CN104468702B - 一种通用虚拟试验实物设备接入系统 - Google Patents

一种通用虚拟试验实物设备接入系统 Download PDF

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Abstract

一种通用虚拟试验实物设备接入系统，包括硬件接口协议转换器、虚拟试验代理节点和可配置实物设备接入网关自动生成器；硬件接口协议转换器包括协议转换单元和总线接口；该系统优势在于通过用户软件界面配置，自动生成与实物设备传输协议相匹配的虚拟试验接入网关，解决传输协议和传输接口的异构性问题，实现了实物设备与虚拟试验中间件的快速无缝衔接；本发明通过协议的灵活配置，实现实物设备虚拟试验验证平台的快速无缝集成，在解决多种传输协议异构性问题的同时，实现用户“零代码”编写，缩短了虚拟试验验证应用的开发周期。

Description

一种通用虚拟试验实物设备接入系统
技术领域
本发明属于虚拟试验技术领域，涉及一种通用虚拟试验实物设备接入系统。
背景技术
随着军工产品先进性和复杂性的大幅提高，虚拟试验作为一种低成本、高效率、短周期的试验验证手段，成为辅助型号系统级试验的有效方法，在国内外军工行业得到广泛的研究和应用。‘
目前，虚拟试验验证正朝着“虚实融合”的方向发展，即将虚拟试验的支撑性和实物试验的验证性有机统一起来，在一个虚实融合的试验环境中考核复杂产品整体功能和性能是否满足设计要求，在此基础上，验证多个系统之间互操作的协调性和匹配性，评价军工产品技术成熟度、产品使用效能以及标准化程度等。而如何将实物试验的设备接入虚拟试验的支撑环境进行统一试验，成为“虚实融合”的一大关键技术，主要有以下两大难点：首先，虚拟试验验证系统中实物设备的总线接口多样，常采用的总线接口包括1553B、UART(RS232/485/422)、CAN等类型，与以以太网为主的虚拟试验支撑平台相异，并且不同的实物试验设备传输协议各异，与虚拟试验验证系统不兼容，属于异构系统；其次，实物试验设备对实时性要求较高，若实时性无法满足要求，则虚拟系统获取的试验数据将无法反映试验设备的真实性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通用虚拟试验实物设备接入系统。系统组成包括硬件接口协议转换器、虚拟试验代理节点和可配置实物设备接入网关自动生成器。该系统优势在于通过用户软件界面配置，自动生成与实物设备传输协议相匹配的虚拟试验接入网关，解决传输协议和传输接口的异构性问题，实现了实物设备与虚拟试验中间件的快速无缝衔接；另一方面，通过采用嵌入式的硬件协议转换器，解决了虚拟试验实物设备接入的实时性问题，实现了高效率的实时设备接入。
本发明技术解决方案：一种通用虚拟试验实物设备接入系统，包括硬件接口协议转换器、虚拟试验代理节点和可配置实物设备接入网关自动生成器；硬件接口协议转换器包括协议转换单元和总线接口；
所述可配置实物设备接入网关自动生成器自动生成与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件和调用接口动态链接库，将协议转换集二进制文件烧录至硬件协议转换器的协议转换单元；
协议转换单元将与外部接入的与实物设备对应的协议转换集二进制文件储存起来，当传输下行数据时，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中与调用接口对应的协议转换文件，根据该与调用接口对应的协议转换文件对下行数据进行编码，形成下行实物设备协议帧，将下行实物设备协议帧转换成下行总线信号通过总线接口发送给外部接入的实物设备；
当传输上行数据时，协议转换单元将外部接入的实物设备产生，并通过总线接口接收的上行总线信号转换成上行实物设备协议帧，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中上行实物设备协议帧对应的协议转换文件，将上行实物设备协议帧转换成上行数据储存在协议转换单元；
虚拟试验代理节点的调用接口通过虚拟试验中间件与外部的多个虚拟试验应用节点相连，外部的多个虚拟试验应用节点提出发送下行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点该获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动将该需求中的下行数据传给协议转换单元；
外部的多个虚拟试验应用节点提出获取上行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点该获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动从协议转换单元储存的上行数据中提取需求的上行数据；
所述协议转换单元包含协议解码模块、协议编码模块、协议匹配单元阵列模块、协议存储模块和硬件接口驱动模块；
所述协议存储模块，长期存储与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件；
