CN105022288A - 一种工业电子嵌入式系统的仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业电子嵌入式系统的仿真系统，包括：设备模型生成模块，其用于基于SystemC用C++定义出仿真用设备模型规范，并依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型确定仿真用设备模型；仿真模型，该仿真模型包括激励模型、监控模型、仿真内核和所述设备模型；仿真激励源，其模拟真实飞行情况下工业电子嵌入式系统的各种激励，并与激励模型进行信号对接；飞行器外部模型，在仿真过程中，飞行器外部模型通过自身模型的解算得到与相应模拟飞行相关的外部信号；仿真监控设备，其与监控模型进行信号对接，用以显示仿真过程的内容。该仿真系统能实现工业电子嵌入式系统的仿真，且能保证数据的一致性和仿真结果的正确性。

Description

一种工业电子嵌入式系统的仿真系统

技术领域

本发明属于工业电子技术领域，涉及工业电子嵌入式系统的仿真，具体涉及一种工业电子嵌入式系统的仿真系统。

背景技术

目前，嵌入式系统已经成为计算机工业的热点之一，嵌入式系统已经渗透到信息家电、工业控制、通信与电子设备、人工智能设备等领域。而嵌入式系统的软件与目标硬件紧密相关，软件的开发与目标硬件紧密相关，软件的开发与硬件环境的选择、设计和配置相互影响，硬件平台与嵌入式应用的复杂程度不断提高，导致软件开发周期长，开发成本昂贵、软件功能调试和性能测试不能及时完成，软件质量甚至整个系统的质量都无法保证。

同时，由于工业电子的发展，系统的功能、应用场景、使用方法复杂度急剧增加，系统的研发、生产、使用等各个环节的难度增加，后期的设计变更代价巨大。针对社会系统、战场环境、物流等逻辑对象，真实系统模拟的方式往往耗资巨大甚至不可实现。而工业电子的嵌入式软件的可靠性要求更高，一旦发生故障，往往会引起灾难性后果或造成严重的经济损失。

而且，随着软硬件复杂程度的不断提高，使用HDL(HardwareDescription Language，硬件描述语言)的逻辑设计，综合和实施技术取得了突破性进展，但是，从单一的系统级描述开始的系统设计方法仍处于起步阶段。

而传统的嵌入式系统的开发方法，即，硬件、软件设计的分割状态和顺序的设计方法，不利于修改设计，而且相对成本较高、周期较长，不能满足激烈的市场竞争的需求。

所以，亟需通过数字化的仿真方式对工业电子嵌入式系统进行仿真，以最小的代价获得尽可能真实的结果，为现实项目实施提供参考依据。其中包括利用数字模型和仿真环境将系统对象行为进行完整的定义，以及解决由于数据不可见性导致的模拟与真实环境的设计相差较大的问题。同时，解决工业电子嵌入式软件与硬件结合非常紧密所导致的需要搭建目标环境的问题，有效的解决因软硬件开发不同步，搭建费用过高的问题。

但是，现有的工业电子嵌入式系统的仿真系统都需要人工设计好设备模型的代码模板，然后根据工业电子嵌入式系统的接口控制文件、系统架构数据和设备逻辑数据进行设备模型的设计。这种方法一方面效率低，另外一方面难以与前期建立的行为逻辑模型建立起关联，从而可能导致数据的前后不一致，难以形成工业电子嵌入式系统的全生命周期统一数据模型，从而造成仿真效率低、仿真效果差等。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的工业电子嵌入式系统的仿真系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业电子嵌入式系统的仿真系统，该系统能实现工业电子嵌入式系统的仿真，且能保证数据的一致性和仿真结果的正确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业电子嵌入式系统的仿真系统，其包括：

设备模型生成模块，该设备模型生成模块用于基于SystemC用C++定义出仿真用设备模型规范，并依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型确定仿真用设备模型，所述设备模型用于模拟工业电子嵌入式系统的各个设备；

仿真模型，该仿真模型包括激励模型、监控模型、仿真内核和所述设备模型，其中，所述激励模型为整个仿真过程提供激励，其包括激励信号和激励逻辑；所述监控模型用于获取仿真过程中各种信号的变化，其包括监控信号和监控逻辑；所述仿真内核包括时间轴和由各种信号包构成的信号库，用于在时间轴的统一调度下，实现激励模型、设备模型和监控模型之间的信号和逻辑的并行调度；

