CN103984240A - 一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法，其特征在于，由模型编译及控制设备，实时仿真设备和反射内存网设备组成，并使用光纤连接，具体实现包括系统构建和仿真两个步骤。本发明主要应用于数字式仿真试验中，解决了由于数字仿真模型过大导致传统实时仿真系统性能无法满足需求的问题，优点如下：由于使用VMIC5565实时网卡构建了实时网络，同时各节点使用实时仿真机运行，保证了整个仿真过程中的数据运行与传输的实时性；部分节点间采用松耦合方式组合，可以保证非关键节点损坏不影响整个仿真运行，同时可以使用物理器件与仿真节点替换，实现半物理仿真测试。本项发明结构简单、实现方便、通用性强、应用范围广，在数字式仿真试验应用上前景广阔。

Description

一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法

技术领域

本发明属于仿真试验技术领域，特别涉及到一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法。

背景技术

随着仿真技术的发展，通过建模方法和认知程度的提升，仿真模型的逼真度得到大幅度提高。同时仿真模型由于复杂度的增加，其规模也变得越来越大，传统的上下位机式实时仿真系统，已不能满足模型编译与仿真实时性运行的需求，这对系统配置提出了更高要求。为了解决这一问题，曾经尝试根据任务简化模型，但这会大量增加模型数量，不但不能从根本上解决问题，而且大量增加工作量。

发明内容

本发明的目的是：本发明主要针对数字式仿真试验，提供一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法，使得试验中不同功能的数字仿真模型和试验设备数据共享，同时保证试验运行与数据传输的实时性。

本发明的技术方案是：

一种基于反射内存网的分布式实时仿真方法，其特征在于，由模型编译及控制设备，实时仿真设备(一个/多个)和反射内存网设备组成，并使用光纤连接。其他设备采用松耦合方式，按需求配置，实现系统灵活组合。

具体实现包括如下步骤：

1.系统构建：

基于反射内存网的分布式实时仿真系统基本构成包括模型编译及控制设备，实时仿真设备(一个/多个)和反射内存网设备，同时按使用需求可以加入数据监控设备、数据采集设备和数据分析设备等，如图1所示。为了方便使用，通常专门将一个实时仿真设备用于信号采集，并在设备内配置所需信号采集卡，实现信号统一采集与管理。

反射内存网设备分两大部分，第一部分为反射内存网卡，它安装于实时仿真设备(一个/多个)、数据监控设备、数据采集设备和数据分析设备的主板插槽中；第二部分为反射内存网卡交换机，用于将反射内存网卡数据传输、交换、共享。

反射内存网卡交换机与反射内存网卡通过光纤星型连接，保证传输实时性。具体连接方式是使用光纤数据线，分别将每个反射内存网卡的TX、RX端口与反射内存卡交换机的对应接口连接即可。

如果不使用反射内存网卡交换机，直接使用光纤将反射内存卡环型连接，同样可以保证数据传输实时性。具体连接方式是使用光纤数据线，将第一个设备反射内存网卡的TX端口与第二个设备反射内存网卡RX端口连接，然后将第二个设备反射内存网卡的TX端口与第三个设备反射内存网卡RX端口连接，如此反复，直到将最后一个设备反射内存网卡的TX端口与第一个设备反射内存网卡RX端口连接，构成一个环形结构即可。

星型连接与环型连接的区别在于，星型连接单一设备损坏不影响系统运行，环型连接必须保证全部设备完好才能运行，所以星型连接可以使部分非主要设备松耦合连接，实现系统灵活配置，如图2和图3所示。

2.仿真方法：

基于反射内存网的分布式实时仿真方法是在模型编译及控制设备中，将复杂庞大的综合数字仿真模型按功能和需求分拆成多个仿真单元，如信号采集仿真单元、控制系统仿真单元、数据记录仿真单元等，然后将每个仿真单元进行编译并通过以太网发送至独立实时运行设备上，最后通过控制指令调度每个实时运行设备运行。

这里需要注意的是，为了保证多个实时仿真设备之间同步运行，需要在模型分拆过程中对每个仿真单元设置不同中断指令号。中断号设置是在反射内存卡上通过调整中断插块位置和数量实现，并且可以使用命令查询中断号，以便使用。

