CN105550430A - 基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，包括：分布式开发单元、数据库单元、仿真测试单元，三个单元通过以太网相互联接；其中，分布式开发单元用于形成设计文件、进行本地仿真调试、实施自动代码生成，并且与数据库单元进行交互设计及配置信息；数据库单元用于为所有开发终端提供共享的数据仓储，并通过权限控制配合各个开发终端的本地资源建立配置管理流程；仿真测试单元用于提供仿真测试过程或者远程半实物仿真过程中所需的必要软硬件资源，监控仿真测试端的情况，并开展实时在线的半实物仿真以及关键指标参数测试工作。本发明实现了焦平面设备的在线半实物仿真及关键指标测试，有效降低了研发成本，提高研发效率。

Description

基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统

技术领域

本发明涉及基于焦平面红外传感器件的热像技术开发领域，具体地，涉及一种支持基于模型设计的红外焦平面设备开发方法和系统。

背景技术

基于焦平面红外传感器件的热像设备，从上世纪末诞生以来，其应用领域持续扩展，从起初的国防、电力领域，正逐步扩大到医疗、安防、化工、电子等诸多行业。然而，随着其应用范围的不断拓展，使得新领域的未知问题不断涌现，问题的复杂程度不断升级，应用的智能化要求不断提高，使得对热像设备的特殊需求和特性约束不断增加。同时，针对特定问题的具体解决方案往往个性化明显，无法大批量生产，这也使得研发机构越来越难以平衡研发成本和市场价格竞争之间的矛盾。同时，红外热像技术作为可见光谱范围外一种视觉化感知周围世界的方式，其面向未来智能制造和智慧城市的应用需求很大，然而正如所有面向“工业4.0”发展的技术所面临的现实问题一样，现代红外热像系统正变得越来越复杂，研发难度也越来越难大。因此，怎样才能适应未来智能化、模块化、小批量的发展要求，从长远的角度来看，构建一种快速、高效、质量可靠的产品开发系统就成了必须要解决的核心问题。

未来的红外热像设备将变得更复杂、更智能，这也意味着红外热像设备需要更加精确的功能定义，更灵活的系统架构以及更复杂的软件算法。如果采用传统的开发模式，那么应用需求与系统实现之间将会存在着巨大的鸿沟。一般而言，产品设计问题越晚发现，则进行修正的成本就会越高(甚至呈指数上升)。目前红外焦平面设备的开发模式无法摆脱硬件对软件开发的束缚，设计中产生的软件实现(算法代码等)都需要在实际硬件中运行才能完成最终的调试和测试工作，使得研发工作呈明显的先硬后软的串行模式，这就导致很多设计问题只有在硬件基本形成后，进行子系统级(系统-子系统-部件-组件-零件)调试时才被发现(甚至更后期才能发现)，从而对产品的研发成本、交付时间产生极为不利的影响。此外，在对设备功能进行扩展或需求变更时，传统开发方法一般是修改数据类型，提取接口，直接对代码结构进行改造，这就需要手工编码和调试。这就使得开发效率受开发人员能力的限制，更致命的是，在开发过程中很可能引入版本混乱的问题，甚至是潜在的软件缺陷，从而造成严重的质量问题。

目前，基于模型设计(Model-BasedDesign,MBD)的开发技术，有助于实现系统模型快速搭建、自动代码生成、算法仿真与自动化测试以及产品设计交付等功能，能够大幅降低研发工作量与开发风险，并且使产品设计与产品生产、产品使用及维护等整个产品生命周期的各个环节有机衔接，可以一定程度上解决红外热像设备开发遇到的现实问题。但是，现有技术依然存在以下技术问题：

1)基于模型的设计方法代表未来复杂智能系统技术的研发趋势，但由于焦平面传感器件具有光学、热力学、电子技术相结合的特点，接口配置复杂，又受到嵌入式硬件技术的制约，使得建立基于模型设计的红外焦平面设备协同开发仿真方法存在着很多障碍，极大制约了该技术的推广与应用。

2)现有用于数据采集或视频应用的基于模型开发系统或平台(如NI、Nutaq公司推出的产品)，只支持符合通用协议的数据链路以及自动代码生成过程的集成，严重缺乏对于红外焦平面设备的关键指标参数(如，NETD、MTF等)的分析能力以及设备测温标定流程的监控能力。

3)目前开发人员与仿真测试目标资源之间只能局限于本地资源本地使用，无法实施分布式开发及团队资源的高效共享，严重制约了研发组织的协同开发能力的发展，同时由于设计文件种类较多且分散保存，使得技术状态的管理十分困难。

4)现有基于模型设计技术，仍然缺乏适用于支持红外焦平面设备开发的基础模型库以及与对应的可以支持多种硬件平台的配置方法，严重限制了基于模型开发能力在红外焦平面设备开发领域的发挥。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发方法和系统。

根据本发明提供的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，包括：分布式开发单元、数据库单元、仿真测试单元，且所述分布式开发单元、数据库单元、仿真测试单元之间通过以太网相互联接；其中，

所述分布式开发单元用于形成设计文件、进行本地仿真调试、实施自动代码生成，并且与数据库单元进行交互设计及配置信息、与仿真测试单元之间构建数据传输链路和控制链路；

所述数据库单元用于为所有开发终端提供共享的数据仓储，并通过权限控制配合各个开发终端的本地资源建立配置管理流程；

所述仿真测试单元用于提供仿真测试过程或者远程半实物仿真过程中所需的必要软硬件资源，监控仿真测试端的情况，并开展实时在线的半实物仿真以及关键指标参数测试工作。

优选地，所述分布式开发单元包括多个开发终端，每个开发终端都至少包括本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组、数据库会话模组及远程仿真测试会话模组；其中