仿真激励源，其模拟真实飞行情况下所述工业电子嵌入式系统的各种激励，并与所述激励模型进行信号对接；

飞行器外部模型，在仿真过程中，所述飞行器外部模型通过自身模型的解算得到与相应模拟飞行相关的外部信号；

仿真监控设备，其与所述监控模型进行信号对接，用以显示仿真过程的内容。

进一步地，其中，所述设备模型生成模块包括：

设备框架模型生成子模块，其用于依据仿真场景以及所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景下各设备的设备框架模型；

通信级模型生成子模块，其用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景中的信号名称、信号类型以及信号的输入输出设备，并依据所述信号类型及信号的输入输出方向确定各设备的端口类型，从而形成各设备的通信级模型；

行为逻辑模型生成子模块，其用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图中的逻辑关系确定该仿真场景中所包含的逻辑，并依据所述逻辑确定逻辑行为发生的设备，最后依据所述逻辑及设备的信息确定逻辑行为的前导信号及产生的结果信号，从而形成各设备的逻辑行为模型；

并且，该设备模型生成模块基于所述设备框架模型、通信级模型和逻辑行为模型而集合成仿真用设备模型。

更进一步地，其中，所述仿真激励源包括飞行员操作模块、模拟座舱控制设备和自定义输入界面，其中，所述飞行员操作模块用于模拟真实飞行环境下飞行员对飞行器的各种操作，产生操作激励信号；所述模拟座舱控制设备用于模拟真实飞行器的座舱控制设备，产生座舱控制激励信号；所述自定义输入界面为根据仿真需求而定制的图形化的输入控件，产生定制的激励信号。

再进一步地，其中，所述仿真监控设备包括信号监控模块、模拟座舱显示设备和自定义输出界面，其中，所述信号监控模块用于实时监控在仿真过程中发生变化的信号，保存其数据文件，且以波形的形式输出；所述模拟座舱显示设备用于显示模拟飞行器真实运行状态下航空电子系统的各种座舱显示设备的输出信号；所述自定义输出界面为根据仿真需求而定制的图形化的输出控件，显示定制的输出信号。

本发明的工业电子嵌入式系统的仿真系统使前期的设计数据在此阶段就可以进行仿真验证，较早发现设计中存在的逻辑问题，进而降低项目成本，缩短整个研发周期。同时，该仿真系统可依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型直接生成仿真用设备模型，非常简便和高效，便于工业电子嵌入式系统的仿真。而且，该仿真系统有利于工业电子嵌入式系统全生命周期中各种模型之间的关联，有利于建立全生命周期统一数据模型。最后，该仿真系统能够实现数据的统一，保证仿真结果的正确性。

附图说明

图1是本发明的工业电子嵌入式系统的仿真系统的组成示意图。

图2是建立工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型的方法的流程示意图。

图3是一个实施例的应用场景用例图。

图4是该实施例的活动图。

图5是该实施例的“塔康进场”应用场景的顺序图。

图6是图5所示的顺序图中的信号“UFCP状态2”的属性的示意图。

图7是图5所示的顺序图中的各个信号的延时的示意图。

图8是该实施例的其中一个设备“IMP”的状态机图。

图9是示例性的仿真过程中的信号传递的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

图1示出了本发明的工业电子嵌入式系统的仿真系统的组成示意图。如图1所示，所述仿真系统包括设备模型生成模块6、仿真模型1、仿真激励源2、仿真监控设备3和飞行器外部模型4。

与现有技术不同，在本发明中，所述工业电子嵌入式系统的仿真系统包括设备模型生成模块6。该设备模型生成模块6能够依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型确定仿真用设备模型12，从而不需要人工的参与，提高了系统的工作效率和可靠性。

图2示出了建立工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型的方法的流程示意图。如图2所示，建立工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型，首先是根据工业电子嵌入式系统的功能确定其运行流程，并依据所述运行流程得到工业电子嵌入式系统的应用场景，并依据所述应用场景建立工业电子嵌入式系统的应用场景用例图。

在本发明中，所述应用场景用例图为用例树。用例树中的每一个用例代表一个应用场景，并通过所述用例树的树结构来描述各个应用场景之间的结构关系和父子关系(当然，在有些用例树中各个应用场景之间可能不存在父子关系)。