在控制指令调度时，全部仿真设备处于等待运行状态，在收到中断指令调度信号后统一开始运行，保证了实时仿真设备之间运行的同步性。

本发明的优点是：

本发明主要应用于数字式仿真试验中，解决了由于数字仿真模型过大导致传统实时仿真系统性能无法满足需求的问题，同时其具有以下优点：

1、由于使用VMIC5565实时网卡构建了实时网络，同时各节点使用实时仿真机运行，保证了整个仿真过程中的数据运行与传输的实时性。

2、部分节点间采用松耦合方式组合，可以保证非关键节点损坏不影响整个仿真运行，同时可以使用物理器件与仿真节点替换，实现半物理仿真测试。

本项发明结构简单、实现方便、通用性强、应用范围广，在数字式仿真试验应用上前景广阔。

附图说明

图1是本发明的基于反射内存网的分布式实时仿真系统组成。

图2是本发明的反射内存网星型连接示意图。

图3是本发明的反射内存网环型连接示意图。

图4是本发明的基于反射内存网的分布式实时仿真系统组成实例示意图。

图5是本发明的模型拆分及发送方式实例示意图。

图6是本发明的仿真运行实例示意图。

具体实施方式

举例：

系统构建：系统由模型编译及控制设备、信号采集设备、主控制系统实时仿真设备、自动控制系统实时仿真设备、反射内存网设备和数据记录设备组成。将五块反射内存网卡分别安装于模型编译及控制设备、信号采集设备、主控制系统实时仿真设备、自动控制系统实时仿真设备、数据记录设备的主板插槽中，然后使用光纤数据线，将每个反射内存卡的TX、RX端口与反射内存网交换机的对应端口连接，构建完成的实时仿真网络，如图4所示。

仿真模型：仿真模型按需求分拆为信号采集模型、主控制系统模块(包含飞机本体及主要部件)、自动控制系统模块和数据记录模块。信号流通过信号采集模块发送给主控制系统模块，然后主控制系统模块与自动控制系统模块实现信息交换，同时所有信号发送给数据记录模块用于记录，如图5所示。

模型编译：本例中使用Matlab/xpc实时仿真方法，通过仿真构型库中的VMIC5565实时仿真模块，将每个仿真模型构建成统一的实时仿真广播网络，并对变量和输入输出形式进行定义，最后将仿真模型编译成后缀名为.dlm格式的程序，并使用模型编译及控制设备通过以太网下载至对应实时仿真设备中。

仿真运行：模型编译及控制设备先发送指令，使全部仿真设备处于等待状态，然后发送中断指令，实现全部仿真设备同步运行，如图6所示。

Claims (2)

1.一种基于反射内存网的分布式实时仿真系统及方法，其特征在于，由模型编译及控制设备，一个或多个实时仿真设备和反射内存网设备组成，并使用光纤连接，

1)系统构建：

基于反射内存网的分布式实时仿真系统基本构成包括模型编译及控制设备，一个或多个实时仿真设备和反射内存网设备，反射内存网设备分两部分，第一部分为反射内存网卡，安装于一个或多个实时仿真设备、数据监控设备、数据采集设备和数据分析设备的主板插槽中；第二部分为反射内存网卡交换机，用于将反射内存网卡数据传输、交换、共享；

反射内存网卡交换机与反射内存网卡通过光纤星型连接，保证传输实时性，具体连接方式是使用光纤数据线，分别将每个反射内存网卡的TX、RX端口与反射内存卡交换机的对应接口连接；

2)仿真方法：

基于反射内存网的分布式实时仿真方法是在模型编译及控制设备中，将复杂庞大的综合数字仿真模型按功能和需求分拆成多个仿真单元，然后将每个仿真单元进行编译并通过以太网发送至独立实时运行设备上，最后通过控制指令调度每个实时运行设备运行；

在模型分拆过程中对每个仿真单元设置不同中断指令号，中断号设置是在反射内存卡上通过调整中断插块位置和数量实现，并且使用命令查询中断号；

在控制指令调度时，全部仿真设备处于等待运行状态，在收到中断指令调度信号后统一开始运行，保证实时仿真设备之间运行的同步性。

2.根据权利要求1所述的基于反射内存网的分布式实时仿真系统及方法，其特征在于，直接使用光纤将反射内存卡环型连接，具体连接方式是使用光纤数据线，将第一个设备反射内存网卡的TX端口与第二个设备反射内存网卡RX端口连接，然后将第二个设备反射内存网卡的TX端口与第三个设备反射内存网卡RX端口连接，如此反复，直到将最后一个设备反射内存网卡的TX端口与第一个设备反射内存网卡RX端口连接，构成一个环形结构。