据交互仿真系统实现，如图1所示为本发明采用的遥测数据交互仿真系统结构示意图，由图可知遥测数据交互仿真系统包括星上计算机和地面模拟的遥测处理单元，遥测处理单元由遥测仿真计算机和FPGA模块组成，代替星上真实遥测处理单元板卡。
[0031]本发明综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法的具体实现过程如下:
[0032]步骤(一)、星上计算机将控制指令发送给FPGA模块，其中控制指令包括查询所述遥测处理单元工作状态的指令、获取模拟量采样值的指令和通道控制指令，本实施例中模拟量采样值的指令的周期为512ms，即每隔512ms发送一次指令。本实施例中不同类型遥测数据使用7条不同通道。
[0033]步骤(二)、FPGA模块对接收的控制指令进行校验判断，若控制指令通过校验，则将该控制指令进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断(使用硬件中断，精度提升，满足毫秒级数据接收处理要求)，当星上计算机读取到该标志后，不进行数据发送，由此避免中断被打断，进入步骤(三)。若指令未通过校验，则将该指令和遥测数据丢弃。
[0034]步骤(三)、遥测仿真计算机接收到中断后，首先从FPGA模块中读取通过校验的控制指令并进行分类，其中根据查询遥测处理单元工作状态的指令，将遥测处理单元当前工作状态数据发送给FPGA模块，进入步骤(四)；遥测仿真计算机根据获取模拟量采样值的指令，将要求的模拟量采样值发送给FPGA模块，进入步骤(五);其中要求的模拟量采样值来自于热控分系统和电源分系统。遥测仿真计算机根据通道控制指令，设定遥测处理单元的通道号，并将设定的通道号信息发送给FPGA模块，进入步骤(六)。
[0035]步骤(四)、FPGA模块接收上述步骤(三)中的遥测处理单元当前工作状态数据，若当前工作状态为“准备好”状态，则星上计算机向FPGA模块发送遥测数据，FPGA模块接收到该遥测数据后，对该遥测数据进行校验判断，若遥测数据通过校验，则将遥测数据进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断，进入步骤(七)；若遥测数据未通过校验，则将遥测数据丢弃；
[0036]上述步骤(三)中遥测仿真计算机接收到通道控制指令后，设置等待时间(即模拟遥测处理单元接收一帧遥测数据后的处理时间)，等待时间达到后，将遥测处理单元当前工作状态设为“准备好”状态。遥测处理单元中不同通道(不同传输速率)对应的等待时间不同。
[0037]星上计算机发送给FPGA模块的遥测数据为非定周期的遥测数据，非定周期是指遥测数据到达时刻具有不确定性，包括不同类遥测数据之间的非定周期与同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的非定周期。对于同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的非定周期，即数据帧的到达时刻间隔不相同，例如第一帧数据to时刻到达，第二帧数据tO+Ι时刻到达，第三帧数据tO+1+0.8时刻到达，第四帧数据tO+1+0.8+0.9时刻到达……。本发明中同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的最小时间间隔为I~2ms。
[0038]对于不同类遥测数据之间的非定周期，即不同类遥测数据的到达时刻间隔不相同，例如第一类遥测数据中数据帧之间到达的时间间隔相同均为T0，第二类遥测数据中数据帧之间到达的时间间隔相同均为Tl，TO幸Tl。
[0039]步骤(五)、FPGA模块接收步骤(三)中的模拟量采样值后进行存储，供星上计算机进行读取。
[0040]步骤(六)、FPGA模块接收步骤(三)中的通道号信息后进行存储，供星上计算机进行读取。
[0041 ] 步骤(七)、遥测仿真计算机接收到中断后，从FPGA模块读取遥测数据，遥测仿真计算机首先对遥测数据进 行解析，即将接收到的遥测数据原码按照遥测数据格式和遥测协议的定义进行解析，得到要求的数据形式，之后对数据进行显示和存储。
[0042]上述遥测数据交互过程中，若遥测处理单元超过300s未收到数据(即未读到遥测处理单元工作状态为“准备好”)，则遥测仿真计算机将遥测处理单元状态置为“正在进行自动遥测”。如图2所示为本发明遥测仿真计算机工作流程图。
[0043]本发明将对遥测处理单元的模拟实现方法抽象为两部分，首先是硬件接口模拟及其FPGA多任务自动处理，使用FPGA芯片实现，模拟真实遥测板卡完成数据的接收和指令的处理；其次是针对地面遥测处理单元状态变化及数据收发的动态仿真，主要在遥测仿真计算机中完成，在FPGA触发的中断中接收来自FPGA模块的控制指令和遥测数据。本发明充分利用硬件时序的精准性和软件设置的灵活性，对遥测处理单元与中心计算机数据交互的过程和时序进行仿真，既能真实再现遥测处理单元状态变化，又能模拟异常情况下各种时序，还可以满足通过遥测处理单元采集模拟量的设置要求。