其次，建立各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成工业电子嵌入式系统的活动图。

对于一个活动图来说，其通常由如下元素构成：

活动：“活动”表示工业电子嵌入式系统的应用场景，也可以表示工业电子嵌入式系统的应用场景下的子应用场景(对于存在父子关系的应用场景来说，会有子应用场景)。

驱动事件：“驱动事件”是活动图内所有活动关联的“桥梁”。“驱动事件”本身与工业电子嵌入式系统中相关的信号相关联，工业电子嵌入式系统的所有活动均被信号驱动，使得活动图没有独立，而是通过信号与ICD模型、系统架构模型相关联，达到了“统一模型”的目的。

开始/结束：“开始”是活动图的起点，“开始”的“驱动事件”被触发代表活动图开始；“结束”是活动图的终点，“结束”的“驱动事件”被触发代表活动图结束，一个活动图只有一个“开始”,可以有多个“结束”。

分支：“分支”有一个输入，两个输出。可以将多个活动的输出作为分支的输入，但是，多个活动的输出最终要形成一个输入。同时，在分支中可以编辑多个活动的输入之间的逻辑关系，作为两个输出的条件，两个输出的条件是互斥的，这样可以保证只有一个输出条件可以被触发。

合并：“合并”可以将一个活动的多个并发输出进行分支，达到同时触发多个活动的目的；也可以将多个活动的输入汇合，达到共同触发下一个活动的目的。

因此，在本发明中，在建立各个应用场景之间的逻辑关系时，包括：根据工业电子嵌入式系统的接口控制文件和系统架构数据编辑各个应用场景(即，活动)之间的活动流程以及在各个应用场景之间添加分支和合并；同时，编辑各个应用场景的驱动事件，并为某些有特殊需求的应用场景的驱动事件定义条件。例如，有些应用场景需要在满足特殊条件的情况下才能出现，在这种情况下，就需要为这些应用场景定义好条件，以便于条件满足时才能出现该应用场景。

接着，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子嵌入式系统的顺序图。

对于一个顺序图来说，其通常由如下元素构成：

驱动事件：“驱动事件”从活动图继承过来，作为与活动图关联的桥梁，是顺序图开始或者结束的标识。当然，“驱动事件”也可以是根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改后的驱动事件。

对象：“对象”代表应用场景所涉及的设备，在与系统架构模型相关联时，将设备作为顺序图中参与交互的“对象”。

信号：信号表示对象(即设备)之间的交互动作。将信号与其它模型中的信号绑定，从而使得行为逻辑模型与系统架构模型/ICD模型关联，使得各设备之间的交互不只是文字上的描述，而是与其它模型相关联，可用于后续仿真验证的模型。

延时：通过添加延时，使某些信号发送间隔满足特定条件，以此完整地定义系统行为的实时属性。

逻辑关系：添加某条信号的输出条件，输出条件包括输入信号的逻辑关系以及时间条件，使该信号在满足某种条件下才可发出；同时，可以编辑信号的输出函数，使该信号的输出值根据输入进行变化。通过定义逻辑关系，可完善设备的内部处理逻辑。

因此，在本发明中，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系包括：确定顺序图的驱动事件，所述驱动事件直接从所述活动图中继承过来，或者根据要求对从所述活动图中继承过来的驱动事件进行更改并反馈至所述活动图；添加各设备之间传递的信号以及信号在该应用场景中的响应值；添加信号之间的延时以及设备的输入信号和输出信号之间的逻辑关系。

最后，建立工业电子嵌入式系统的各个设备的状态机图，通过该状态机图来查看该设备在各个应用场景下的行为和逻辑。

对于一个状态机图来说，其通常由如下元素构成：

状态：“状态”表示当前设备的在满足某些输入、执行某些活动或等待某些驱动事件的条件或状况。其中，起始状态表示设备执行的起点，终止状态表示设备的一个最终状态。一个设备有一个起始状态和一个或多个终止状态。状态与顺序图中某个设备同一时间的输入输出信号相关联，使状态机图的状态可以在顺序图完成后自动生成。

条件：“条件”是一个设备从一个状态转化成另外一个状态的触发激励。由于状态与输入输出信号相关联，条件即与信号、驱动事件以及逻辑关系相关联，使状态机图的条件可以在顺序图完成后自动生成。

