CN105468817A - 一种多模型实时仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿真技术领域，公开了一种多模型实时仿真系统。本发明中，多模型实时仿真系统，包含：上位机、若干个下位机、同步卫星以及若干个时钟同步地端设备；上位机用于创建至少两个仿真模型，并为每个下位机分配至少一个仿真模型；时钟同步地端设备用于在与同步卫星的系统时钟同步后，向各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源；下位机用于根据时钟源以及接收的仿真模型进行同步实时仿真，并将仿真数据实时发送至上位机进行处理。这样既突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真，而且，克服了各仿真平台在地域上分布较远时不能进行精确同步的问题，使各仿真平台仿真精确同步。

Description

一种多模型实时仿真系统

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，特别涉及一种多模型实时仿真系统。

背景技术

目前，半实物仿真计算系统实现了单模型的单平台仿真计算。但是，因其在具体仿真领域的单一性，无法实现多个模型的同时仿真，并且一次只可以在单操作系统平台上进行仿真，受限较大。

若在同一仿真平台上对多个模型进行仿真，虽然方便仿真，但不能反映模型真实的运行环境。

若在不同平台上分别对多个模型进行仿真，目前还存在技术困难，而且，即使实现了在不同平台上分别对多个模型进行仿真，如果各仿真平台在地域上分布较远，各仿真平台之间通过时钟板卡不能进行精确同步。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种多模型实时仿真系统，既突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真，而且，克服了各仿真平台在地域上分布较远时不能进行精确同步的问题，使各仿真平台仿真精确同步。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多模型实时仿真系统，包含：上位机、若干个下位机、同步卫星以及若干个时钟同步地端设备；

所述上位机与所述下位机通信连接，用于创建至少两个仿真模型，并为每个下位机分配至少一个仿真模型；

所述同步卫星与各个所述时钟同步地端设备通信连接；所述时钟同步地端设备与所述下位机的时钟板卡一一对应地连接；所述时钟同步地端设备用于在与所述同步卫星的系统时钟同步后，向所述各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源；

所述下位机，用于根据所述时钟源以及接收的仿真模型进行同步实时仿真，并将仿真数据实时发送至所述上位机进行处理。

本发明实施方式相对于现有技术而言，是在上位机上建立多个仿真模型，并将各个仿真模型分配给对应的下位机进行仿真，突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真；而且，为每个下位机配置一个时钟同步地端设备，且时钟同步地端设备在与同步卫星的系统时钟同步后，向各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源，由于各个时钟同步地端设备可以与同步卫星精确同步，所以，各个时钟同步地端设备之间可以精确同步，进而，精确同步的各个时钟同步地端设备可以为各个下位机提供精确同步的时钟源，这样，无论各个下位机之间距离大小，仿真时都可以精确同步。综上所述，本发明实施方式既突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真，而且，克服了各仿真平台在地域上分布较远时不能进行精确同步的问题，使各仿真平台仿真精确同步。

另外，所述下位机配置的操作系统与接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同或者所述下位机配置的操作系统不同。各个下位机配置的操作系统与接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同，这样，下位机运行接收的仿真模型可以对仿真原型进行真实的仿真。下位机配置的操作系统不同，这样，可以将同一仿真模型分别分配至各个下位机进行仿真，并利用上位机对仿真结果进行比对，迅速找出仿真的最佳操作系统。

另外，所述上位机上配置有软件开发平台、插件形式的集成开发环境IDE；所述IDE嵌入在所述软件开发平台中；所述IDE用于编辑、配置、编译所述仿真模型，并将编译后的仿真模型分配至对应的下位机。利用插件形式的IDE编辑、配置、编译仿真模型，即使仿真系统崩溃，也不会导致软件开发平台以及上位机系统崩溃，可靠性好，通用性强，用户体验佳。

另外，所述IDE包含创建模块、编辑模块、配置模块、编译模块与分配模块；所述创建模块，用于创建工程模块；所述编辑模块，用于在所述工程模块中编辑功能代码来获取预设功能的仿真模型；所述配置模块，用于输入所述仿真模型的配置信息；所述配置信息中携带与所述仿真模型对应的下位机的操作系统信息；所述编译模块，用于将携带配置信息的各仿真模型分别编译为可执行文件；所述分配模块，用于将各可执行文件分配至对应的下位机。

另外，所述工程模块中包含模板文件；所述编辑模块，还用于调用所述模板文件并通过所述工程模块中的模型接口向调用的模板文件中添加特定的功能代码来获取对应功能的仿真模型。这样，用户在编辑仿真模型时，只需要在工程模块中调用对应的模板文件，并根据自身需求通过工程模块中的模型接口向调用的模板文件中添加特定的功能代码来获取对应功能的仿真模型即可，大大减少了用户编写代码创建仿真模型的时间，缩短了系统的开发周期。