所述数据编码模块从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，该二进制文件包括下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系和下行实物设备协议帧格式，根据该二进制文件中下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系，将下行数据转换为下行实物设备协议帧中的数据块中的数据元素，然后再根据该二进制文件中的下行实物设备协议帧格式添加帧头、数据长度、帧尾、校验数据，形成下行实物设备协议帧。
所述协议匹配单元阵列模块由协议匹配单元组成。协议匹配单元阵列模块读取协议存储模块中的与实物设备对应的协议转换集二进制文件，并将上行实物设备协议帧中的帧头、帧尾信息与该二进制文件中的上行实物设备协议帧进行比对，以确定该上行实物设备协议帧属于该二进制文件中的哪个上行实物设备协议帧。
所述协议解码单元从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，二进制文件还包括上行实物设备协议帧格式和上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将协议匹配单元阵列模块确定的上行实物设备协议帧，按照该二进制文件中的上行实物设备协议帧格式，先后提取出帧头、数据长度、各个数据元素、帧尾、校验数据，再按照该二进制文件中的上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将提取出来的各个数据元素解码成上行数据。
所述硬件接口驱动模块将下行实物设备协议帧转换为下行总线信号，以及将上行总线信号转换为上行实物设备协议帧。
所述硬件接口协议转换器，硬件包含基于DSP的通用协议转换母板卡和硬件接口驱动子板卡；基于DSP的通用协议转换母板卡由DSP作为主控制器，实现协议匹配、协议编码、协议解码、协议储存；硬件接口驱动子板实现实物设备协议转换帧与总线信号的互相转换。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明给出的一种通用虚拟试验实物设备接入系统，通过协议的灵活配置，实现实物设备虚拟试验验证平台的快速无缝集成，在解决多种传输协议异构性问题的同时，实现用户“零代码”编写，缩短了虚拟试验验证应用的开发周期。
(2)本发明给出的一种通用虚拟试验实物设备接入系统，由硬件协议转换器实时的完成协议匹配及转换，满足虚拟试验常用实物设备接入的实时性要求；
(3)本发明给出的一种通用虚拟试验实物设备接入系统，提出了“基于DSP的通用协议转换母板卡”+“硬件接口驱动子板卡”的协议转换板卡设计方案，同时支持多种硬件接口，并保留硬件扩展性，节省了专用驱动板卡的重复投资。
附图说明
图1为一种通用虚拟试验实物设备接入系统组成图；
图2为硬件接口协议转换器功能模块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明
如图1所示，一种通用虚拟试验实物设备接入系统的系统包括硬件接口协议转换器、虚拟试验代理节点和可配置实物设备接入网关自动生成器；硬件接口协议转换器包括协议转换单元和总线接口。
可配置实物设备接入网关自动生成器通过用户对外部接入的实物设备的协议和虚拟试验代理节点调用接口进行配置及映射，自动生成器自动生成与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件和调用接口动态链接库，并自动将协议转换集二进制文件烧录至硬件协议转换器的协议转换单元。
可配置实物设备接入网关自动生成器包含外部接入的实物设备协议配置模块、虚拟试验代理模型调用接口配置模块、协议映射关系配置模块、代码生成模块；
其中，外部接入的实物设备协议配置模块实现用户在软件界面对外部接入的实物设备协议进行配置，包括协议的帧头、帧尾、校验段、数据段等，并将用户配置信息保存为xml文件；
虚拟试验代理模型调用接口配置模块实现用户在软件界面对虚拟试验调用接口进行配置，如调用接口名称、接口参数个数、接口参数名称、接口参数类型等，并将用户配置信息保存为xml文件；
协议映射关系配置模块实现用户在软件界面对虚拟试验调用接口到实物设备协议的映射关系进行配置，如接口名到协议名的映射、接口参数到协议数据段的映射等，并将用户配置信息保存为xml文件；
代码生成模块解析上述四个配置模块的xml文件，自动生成器自动生成与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件和调用接口动态链接库。其中协议转换集二进制文件烧录至硬件协议转换器的协议存储单元中，用于进行通信协议的匹配和编解码；调用接口动态链接库由虚拟试验代理模型调用，实现与虚拟试验验证平台上其他模型的数据联通和互操作。