动作：“动作”是一个设备状态发生转换时，产生的一系列行为。动作与设备中的逻辑关系中的输出函数部分相关联，使状态机图的动作可以在顺序图完成后自动生成。

因此，在本发明中，可以根据所述顺序图自动生成设备的状态机图。在有些情况下，可能不需要定义顺序图和活动图。在这种情况下，可以直接手动绘制设备的状态机图，即，根据工业电子嵌入式系统的接口控制文件和系统架构数据，通过添加状态、条件和动作，自行建立设备的状态机图。

下面以一个小型工业电子嵌入式系统为例，介绍本发明的行为逻辑模型的具体建模过程。

该小型工业电子嵌入式系统的功能为：实现人在环的航路飞行、进场及着陆过程。

根据该小型工业电子嵌入式系统的功能，可以确定其运行流程为：飞行员通过正前方控制板(UFCP)的画面按键发起进场、着陆过程，通过驾驶杆控制飞行姿态，各个指令经过综合处理单元(IMP)处理协调各个显示设备，实现飞机完整过程的状态显示。

根据上述运行流程可以得到该小型工业电子嵌入式系统的应用场景包括：巡航、进场、选择返航机场、自主进场、塔康进场、着陆、微波着陆、仪表着陆。

依据上述应用场景可以建立如图3所示的工业电子嵌入式系统的应用场景用例图。该应用场景用例图以树结构的形式来描述上述各个应用场景之间的结构关系。其中，在该应用场景用例图中，各个应用场景之间不存在父子关系，因此，也就没有应用场景具有子应用场景。

然后，建立上述各个应用场景之间的逻辑关系，从而形成如图4所示的工业电子嵌入式系统的活动图。

在该活动图中，●代表开始，代表结束，活动为各个应用场景。“按下FAF键”和“按下着陆键”等为驱动事件。当然，在该活动图中也存在着“分支”和“合并”。例如，“着陆”与“微波着陆”和“仪表着陆”之间就存在着分支。

接着，建立每个应用场景所涉及的各设备之间的信号时序和逻辑关系，从而形成工业电子嵌入式系统的顺序图。

由于需要为每个应用场景都建立顺序图，在本发明中，为了简化，以“塔康进程”应用场景为例，建立的该应用场景所涉及的各个设备之间的顺序图如图5所示。

在如图5所示的顺序图中，UFCP代表设备“正前方控制面板”、IMP代表设备“综合处理单元”、ADLC代表设备“大气数据机”、INE1代表设备“惯性导航仪1”、ICNI代表设备“综合通信、导航、识别系统”、MFD代表设备“多功能显示器”、HUD代表设备“平视显示器”。

在该顺序图中，开始事件为“选择模式”，该开始事件继承自所述活动图中的驱动事件“选择模式”。同时，该驱动事件与ICD模型中的“系统开”信号相关联，从而实现与ICD模型的关联。

同时，在该顺序图中，带箭头的实线表示各设备之间的信号。各个信号都具有自己的属性并与ICD模型中的信号绑定在一起。例如，信号“UFCP状态2”的属性如图6所示。在图6中，ICD属性就是与该信号绑定在一起的ICD模型中的信号的相关内容。通过所述ICD属性实现与ICD模型中的信号的绑定。

而且，在该顺序图中，根据需要，设置的各个信号的延时如图7所示。

最后，在该顺序图中，各个信号都具有逻辑关系。在图5所示的顺序图中，未显示信号的逻辑关系，但是，通过点击相关信号，即可以查看其逻辑关系。例如，以“进入进场”为例，其逻辑关系为俯仰角<30°并且滚转角<10°。

在活动图与顺序图绘制完成后，可自动生成相关设备的状态机图。以IMP设备为例，其状态机图如图8所示。

在该状态机图中，“巡航”、“塔康进场”、“自主进场”为需要用到IMP设备的三个应用场景，即IMP设备可能处于的三个状态。同时，“按下进场按钮”为IMP设备状态转换的事件。并且，当满足条件“系统开&周边键操作号＝不操作”时，IMP设备进入“塔康进场”状态；当满足条件“系统开&UFCP输出数据”时，IMP设备进入“自主进场”状态；在其它条件下，IMP设备停止。同时，在该状态机图中，不存在“动作”。

建立了工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型之后，即可使用所述设备模型生成模块6依据所述行为逻辑模型构建工业电子嵌入式系统仿真用设备模型。

其中，所述设备模型生成模块6用于基于SystemC用C++定义出仿真用设备模型规范，并依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型7确定仿真用设备模型12。