另外，所述下位机之间交互的数据采用相同的数据结构体。这样，便于下位机之间进行数据交互，省去了进行数据转换的时间。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的多模型实时仿真系统结构示意图；

图2是根据本发明第二实施方式的多模型实时仿真系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种多模型实时仿真系统，具体如图1所示，包含：上位机、若干个下位机、同步卫星以及若干个时钟同步地端设备。

上位机与下位机通信连接，具体地，上位机可以通过以下任意一种通信协议与下位机进行通信：FTP(文件传输协议)、TCP(传输控制协议)、CAN(控制器局域网络)协议、串口通信协议；各下位机之间通信连接，具体地，各个下位机之间可以通过TCP/IP(传输控制协议/因特网)协议进行通信，而且，各个下位机之间交互的数据采用相同的数据结构体，也就是，各个下位机之间交互的数据格式相同，这样，便于下位机之间进行数据交互，省去了进行数据转换的时间。

上位机用于创建至少两个仿真模型，并为每个下位机分配至少一个仿真模型。即各个下位机分别通过运行接收的仿真模型进行仿真。其中，仿真模型的数目大于或者等于下位机的数目；下位机配置的操作系统与接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同。在本实施方式中，仿真模型的数目等于下位机的数目，即下位机与仿真模型一一对应，每一个下位机仅接收一个仿真模型，并对接收的仿真模型进行仿真。

具体地说，上位机上配置有软件开发平台、插件形式的IDE(集成开发环境)，该IDE嵌入在软件开发平台中；IDE可以用于编辑、配置、编译仿真模型，并将编译后的仿真模型分配至对应的下位机。其中，软件开发平台可以为VisualStudio或者嵌入C/C++DevelopmentToolkit(简称“CDT”)的Eclipse。优选地，在本实施方式中，软件开发平台采用嵌入CDT的Eclipse，使用简便，用户体验佳。

其中，IDE包含创建模块、编辑模块、配置模块、编译模块与分配模块。创建模块，用于创建工程模块。在实际应用时，就是在IDE中创建一个工程。编辑模块，用于在工程模块中编辑功能代码来获取预设功能的仿真模型；由于工程中可以包含多个仿真模型，所以，在一个工程模块中，可以创建多个仿真模型。配置模块用于输入创建的仿真模型的配置信息，配置信息中携带与仿真模型对应的下位机的操作系统信息，当仿真模型的配置信息配置完毕时，其运行该仿真模型的下位机也随之而定。编译模块用于将携带配置信息的各仿真模型分别编译为可以在对应的下位机上运行的可执行文件；分配模块用于将各可执行文件分配至对应的下位机。

进一步地，IDE还用于配置下位机的仿真步长、数据流向以及交互参数。各所述下位机根据所述仿真步长进行仿真，并根据数据流向、交互参数进行数据交互。具体而言，配置信息还携带仿真步长、数据流向、交互配置等参数，用于控制下位机的仿真过程。

下面以仿真原型为飞机进行举例说明。例如，飞机包含：燃油监控系统、操控系统、航电系统和动力监控系统，在飞机上，燃油监控系统、操控系统、航电系统和动力监控系统运行平台的操作系统是Windows操作系统、Linux操作系统、Windows操作系统、Unix类操作系统，这样，本实施方式中的仿真系统可以提供4个下位机(下位机1、下位机2、下位机3、下位机4)，下位机1、下位机2、下位机3、下位机4配置的操作系统分别为Windows操作系统、Linux操作系统、Windows操作系统、Unix类操作系统，上位机可以将燃油监控系统、操控系统、航电系统和动力监控系统的仿真模型分别分配给下位机1、下位机2、下位机3、下位机4。

至此为止，上位机创建仿真模型以及分配仿真模型结束，下面介绍如何进行同步仿真。

同步卫星与各个时钟同步地端设备通信连接，具体地，同步卫星与时钟同步地端设备1、时钟同步地端设备2、时钟同步地端设备3、时钟同步地端设备4分别通信连接；时钟同步地端设备与下位机的时钟板卡一一对应地连接，具体地，时钟同步地端设备1、时钟同步地端设备2、时钟同步地端设备3、时钟同步地端设备4分别与下位机1、下位机2、下位机3、下位机4的时钟板卡一一对应地连接。