以一维转台为例，用户利用可配置实物设备接入网关自动生成器，对一维转台的协议和代理模型调用接口进行配置。一维转台协议集主要由四条协议构成，分别是转台初始化协议、转台转动速度发送协议、转台转动速度反馈协议和转台停止协议。其中转台初始化协议和转台停止协议是两个不带数据段的下行协议，转台转动协议是带一个数据段的下行协议，转台姿态数据反馈协议是带一个数据段的上行协议。用户根据实物设备的协议格式配置每一条协议中的帧头、帧尾、校验段和数据段。与转台协议集配套的虚拟试验代理模型调用接口有四个，分别是INS_Initialize(void)；INS_SetVelocity(double velocity)；INS_GetVelocity(double& velocity)；INS_Stop(void)；分别与转台初始化协议、转台转动速度发送协议、转台转动速度反馈协议和转台停止协议对应。其中，INS_SetVelocity(double velocity)接口中的参数velocity与转台转动速度发送协议中的数据段对应，INS_GetVelocity(double& velocity)接口中的参数velocity与转台转动反馈协议中的数据段对应。用户在软件界面完成对调用接口的配置，并完成调用接口与协议的映射关系可配置实物设备接入网关自动生成器根据用户在软件界面上的配置，生成相应的xml文件。通过解析xml文件，自动生成与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件和调用接口动态链接库。其中，该二进制文件包含一维转台的四条协议帧的帧格式、每一条协议帧与调用接口的映射关系、每一条协议帧数据段与调用接口参数的映射关系等；调用接口动态链接库即为一维转台上述四个调用接口的动态链接库，包含协议转换单元硬件板卡PCI接口驱动。
协议转换单元为一套嵌入式硬件板卡，其中包含CAN总线接口协议转换器、1553B总线接口协议转换器、以太网接口协议转换器、串口接口协议转换器、ARINC429接口协议转换器等。协议转换单元可以根据不同的硬件接口扩展新的协议转换器。协议转换器一端通过PCI接口插在工控机上，与运行在工控机上的中间件代理节点进行数据交互，一端通过总线接口与实物设备连接，主要实现通信协议转换及总线接口驱动。
协议转换单元的工作原理如下：
协议转换单元将与外部接入的与实物设备对应的协议转换集二进制文件储存起来，当传输下行数据时，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中与调用接口对应的协议转换文件，根据该与调用接口对应的协议转换文件对下行数据进行编码，形成下行实物设备协议帧，将下行实物设备协议帧转换成下行总线信号通过总线接口发送给外部接入的实物设备。
当传输上行数据时，协议转换单元将外部接入的实物设备产生，并通过总线接口接收的上行总线信号转换成上行实物设备协议帧，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中上行实物设备协议帧对应的协议转换文件，将上行实物设备协议帧转换成上行数据储存在协议转换单元。
虚拟试验代理节点的调用接口通过虚拟试验中间件与外部的多个虚拟试验应用节点相连，外部的多个虚拟试验应用节点提出发送下行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点该获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动将该需求中的下行数据传给协议转换单元；
外部的多个虚拟试验应用节点提出获取上行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点该获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动从协议转换单元储存的上行数据中提取需求的上行数据；
如图2所示，根据权利要求1所述的一种通用虚拟试验实物设备接入系统，其特征在于：所述协议转换单元包含协议解码模块、协议编码模块、协议匹配单元阵列模块、协议存储模块和硬件接口驱动模块；
协议存储模块，长期存储与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件。协议存储单元一般为非易失性存储为，可实现协议转换集的长期存储、烧录、擦除等功能。硬件协议转换器上电后，从数据编解码单元从协议存储模块加载协议转换集，从而实现协议的编码和解码。
数据编码模块从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，该二进制文件包括下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系和下行实物设备协议帧格式，根据该二进制文件中下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系，将下行数据转换为下行实物设备协议帧中的数据块中的数据元素，然后再根据该二进制文件中的下行实物设备协议帧格式添加帧头、数据长度、帧尾、校验数据，形成下行实物设备协议帧。
协议匹配单元阵列模块由协议匹配单元组成。协议匹配单元阵列模块读取协议存储模块中的与实物设备对应的协议转换集二进制文件，并将上行实物设备协议帧中的帧头、帧尾信息与该二进制文件中的上行实物设备协议帧进行比对，以确定该上行实物设备协议帧属于该二进制文件中的哪个上行实物设备协议帧。