在本发明中，所述设备模型生成模块6包括设备框架模型生成子模块6.1、通信级模型生成子模块6.2和行为逻辑模型生成子模块6.3。

其中，所述设备框架模型生成子模块6.1用于依据仿真场景以及所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景下各设备的设备框架模型。例如，假如仿真场景为“塔康进程”，那么依据图5所示的顺序图可知该仿真场景所涉及的设备包括UFCP(正前方控制面板)、IMP(综合处理单元)、ADLC(大气数据机)、INE1(惯性导航仪)、ICNI(综合通信、导航、识别系统)、MFD(多功能显示器)、HUD(平视显示器)。然后，为上述各设备建立设备框架模型。所述设备框架模型包括设备名称、ID、型号等。

在本发明中，具体地：建立了所述顺序图之后，会在后台数据库中针对每个应用场景生成一个设备列表，所述设备框架模型生成子模块6.1在确定仿真场景下各设备的设备框架模型时，利用SQL查询语句通过查询与仿真场景名称相同的表单字段相关联的设备表单，确定该仿真场景下的设备个数及设备名称、ID、型号等，从而形成各设备的设备框架模型。

所述通信级模型生成子模块6.2用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景中的信号名称、信号类型以及信号的输入输出设备，并依据所述信号类型及信号的输入输出方向确定各设备的端口类型，从而形成各设备的通信级模型。

由于所述顺序图中设置好了各种信号，因此，所述通信级模型生成子模块6.2可以依据所述顺序图直接确定该仿真场景中各个信号的信号名称、信号类型以及信号的输入输出设备。

在本发明中，具体地，建立了所述顺序图之后，会在后台数据库中针对每个应用场景生成一个信号列表，在确定仿真场景下各设备的信号级模型时，所述通信级模型生成子模块6.2可以利用SQL查询语句通过查询与仿真场景名称相同的表单字段相关联的信号表单，确定该仿真场景下各个信号的信号名称、信号类型以及信号的输入输出设备。

由于在仿真规范中，信号的输入输出与设备的连接关系为通过设备上的端口实现。而在工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中并不存在端口信息，因此，在本发明中，所述通信级模型子模块6.2要依据所述信号类型以及信号的输入输出方向确定各设备的端口类型。具体地，每一种信号类型及其输入输出方向都与一个相应的端口类型相对应，所述通信级模型子模块6.2会通过信号类型及其输入输出方向与端口类型的对应关系，来确定端口类型，从而确定设备的端口信息。

在本发明中，所述通信级模型子模块6.2在确定信号名称、信号类型、信号的输入输出设备和端口类型后，即可形成各设备的通信级模型。所述通信级模型包括设备的输入输出信号的名称、类型、端口等信息。

所述行为逻辑模型生成子模块6.3用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图中的逻辑关系确定该仿真场景中所包含的逻辑，并依据所述逻辑确定逻辑行为发生的设备，最后依据所述逻辑及设备的信息确定逻辑行为的前导信号及产生的结果信号，从而形成各设备的逻辑行为模型。

具体地，在工业电子嵌入式系统的顺序图中，各个信号都具有逻辑关系。在图5所示的顺序图中，例如，以“进入进场”为例，其逻辑关系为俯仰角<30°并且滚转角<10°。所述行为逻辑模型生成子模块6.3可以通过SQL查询语句直接查询行为逻辑，从而形成行为逻辑模型。

最后，所述设备模型生成模块6基于所述设备框架模型、通信级模型和逻辑行为模型而集合成仿真用设备模型12。因此，所述仿真用设备模型12包括设备名称、ID、类型以及相关信号名称、信号类型、接口类型，还包括逻辑行为，其足以用来进行仿真。

所述设备模型12用于模拟工业电子嵌入式系统的各个设备。在一般的工业电子嵌入式系统里，会有多个设备模型，例如，图9中示出了三个设备模型，分别为设备模型一121、设备模型二122和设备模型三123。

所述仿真模型1包括激励模型11、所述设备模型12、监控模型13和仿真内核14。

其中，所述激励模型11为整个仿真过程提供激励，其包括激励信号和激励逻辑。所述激励信号为从后面将要介绍的仿真激励源传递过来的各种激励信号。所述激励逻辑为激励模型基于激励信号输入输出的逻辑关系。