时钟同步地端设备用于在与同步卫星的系统时钟同步后，向各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源。具体地，每个时钟同步地端设备包含同步模块与分频处理模块；同步模块用于在与同步卫星的系统时钟同步后输出第一脉冲信号至分频处理模块，其中，第一脉冲信号为秒脉冲信号；分频处理模块用于将第一脉冲信号按照预设参数处理成预设频率的第二脉冲信号，并输出至时钟板卡，其中，第二脉冲信号的频率范围为1～10⁹赫兹。在本实施方式中，分频处理模块用于根据预设参数将第一脉冲信号处理成频率为1000000Hz的第二脉冲信号，并输出至对应的时钟板卡，作为时钟板卡的时钟源，在实际应用时，预设参数可以根据用户需求进行设置；时钟板卡还通过在接收到第二脉冲信号时输出通知信息来控制下位机的仿真时间；其中，通知信息包含时钟板卡接收到第二脉冲信号的时间信息，比如，下位机1的时钟板卡在t1时刻接收到第二脉冲信号，就通知下位机1在t1时刻接收到了第二脉冲信号，相当于通知下位机1当前时间为t1，下位机就可以根据当前时间控制仿真，比如在t1时刻进行第n步仿真。由于利用同步卫星可以精确地向地面的时钟同步地端设备进行授时，而且，地面的各个时钟同步地端设备可以与同步卫星精确同步，所以，可以使各下位机的时钟板卡的时钟源精确同步，最终使各下位机可以进行精确的同步仿真。

需要说明的是，时钟板卡在接收到第二脉冲信号时通知下位机的原理如下：其中的通知即为硬件(时钟板卡)中断的模式。时钟板卡对于下位机系统而言属于外部硬件。仿真过程开始时根据预设参数信息设定硬件中断。中断给系统时，系统会调用中断处理函数，在此函数中可以对当前仿真进行判断和步长统计(包括在当前步长内是否正常仿真或者超时与否)。

下位机用于根据时钟源以及接收的仿真模型进行同步实时仿真，并将仿真数据实时发送至上位机进行处理。具体地讲，各下位机根据时钟源与仿真步长进行仿真，每执行一个仿真步长，各个下位机之间均会根据预设的数据流向将数据按照指定的数据结构体输出至指定的下位机，以完成协同仿真。同时，各个下位机还实时地将仿真数据输出至上位机。

上位机还用于对接收的仿真数据进行调试仿真模型、存储仿真数据、监控仿真数据、分析仿真数据等管理。具体地说，上位机包含存储模块、监控模块与分析模块；存储模块，用于存储接收的仿真数据；监控模块，用于对接收的仿真数据进行监控，比如可以；分析模块，用于对接收的仿真数据进行分析。

相对于现有技术而言，是在上位机上建立多个仿真模型，并将各个仿真模型分配给对应的下位机进行仿真，突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真；而且，为每个下位机配置一个时钟同步地端设备，且时钟同步地端设备在与同步卫星的系统时钟同步后，向各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源，由于各个时钟同步地端设备可以与同步卫星精确同步，所以，各个时钟同步地端设备之间可以精确同步，进而，精确同步的各个时钟同步地端设备可以为各个下位机提供精确同步的时钟源，这样，无论各个下位机之间距离大小，仿真时都可以精确同步。综上所述，本发明实施方式既突破了在单操作系统平台进行仿真的限制，实现了在多平台仿真，而且，克服了各仿真平台在地域上分布较远时不能进行精确同步的问题，使各仿真平台仿真精确同步。

本发明的第二实施方式涉及一种多模型实时仿真系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，仿真模型的数目等于下位机的数目，下位机的操作系统可以各不相同。而在本发明第二实施方式中，仿真模型的数目大于下位机的数目，在一个下位机上可以同时对多个仿真模型进行仿真，同一下位机上接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同，丰富了本发明实施方式。

同样以仿真原型为飞机进行举例说明。

本实施方式中的仿真系统，具体如图2所示，可以提供3个下位机(下位机1、下位机2、下位机3)，下位机1、下位机2、下位机3配置的操作系统分别为Windows操作系统、Linux操作系统、Unix类操作系统，上位机可以将燃油监控系统、航电系统的仿真模型分配给下位机1，将操控系统和动力监控系统的仿真模型分别下位机2、下位机3。下位机1在上位机的控制下对燃油监控系统、航电系统进行同步仿真，下位机1上的仿真模型是根据信号量的通知来达到同步的；下位机2、下位机3分别对操控系统和动力监控系统进行同步仿真。