协议解码单元从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，二进制文件还包括上行实物设备协议帧格式和上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将协议匹配单元阵列模块确定的上行实物设备协议帧，按照该二进制文件中的上行实物设备协议帧格式，先后提取出帧头、数据长度、各个数据元素、帧尾、校验数据，再按照该二进制文件中的上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将提取出来的各个数据元素解码成上行数据。
硬件接口驱动模块将下行实物设备协议帧转换为下行总线信号，以及将上行总线信号转换为上行实物设备协议帧。
硬件接口协议转换器，硬件包含基于DSP的通用协议转换母板卡和硬件接口驱动子板卡；基于DSP的通用协议转换母板卡由DSP作为主控制器，实现协议匹配、协议编码、协议解码、协议储存；硬件接口驱动子板实现实物设备协议转换帧与总线信号的互相转换。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种通用虚拟试验实物设备接入系统，其特征在于：包括硬件接口协议转换器、虚拟试验代理节点和可配置实物设备接入网关自动生成器；硬件接口协议转换器包括协议转换单元和总线接口；
所述可配置实物设备接入网关自动生成器自动生成与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件和调用接口动态链接库，将协议转换集二进制文件烧录至硬件协议转换器的协议转换单元；
协议转换单元将与外部接入的与实物设备对应的协议转换集二进制文件储存起来，当传输下行数据时，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中与调用接口对应的协议转换文件，根据该与调用接口对应的协议转换文件对下行数据进行编码，形成下行实物设备协议帧，将下行实物设备协议帧转换成下行总线信号通过总线接口发送给外部接入的实物设备；
当传输上行数据时，协议转换单元将外部接入的实物设备产生，并通过总线接口接收的上行总线信号转换成上行实物设备协议帧，调用与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件中上行实物设备协议帧对应的协议转换文件，将上行实物设备协议帧转换成上行数据储存在协议转换单元；
虚拟试验代理节点的调用接口通过虚拟试验中间件与外部的多个虚拟试验应用节点相连，外部的多个虚拟试验应用节点提出发送下行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动将该需求中的下行数据传给协议转换单元；
外部的多个虚拟试验应用节点提出获取上行数据的需求，虚拟试验代理节点通过虚拟试验中间件从虚拟试验应用节点该获取需求，虚拟试验代理节点使用虚拟试验代理节点的调用接口调用该调用接口动态链接库中的PCI接口驱动，根据PCI接口驱动从协议转换单元储存的上行数据中提取需求的上行数据；
所述协议转换单元包含协议解码模块、协议编码模块、协议匹配单元阵列模块、协议存储模块和硬件接口驱动模块；
所述协议存储模块，长期存储与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件；
所述数据编码模块从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，该二进制文件包括下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系和下行实物设备协议帧格式，根据该二进制文件中下行数据与下行实物设备协议帧的映射关系，将下行数据转换为下行实物设备协议帧中的数据块中的数据元素，然后再根据该二进制文件中的下行实物设备协议帧格式添加帧头、数据长度、帧尾、校验数据，形成下行实物设备协议帧；
所述协议匹配单元阵列模块由协议匹配单元组成；协议匹配单元阵列模块读取协议存储模块中的与实物设备对应的协议转换集二进制文件，并将上行实物设备协议帧中的帧头、帧尾信息与该二进制文件中的上行实物设备协议帧进行比对，以确定该上行实物设备协议帧属于该二进制文件中的哪个上行实物设备协议帧；
所述协议解码单元从协议存储模块中读取与外部接入的实物设备对应的协议转换集二进制文件，二进制文件还包括上行实物设备协议帧格式和上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将协议匹配单元阵列模块确定的上行实物设备协议帧，按照该二进制文件中的上行实物设备协议帧格式，先后提取出帧头、数据长度、各个数据元素、帧尾、校验数据，再按照该二进制文件中的上行数据与上行实物设备协议帧的映射关系，将提取出来的各个数据元素解码成上行数据；
所述硬件接口驱动模块将下行实物设备协议帧转换为下行总线信号，以及将上行总线信号转换为上行实物设备协议帧。
2.根据权利要求1所述的一种通用虚拟试验实物设备接入系统，其特征在于：所述硬件接口协议转换器，硬件包含基于DSP的通用协议转换母板卡和硬件接口驱动子板卡；基于DSP的通用协议转换母板卡由DSP作为主控制器，实现协议匹配、协议编码、协议解码、协议储存；硬件接口驱动子板实现实物设备协议转换帧与总线信号的互相转换。
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