所述监控模型13用于获取仿真过程中各种信号的变化，其包括监控信号和监控逻辑。所述监控信号为监控得到的仿真过程中的各种信号。所述监控逻辑为监控模型基于信号输入输出的逻辑关系。

在本发明中，通过前期设计得到的接口控制文件中描述的信号传递关系来确定所述激励逻辑和监控逻辑；并且，通过工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的信号传递关系来确定所述设备逻辑。

如图9所示，所述仿真内核14包括时间轴141和由各种信号包构成的信号库142，用于在时间轴141的统一调度下，实现激励模型11、各个设备模型12和监控模型13之间的信号和逻辑的并行调度。

工业电子嵌入式系统的语言表达能力主要有：层次性、编程结构、状态转换、行为完整性、并发、通信和异步时间特征、非确定性。而大多数建模方法都有局限性，例如UML方便进行需求分析，但不能描述系统硬件，无法精确和严格地描述模型的行为，从而实现对模型的验证。再如VHDL和Verilog HDL硬件描述语言，在设计细化阶段，原始的C和C++描述必须转化为VHDL，这种设计方法的缺点是使用不同语言进行系统描述，容易产证不一致性，使系统变得复杂。

所以，在本发明中，利用基于SystemC的C++进行各种模型和仿真内核的定义，细化了模型转化规范，最后可在SystemC仿真内核中进行仿真。

具体地，仿真模型1可以基于SystemC实现。SystemC是一种基于C++的系统级建模语言，属于IEEE1666标准。众所周知，在进行工业电子嵌入式系统的仿真之前，已经进行了工业电子嵌入式系统的设计，因此，可以根据前期设计的设备、端口、逻辑、接口控制文件(ICD)等信息，基于SystemC用C++定义出激励模型11和监控模型13的代码模板。所述代码模板指根据前期设计的设备、端口、逻辑、ICD等信息，基于C++实现的特定的代码规则，其体现了模型的基本架构，在其内填充相关信号和逻辑，即可得到相应的模型。

有了代码模板之后，就可以利用前期设计时得到的整个工业电子嵌入式系统的接口控制文件(ICD)、系统架构数据、设备逻辑数据等，按照已定义的激励模型代码模板，针对每一个激励源生成可仿真的激励模型；按照已定义的监控模型代码模板，针对每一个仿真监控设备，生成可仿真的监控模型。同时，可以基于SystemC用C++定义出所述仿真内核4，包括时间轴和信号库。

而且，在进行工业电子嵌入式系统的仿真之前，也已经进行了工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型的建立。因此，可以首先基于SystemC用C++定义出仿真用设备模型规范，并依据所述行为逻辑模型确定仿真用设备模型12。其中，所述仿真用设备模型规范为基于SystemC用C++定义出的设备模型应当满足的一些约束条件和格式等。这样，使得确定的设备模型可以用基于SystemC的仿真内核进行仿真。

所述仿真激励源2模拟真实飞行情况下工业电子嵌入式系统的各种激励，并与所述激励模型11进行信号对接。在本发明中，所述仿真激励源2包括飞行员操作模块21、模拟座舱控制设备22和自定义输入界面23。

其中，所述飞行员操作模块21用于模拟真实飞行环境下飞行员对飞行器的各种操作，产生操作激励信号。通常情况下，操作激励信号主要指飞机油门控制信号和飞机六自由度控制信号。所述模拟座舱控制设备22用于模拟真实飞行器的座舱控制设备，产生常用座舱控制激励信号。通常情况下，所述模拟座舱控制设备22主要指座舱的各种控制按钮，例如电源开关，自检开关等。所述自定义输入界面23为根据仿真需求而定制的图形化的输入控件，产生定制的激励信号。利用所述自定义输入界面23，用于可以根据仿真需求，产生定制的激励信号，该定制的激励信号可以是，例如开关信号、飞行器摇杆信号等。通过所述自定义输入界面23，使得用户可以根据需要自定义一些综合仿真激励信号，极大地提高了仿真的人机交互性。在所述仿真激励源2开始产生激励时，激励模型11实时读取来自仿真激励源2的激励信号，完成激励模型11中激励信号的刷新，保证仿真过程是在当前激励下进行的，从而保证了仿真的实时性。

在仿真过程中，所述飞行器外部模型4通过自身模型的解算得到与相应模拟飞行相关的外部信号。所述飞行器外部模型4包括飞行器电子设备模型41、飞行器动力学模型42和飞行环境模型43。