需要说明的是，本实施方式中，以下位机的操作系统分别可以为Windows操作系统、Linux操作系统、Unix类操作系统为例进行了说明，在实际应用中，不局限于上述列举的操作系统，还可以采用QNX((QuickUNIX))、VxWorks(VxWorks是美国WindRiverSystem公司(以下简称风河公司，即WRS公司)推出的一个实时操作系统)。

本发明第三实施方式涉及一种多模型实时仿真系统。第三实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，上位机中包含模板文件，用户在创建仿真模型时，只需要调用对应的模板文件，并根据自身需求向模板文件中添加少量的功能代码即可得到需要的功能模块，大大减少了用户编写代码创建仿真模型的时间，缩短了系统的开发周期。

具体地说，在本实施方式中，工程模块中包含模板文件；编辑模块还用于调用模板文件并通过工程模块中的模型接口向调用的模板文件中添加特定的功能代码来获取对应功能的仿真模型。这样，大大减少了用户编写代码创建仿真模型的时间，缩短了系统的开发周期。

本发明的第四实施方式涉及一种多模型实时仿真系统。第四实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，下位机配置的操作系统与接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同，可以对多个仿真模型同时进行逼真的仿真。而在本发明第四实施方式中，下位机配置的操作系统不同，这样，可以将同一仿真模型分别分配至各个下位机进行仿真，并利用上位机对仿真结果进行比对，迅速找出仿真的最佳操作系统。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多模型实时仿真系统，其特征在于，包含：上位机、若干个下位机、同步卫星以及若干个时钟同步地端设备；

所述上位机与所述下位机通信连接，用于创建至少两个仿真模型，并为每个下位机分配至少一个仿真模型；

所述同步卫星与各个所述时钟同步地端设备通信连接；所述时钟同步地端设备与所述下位机的时钟板卡一一对应地连接；所述时钟同步地端设备用于在与所述同步卫星的系统时钟同步后，向所述各个下位机的时钟板卡输出时钟信号，作为各个下位机的时钟板卡的时钟源；

所述下位机，用于根据所述时钟源以及接收的仿真模型进行同步实时仿真，并将仿真数据实时发送至所述上位机进行处理。

2.根据权利要求1所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述时钟同步地端设备包含同步模块与分频处理模块；

所述同步模块用于在与所述同步卫星的系统时钟同步后输出第一脉冲信号至所述分频处理模块；所述第一脉冲信号为秒脉冲信号；

所述分频处理模块，用于将所述第一脉冲信号按照预设参数处理成预设频率的第二脉冲信号，并输出至所述时钟板卡；

所述时钟板卡，还用于通过在接收到所述第二脉冲信号时输出通知信息来控制所述下位机的仿真时间；其中，所述通知信息包含所述时钟板卡接收到所述第二脉冲信号的时间信息。

3.根据权利要求2所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述第二脉冲信号的频率范围为1～10⁹赫兹。

4.根据权利要求1所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述下位机配置的操作系统与接收的仿真模型对应的仿真原型运行的操作系统相同或者所述下位机配置的操作系统不同。

5.根据权利要求4所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述上位机上配置有软件开发平台、插件形式的集成开发环境IDE；

所述IDE嵌入在所述软件开发平台中；

所述IDE用于编辑、配置、编译所述仿真模型，并将编译后的仿真模型分配至对应的下位机。

6.根据权利要求5所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述IDE包含创建模块、编辑模块、配置模块、编译模块与分配模块；

所述创建模块，用于创建工程模块；

所述编辑模块，用于在所述工程模块中编辑功能代码来获取预设功能的仿真模型；

所述配置模块，用于输入所述仿真模型的配置信息；所述配置信息中携带与所述仿真模型对应的下位机的操作系统信息；

所述编译模块，用于将携带配置信息的各仿真模型分别编译为可执行文件；

所述分配模块，用于将各可执行文件分配至对应的下位机。

7.根据权利要求6所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述工程模块中包含模板文件；

所述编辑模块，还用于调用所述模板文件并通过所述工程模块中的模型接口向调用的模板文件中添加特定的功能代码来获取对应功能的仿真模型。

8.根据权利要求5所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述IDE还用于配置所述下位机的仿真步长、数据流向以及交互参数；

各所述下位机根据所述仿真步长进行仿真，并根据所述数据流向、所述交互参数进行数据交互。

9.根据权利要求5所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述软件开发平台为VisualStudio或者嵌入C/C++DevelopmentToolkit的Eclipse。

10.根据权利要求1所述的多模型实时仿真系统，其特征在于，所述下位机之间交互的数据采用相同的数据结构体。