[0044]本发明综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法通过采用中断设计和改变遥测处理单元状态，实现了非定周期的遥测数据的实时响应，并且有效解决了综合电子单元中遥测处理单元大数据量毫秒级接收及对遥测处理单元状态快速变化的模拟问题，同时避免了在短时间内连续收到多条指令导致计算机无法及时响应中断引起的硬件板卡数据接收区阻塞问题；本发明的遥测处理单元模拟方法同时适用于定周期的遥测数据的实时响应和非定周期的遥测数据的实时响应，满足不同的遥测数据类型和传输方式的要求，提高了数据响应速度，有效避免了数据丢失。
[0045]以上所述，仅为本发明最佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0046]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，其特征在于:通过遥测数据交互仿真系统实现，所述遥测数据交互仿真系统包括星上计算机和地面模拟的遥测处理单元，所述遥测处理单元由遥测仿真计算机和FPGA模块组成，具体实现方法如下: 步骤(一)、星上计算机将控制指令发送给FPGA模块，所述控制指令包括查询所述遥测处理单元工作状态的指令、获取模拟量采样值的指令和通道控制指令； 步骤(二)、FPGA模块对接收的控制指令进行校验判断，若所述控制指令通过校验，则将所述控制指令进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断，进入步骤(三)；若所述控制指令未通过校验，则将所述控制指令丢弃； 步骤(三)、遥测仿真计算机接收到中断后，首先从FPGA模块中读取通过校验的控制指令并进行分类，其中根据查询所述遥测处理单元工作状态的指令，将所述遥测处理单元当前工作状态数据发送给FPGA模块，进入步骤(四)；遥测仿真计算机根据获取模拟量采样值的指令，将要求的模拟量采样值发送给FPGA模块，进入步骤(五);遥测仿真计算机根据通道控制指令，设定遥测处理单元的通道号，并将设定的通道号信息发送给FPGA模块，进入步骤(六)； 步骤(四)、FPGA模块接收所述遥测处理单元当前工作状态数据，若当前工作状态为“准备好”状态，则星上计算机向FPGA模块发送遥测数据，FPGA模块接收到所述遥测数据后，对所述遥测数据进行校验判断，若遥测数据通过校验，则将遥测数据进行存储，将工作状态设置为“未准备好”，并触发中断，进入步骤(七)；若所述遥测数据未通过校验，则将所述遥测数据丢弃； 步骤(五)、FPGA模块接收所述模拟量采样值后进行存储，供星上计算机进行读取； 步骤(六)、FPGA模块接收所述通道号信息后进行存储，供星上计算机进行读取； 步骤(七)、遥测仿真计算机接收到中断后，从FPGA模块读取遥测数据后进行显示和存储。
2.根据权利要求1所述的一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，其特征在于:所述步骤(三)中遥测仿真计算机接收到通道控制指令后，设置等待时间，等待时间达到后，将所述遥测处理单元当前工作状态设为“准备好”状态。
3.根据权利要求2所述的一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，其特征在于:所述遥测处理单元中不同通道对应的等待时间不同。
4.根据权利要求1所述的一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，所述步骤(三)中要求的模拟量采样值来自于热控分系统和电源分系统。
5.根据权利要求1所述的一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，其特征在于:所述步骤(一)中星上计算机发送给FPGA模块的遥测数据为非定周期的遥测数据，所述非定周期包括不同类遥测数据之间的非定周期与同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的非定周期。
6.根据权利要求5所述的一种综合电子软件仿真环境中的遥测处理单元模拟方法，其特征在于:所述同一类遥测数据中不同帧遥测数据之间的最小时间间隔为I?2ms。
【文档编号】G05B17/02GK103970027SQ201410132049
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】林琳, 王晶, 党纪红, 陈朝晖, 万丽景, 高进, 李晓锋, 关小川, 刘建军, 葛莹 申请人:北京控制工程研究所