航電全數字仿真平臺技術研究

【摘 要】航電全數字仿真在航電系統性能的確認及驗證（V&V）流程中有著重要的作用，有助于進行早期評估以優化所有資源的使用，減少開發時間。研究了航電全數字仿真平臺的軟硬件實現，并利用研究成果搭建了航電系統全數字仿真平臺，該平臺可用于對航電系統需求進行確認。

【關鍵詞】全數字仿真；航電系統；需求確認

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

航電全數字仿真在航電系統性能的確認及驗證（V&V）流程中有著重要的作用，在航電設計的早期階段，通過模型及仿真的方式進行系統可行性分析、驗證，有助于進行早期評估以優化所有資源的使用，能在短時間內檢驗構型變化，從而減少開發時間。

本文所研究的航電全數字仿真平臺主要包括主仿真系統和上位機仿真監控軟件、建模相關軟件等。在數字仿真階段，模型之間通過反射內存網或以太網交換數據，各仿真節點可自由配置航電模型。考慮后續向半物理仿真測試的要求，主仿真系統要具備高度可復用性，預留與前端設備的數據接口，并且在不修改已開發的仿真模型基礎上，順利實現全數字仿真向半物理仿真的過渡。上位機軟件提供程控開關，實現模型和配線的同時切換，便于真實設備接入仿真網絡。

1 系統整體網絡拓撲結構

航電全數字仿真系統采用上下位機結構形式。上位機主要運行仿真建模及仿真試驗的應用軟件，如Rhapsody、實時仿真過程的監控軟件、數據模型管理平臺等。上位機采用普通PC機，Windows操作系統。下位機采用工業控制計算機，PCI總線形式。在實時內核的調度下運行多任務的航電系統的仿真模型，通過反射內存網或以太網模擬各分系統間的數據鏈路，并響應上位機的命令，實現數據上傳與下載。仿真監控計算機與實時仿真節點通過以太網進行連接，它們之間的通訊是通過TCP/IP協議，仿真監控計算機與實時仿真節點通過以太網主要是傳輸監控軟件發給實時節點的指令；實時仿真節點之間的數據通訊是通過反射內存網或以太網，模擬航電系統各模塊間的數據通訊，仿真監控計算機對反射內存網上傳輸的數據進行監控。航電全數字仿真平臺網絡拓撲結構見圖1。

2 系統工作流程圖

航電全數字仿真平臺的工作流程圖如圖2所示。數據模型管理平臺導入系統ICD數據，設計仿真網絡和硬件信息，導出Rhapsody模型的ICD數據和打包、解包算法。Rhapsody設計航電系統的狀態圖，進行全數字仿真。在數據模型管理平臺描述航電系統數據的實際物理形式。最后導出航電系統的實時仿真Rhapsody模型。實時模型與全數字模型融合生成，最終的實時仿真模型。通過Rhapsody將導出Rhapsody模型編譯為可執行仿真程序。監控軟件下載實時仿真模型，并且監控運在嵌入式系統的實時模型的變量。同時監控軟件可以將實時仿真的模型的數據保存到本地數據庫中，仿真結束后可以解析回放記錄的數據。

3 實時系統設計

實時操作系統VxWorks開發是整個航電全數字仿真平臺的基礎和核心。VxWorks鏡像的制作和VxWorks應用程序的開發是下位機實時系統的主要工作。

3.1 VxWorks鏡像制作

VxWorks鏡像成生可以通過Tornado建立一個bootable工程，并對VxWorks的內核進行裁減，裁剪過程如圖3所示。裁剪結束后需要對romInit.s、romStart.c、sysAlib.s、sysLib.c等文件進行修改，滿足場景要求。

3.2 VxWorks應用程序的開發

VxWorks應用程序開發包括檢測下位機PCI設備、下位機IP地址配置、PCI板卡驅動程序設計等，本文以PCI板卡驅動程序設計為例說明開發過程。在VxWorks中以太網、串行設備的驅動開發與普通的PCI板卡的開發有很大的不同，具體的開發過程如圖4所示。

4 結束語

本文研究了航電全數字仿真平臺的軟硬件實現，并利用研究成果搭建了航電系統全數字仿真平臺，該全數字仿真平臺可以用于航電系統設計早期對航電系統的需求進行確認，以期在航電系統設計早期盡早對系統的可用性和完整性進行測試，減少開發時間，符合確認及驗證（V&V）流程。

【參考文獻】

[1]余修端，孫秀霞，秦碩.全數字通用飛行仿真平臺的設計與實現[J].計算機工程，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的設計[J].中國集成電路，2009.11（126）：45-50.

[3]郭曉燕，汪亞杰.航電全數字仿真技術研究[J].科技創新導報，2011，30.

[4]王金波.基于故障注入的嵌入式軟件安全性測試框架及實現[J].計算機應用研究，2012，29（8）：2994-2295.

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

[責任編輯：劉展]