其中，所述飞行器电子设备模型41用于模拟飞行器的各种电子设备，得到飞行器的各种电子设备产生的信号。所述飞行器动力学模型42用于模拟飞行器的飞行状态，得到飞行器的状态信号。所述飞行环境模型43用于模拟飞行器的飞行环境，得到飞行环境信号。

在本发明中，通过飞行仿真软件FLSIM提供所述飞行器电子设备模型41、飞行器动力学模型42和飞行环境模型43。FLSIM是加拿大PRESAGI公司开发的用于实现高精度飞行仿真的商用软件，其包括用于飞行仿真的多种模块，诸如飞行器气动导系数模块、运动方程模块、大气模块、操纵面位置变化模块、发动机推力模块等等。通过该FLSIM，即可获得模拟真实飞行环境下飞行器运行时的飞机状态信号、各电子设备信号以及外部飞行环境信号，例如飞行高度、经纬度、大气数据等等各项飞行信号。通过FLSIM得到的飞行信号与设备模型进行信号对接，即可模拟真实飞行环境中的飞行状况。

当然，在本发明中，也可以不采用飞行仿真软件FLSIM，而是设计模拟飞行器电子设备、飞行器动力学和飞行环境的各种模拟设备，并用信号采集装置采集各个模拟设备的信号，从而获得模拟真实飞行环境下飞行器运行时的飞行状态信号、各电子设备信号以及外部飞行环境信号。

所述仿真监控设备3与所述监控模型13进行信号对接，用以显示仿真过程的内容。在本发明中，所述仿真监控设备3可以包括信号监控模块31、模拟座舱显示设备32和自定义输出界面33。

其中，所述信号监控模块31用于实时监控在仿真过程中发生变化的信号，保存其数据文件，且以波形的形式输出。通过所述信号监控模块31，可以监控设备间的信号传递，例如前面所列举的自检信号。所述模拟座舱显示设备32用于显示模拟飞行器真实运行状态下工业电子嵌入式系统的各种座舱显示设备的输出信号，包括状态信号、连续信号等。所述模拟座舱显示设备32可以是多功能显示器、平视显示器等；也可以是桌面仿真仪表的图形化输出界面。所述自定义输出界面33为根据仿真需求而定制的图形化的输出控件，显示定制的输出信号。利用所述自定义输出界面33，用于可以根据仿真需求，输出定制的信号，该定制的信号可以是，例如开关信号、飞行器摇杆信号等。通过所述自定义输出界面33，使得用户可以根据需要自定义一些综合输出信号，极大地提高了仿真的人机交互性。在仿真过程中，仿真监控设备3可以实时从监控模块13获得监控信号和监控逻辑，保证仿真输出的实时性。

下面介绍仿真过程中各个模型之间的信号传递。图9示出了示例性的仿真过程中的信号传递的示意图。为了简化和清楚，在图9中只示出了三个设备模型，当然，真实的工业电子嵌入式系统会包括更多个设备模型。同理，在图2中只示出了设备模型二与设备模型三之间的信号传递，当然，在真实的工业电子嵌入式系统中，其它设备模型之间以及激励模型与设备模型之间、设备模型与监控模型之间也存在信号传递，但是它们之间的信号传递方式和设备模型二与设备模型三之间的信号传递方式相同，因此，在这里只以设备模型二与设备模型三之间的信号传递方式为例介绍各个模型之间的信号传递方式。

如图9所示，在本发明中，激励模型11、设备模型一121、设备模型二122、设备模型三123和监控模型13之间通过端口互相连接，在仿真内核14的支持下完成信号传递。在时间轴141的统一调度下，不同模型间通过信号库142中的信号包写入读出的方式来进行信号传递。

具体地，在仿真时，根据激励模型11的激励逻辑、设备模型一121的设备逻辑、设备模型二122的设备逻辑、设备模型三123的设备逻辑和监控模型13的监控逻辑建立起激励模型11、设备模型一121、设备模型二122、设备模型三123和监控模型13之间的端口连接。然后，在仿真内核14的统一调度下，基于统一时间轴141，实现激励模型11、设备模型一121、设备模型二122、设备模型三123和监控模型13之间的信号传递。

