一种混合模型仿真实时调度系统的制作方法

本发明涉及仿真调度领域，具体涉及一种混合模型仿真实时调度系统。

背景技术：

1、目前，在航空航天、高铁、汽车、精密机械、工业自动化等领域，将开发的电子控制器在闭环的实时仿真系统中开展控制系统需求的设计验证，且已经成为开发过程中通用和必不可少的环节。一套功能完善、性能稳定、验证置信度高的实时仿真系统，已成为开发高性能、高质量、高可靠、技术状态可控的控制系统典型要求。

2、实时仿真系统的建设需要考虑几个关键的问题，如验证能力全面、功能覆盖、性能保证、安全可靠、技术状态易受控、维护性好等几个方面。其中功能、性能和可靠性根据不同仿真系统提供商的指标对比中获取，技术状态管控和维护性方面则是在具体的应用实践中通过硬件的模块化优化设计获取；但是在验证能力方面，目前的硬件在回路对执行过程中的高速动态解决措施较为不足，普遍需要结合更高一层级的执行机构在回路来开展置信度更高的进一步试验验证。如飞机发动机控制系统在硬件在回路试验后续需要开展半物理试验补充验证燃油作动机构的功能和性能，飞机的飞行控制系统同样在硬件在回路试验后续需要开展铁鸟试验补充验证电传、气动、液压作动机构的功能和性能等。

3、之所以在硬件在回路验证环境，在高速动态环节存在普遍的不足，原因主要由两个方面：1)执行机构的高速动态一般需要采用毫秒(ms)级别一下的仿真步长、求解强非线性的迭代解算器，这些对目前的实时仿真操作系统提出了较高的要求；2)采用fpga硬件电子板卡模拟高速驱动部件动态特性硬件模型，通常不能和已有的操作系统级别的软件模型进行有效的集成、整个系统的实时性保证缺乏成熟规范的技术。因此，目前混合模型仿真实时调度系统存在以下几个问题：1、将硬件件模型集成在仿真系统中存在一定难度；2、软件模型和硬件模型在集成的过程没有统一的形式。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种混合模型仿真实时调度系统，将难以集成的硬件模型通过模型封装源文件封装为软件模型，并通过统一接口与其他软件模型进行关联，从而实现对该硬件模型仿真测试。

3、本发明的技术方案为：

4、本发明提供一种混合模型仿真实时调度系统，包括高速fpga设备模块、低速io设备模块、通讯设备模块、定时同步设备模块和中央处理器模块；其中，

5、所述高速fpga设备模块通过高速fpga设备装载快速io设备任务集；

6、所述低速io设备模块通过低速io设备进行监视数据采集；

7、所述通讯设备模块用于实现所述混合模型仿真实时调度系统的信息通讯；

8、所述定时同步设备模块通过定时和同步设备控制所述中央处理器模块和所述高速fpga设备模块中的硬件同步和定时；

9、所述中央处理器模块根据所述定时和同步设备控制所述调取任务池中调度任务的调度发起和调度终止。

10、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述高速fpga设备与所述定时和同步设备通过高速实时数据总线与所述中央处理器模块进行数据通信，并根据高速总线规范扩展高速fpga设备；

11、所述低速io设备与所述通讯设备通过低速数据总线与所述中央处理器模块进行数据通信，并根据低速数据总线规范进行多个低速io设备的扩展。

12、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述调度任务池包括主控制调度任务、快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务、通讯任务、快速io硬件设备任务和定时和同步任务；其中，

13、所述主控制调度任务、快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务、通讯任务位于中央处理器，通过所述主控制调度任务控制快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务、通讯任务、快速io硬件设备任务和定时和同步任务的调度，并将其他各任务的返回数据传输到主控制调度任务；

14、所述快速io硬件设备任务位于高速fpga设备，根据高速总线规范继续扩展高速fpga设备；

15、所述定时和同步任务位于定时和同步设备，通过所述定时和同步任务实现高速fpga设备和中央处理器的硬件同步和定时。

16、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述主控制调度任务通过实时调度时序控制快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务和通讯任务的调度，并将其他各任务的返回数据传输到主控制调度任务；其中，

17、所述快速io设备模型调度任务用于完成硬件模型的调度，

18、所述软件模型调度任务包括低速数据缓存任务和高速数据缓存任务，用于完成软件模型的调度；

19、所述数据处理任务用于各种信号的计算和转换；

20、所述低速io设备任务包括参数在线调整任务和低速io处理任务，所述主控制调度任务通过低速io设备任务完成故障信号和可调参数的注入；

21、所述通讯任务包括通信接收任务和通信发送任务，用于处理与低速io设备的总线通信任务。

22、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述快速io设备模型调度任务与所述高速数据缓存任务相互通信，通过所述高速数据缓存任务对快速io设备模型调度任务进行数据缓存；

23、所述低速数据缓存任务和所述数据处理任务相互通信，通过所述低速数据缓存任务对数据处理任务进行数据缓存；

24、所述数据处理任务与所述低速设备任务和通信任务相互通信，按照先入先出原则读取并处理所述低速io处理任务、通信接收任务和通信发送任务。

25、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述通信接收任务与所述参数在线调整任务相互通信，通过所述参数在线调整任务对所述通信接收任务进行参数调整，并通过所述低速数据缓存任务存储参数。

26、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述实时调度时序包括：

27、调度时序1：主控制调度任务负责快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务的调度发起；

28、调度时序2：快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务发起后负责低速io设备任务的调度发起；

29、调度时序3：低速io设备任务发起后负责通讯任务的调度发起。

30、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述主控制调度任务还负责上一运行周期的快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务和通信任务的调取终止。

31、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述主控制调度任务还负责快速io设备模型调度任务、软件模型调度任务、数据处理任务、低速io设备任务和通信任务的接口变量赋值运算和更新、接口变量读取和写入、接口变量的互联赋值处理、任务运行状态读取和同步状态的修正。

32、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述软件模型和硬件模型采用混合模型封装方法将硬件模型封装为格式统一的软件模型，通过对封装转化后的软件模型进行仿真测试。

33、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述混合模型封装方法包括以下步骤：

34、基于软件模型源文件和模型封装源文件进行编译，生成目标机可加载的软件模型动态库文件；

35、基于硬件模型源文件和模型封装源文件进行编译，生成目标机可加载的硬件模型动态库文件；

36、所述软件模型和硬件模型基于统一接口进行关联，并由中央处理器模块加载所述软件模型动态库文件后运行，在定时同步模块的同步时钟控制脉冲信号驱动下与已加载了硬件模型动态库文件的高速fpga设备模块进行数据交换，执行仿真测试。

37、根据本发明的混合模型仿真实时调度系统的一实施例，所述统一接口包括模式初始化、模型起始运行就绪、模型单次计算运行、模型运行后参数刷新、模型接口信号获取、模型接口信号设定、模型参数获取、模型参数设定和模型终止。

38、本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过将用于仿真的硬件模型和软件模型通过模型封装源文件封装为统一格式的动态库文件，并将封装后的软件模型和硬件模型基于统一接口进行关联，从而实现通过加载软件模型动态库文件和硬件模型动态库文件进行仿真测试。与现有技术中的仿真系统相比，本发明无需将原生态的硬件模型加载到仿真系统中，实现了对难以集成到仿真系统的硬件模型进行仿真，显著提升仿真验证的置信度。且通过统一接口模型之间信号互联更加高效，模型实体和接口的技术状态管控也更加高效。此外，本发明还可以根据高速总线规范来扩展高速fpga设备，进而扩展系统处理硬件模型的任务，提高了仿真系统的工作效率，降低了仿真系统集成的难度。