例如，假如图9中的设备模型二122为总控计算机模型，设备模型三123为平台计算机模型。针对总控计算机给平台计算机发送自检信号这一过程，由于它们之间存在信号输入输出的逻辑关系，所以它们的端口互相连接，并且在它们的端口互相连接之后，先由总控计算机在前一时刻输出信号包1421至仿真内核4的信号库142，该信号包1421不仅包括总控计算机输出的信号1，还包括基于时间轴141得到的输出信号时的时间1；再由平台计算机在后一时刻从仿真内核4的信号库142读取自检信号包1422，该自检信号包1422不仅包括平台计算机读取的信号2，还包括基于时间轴141得到的读取信号时的时间2，继而完成自检信号的传递。由于在信号的传递过程中，不仅包括信号本身，还包括与信号相关的时间，因此能够实现工业电子嵌入式系统的实时仿真。

所述仿真系统进一步包括飞行视景系统5。所述飞行视景系统5通过仿真内核14获取仿真过程中的一些信号，包括工业电子嵌入式系统的各个设备的信号以及飞行器外部信号，显示飞行器的模拟飞行视景。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种工业电子嵌入式系统的仿真系统，其包括：

设备模型生成模块(6)，该设备模型生成模块(6)用于基于SystemC用C++定义出仿真用设备模型规范，并依据工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型确定仿真用设备模型(12)，所述设备模型(12)用于模拟工业电子嵌入式系统的各个设备；

仿真模型(1)，该仿真模型(1)包括激励模型(11)、监控模型(13)、仿真内核(14)和所述设备模型(12)，其中，所述激励模型(11)为整个仿真过程提供激励，其包括激励信号和激励逻辑；所述监控模型(13)用于获取仿真过程中各种信号的变化，其包括监控信号和监控逻辑；所述仿真内核(14)包括时间轴和由各种信号包构成的信号库，用于在时间轴的统一调度下，实现激励模型(11)、设备模型(12)和监控模型(13)之间的信号和逻辑的并行调度；

仿真激励源(2)，其模拟真实飞行情况下所述工业电子嵌入式系统的各种激励，并与所述激励模型(11)进行信号对接；

飞行器外部模型(4)，在仿真过程中，所述飞行器外部模型(4)通过自身模型的解算得到与相应模拟飞行相关的外部信号；

仿真监控设备(3)，其与所述监控模型(13)进行信号对接，用以显示仿真过程的内容。

2.根据权利要求1所述的工业电子嵌入式系统的仿真系统，其中，所述设备模型生成模块(6)包括：

设备框架模型生成子模块(6.1)，其用于依据仿真场景以及所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景下各设备的设备框架模型；

通信级模型生成子模块(6.2)，其用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图确定该仿真场景中的信号名称、信号类型以及信号的输入输出设备，并依据所述信号类型及信号的输入输出方向确定各设备的端口类型，从而形成各设备的通信级模型；

行为逻辑模型生成子模块(6.3)，其用于依据所述工业电子嵌入式系统的行为逻辑模型中的顺序图中的逻辑关系确定该仿真场景中所包含的逻辑，并依据所述逻辑确定逻辑行为发生的设备，最后依据所述逻辑及设备的信息确定逻辑行为的前导信号及产生的结果信号，从而形成各设备的逻辑行为模型；

并且，该设备模型生成模块(6)基于所述设备框架模型、通信级模型和逻辑行为模型而集合成仿真用设备模型(12)。

3.根据权利要求2所述的工业电子嵌入式系统的仿真系统，其中，所述仿真激励源(2)包括飞行员操作模块(21)、模拟座舱控制设备(22)和自定义输入界面(23)，其中，所述飞行员操作模块(21)用于模拟真实飞行环境下飞行员对飞行器的各种操作，产生操作激励信号；所述模拟座舱控制设备(22)用于模拟真实飞行器的座舱控制设备，产生座舱控制激励信号；所述自定义输入界面(23)为根据仿真需求而定制的图形化的输入控件，产生定制的激励信号。

4.根据权利要求3所述的工业电子嵌入式系统的仿真系统，其中，所述仿真监控设备(3)包括信号监控模块(31)、模拟座舱显示设备(32)和自定义输出界面(33)，其中，所述信号监控模块(31)用于实时监控在仿真过程中发生变化的信号，保存其数据文件，且以波形的形式输出；所述模拟座舱显示设备(32)用于显示模拟飞行器真实运行状态下航空电子系统的各种座舱显示设备的输出信号；所述自定义输出界面(33)为根据仿真需求而定制的图形化的输出控件，显示定制的输出信号。