所述本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组共同构成本地开发工具链，本地开发工具链用于开展本地开发所需要的工作；

所述数据库会话模组能够从数据库单元获取开发所需的输入文件，或者将设计输出文件提交至数据库单元；

所述远程仿真测试会话模组能够向仿真测试单元发起调试会话请求，在调试会话过程中加载本地算法至远程的仿真测试单元，并进行在线控制和实时数据接收、评价和保存。

优选地，所述仿真测试单元包括可在线配置目标服务站、焦平面器件接口件、I/O硬件接口件、红外光路控制器、辐射黑体控制器、机电设备控制器；其中，

所述可在线配置目标服务站用于响应开发终端发起的会话请求、分配相应的软硬件资源、配置开发终端设定的硬件参数、实施开发终端设定的测试流程，并运行从开发终端加载的各种类型的算法后将实时结果发送回开发终端；

所述焦平面器件接口件包括封装适配模组、靶面及镜头适配模组、偏置电压适配模组、I/O接口适配模组，所述焦平面器件接口件用于为选定的各种焦平面器件提供需要的接口和驱动；

所述I/O硬件接口件包括控制器模组和设备接口模组，所述I/O硬件接口件用于控制测试流程或作为流程测试控制的物理和电气接口。

优选地，所述可在线配置目标服务站包括：实时操作系统、可配置资源池以及外设接口，所述实时操作系统包括：VxWorks架构操作系统、Linux架构操作系统和WinCE架构操作系统；所述可配置资源池包括FPGA资源、DSP资源、Multi-CoreCPU资源和存储器资源；所述外设接口包括以太网接口、1394接口、CAN总线接口、SPI接口和UART接口。

优选地，还包含了支持红外焦平面设备开发设计需要的模板模型，以用于红外焦平面设备软件的开发和调试，通过所述模板模型开发系统算法模型，并将所述系统算法模型自动转化为代码。

优选地，所述模板模型包括：底层驱动模型、数据链路模型、处理算法模型、流程控制模型以及相应的硬件平台的配置流程。

优选地，所述硬件平台的配置流程包括：XillinxSoC、AlteraSoC、TISoC、NXPSoC系列硬件的配置流程。

优选地，所述分布式开发单元还能够与仿真测试单元建立远程会话；所述远程会话是指：会话请求控制、实施远程实时在线的半实物仿真以及测试过程；

所述远程实时在线的半实物仿真过程包括：远程编译加载软件及配置，实时回传数据和状态，以及在线数据接收和评价。

优选地，所述远程实时在线的半实物测试过程还包括：远程编译加载软件及配置，实时回传数据和状态，在线数据接收和评价，在线控制参数调整，以及测试流程实施；所述测试流程包括：测温标定、NETD测试、MTF测试、MRTD测试以及MDTD测试。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明针对焦平面器件的特殊性，克服了嵌入式硬件能力的制约，实现了一种焦平面设备的远程实时在线半实物仿真和测试系统。

2、本发明提供的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，实现了分布式、智能化，进而增加了支持焦平面设备开发所需的基础模型，强化了基于模型设计技术应用于焦平面设备开发的效能。

3、本发明突破了本地资源的局限，克服了技术状态管理困难的问题，提高了资源共享、配置管理和团队协同合作的能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于模型设计的红外焦平面设备开发系统的结构示意图；

图2为本发明中的仿真调试端的示意图；

图3为本发明中的开发终端设计过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明总体由分布式开发端、数据库端及仿真测试端三个组成单元构成，三个部分通过千兆以太网相互联接，如图1所示。

具体地，分布式开发单元，由众多异地开发终端组成，各个开发终端由相应的开发人员管理，负责形成设计文件、进行本地仿真调试、实施自动代码生成，与数据库端交互设计及配置信息、与仿真测试端构建数据与控制链路；数据库单元，负责整个研发团队提供共享的数据仓储，配合相应的权限控制和配置管理流程，可以实现贯穿整个产品生命周期的设计资源管理，同时为整个团队的协同合作提供了基础；仿真测试单元，负责配置焦平面器件仿真测试过程中所必须的软硬件资源，每一台开发终端都能与其建立联接，进而监控仿真测试端的资源和动作，开展实时在线的半实物仿真、关键指标参数测试等仿真测试工作。

仿真测试单元，由可在线配置目标服务站、焦平面器件接口件、I/O硬件接口件、红外光路控制器、辐射黑体控制器、机电设备控制器六个组件构成，如图2所示。

其中，可在线配置目标服务站由实时操作系统(RTOS)、可配置资源池(FPGA、DSP、Multi-CoreCPU、存储器)以及外设接口(GigE、1394、CAN、SPI、UART)组成，除可在线配置目标服务站外，其他部件都可以根据实际情况进行扩展或裁剪，最大容量为10组焦平面器件接口件及对应的I/O硬件接口件。

其中，可在线配置目标服务站组件，负责响应开发终端发起的会话请求、分配相应的软硬件资源、配置模型设定的硬件参数、实施设定的测试流程，运行从开发终端加载的各种类型的算法文件(HDL、C/C++、Script等)，并根据需要发送实时(或最终)结果到开发终端。焦平面器件接口件，由封装适配模组、靶面及镜头适配模组、偏置电压适配模组、I/O接口适配模组四个部分组成，可以为选定的各种焦平面器件提供需要的接口和驱动。I/O硬件接口件，由控制器模组和设备接口模组构成，可以为可在线配置目标服务站控制红外光路等设备提供物理和电气接口，也可通过服务站配置后自行控制受控设备的动作。红外光路控制器，负责根据指令调整光路焦距、孔径等参数。辐射黑体控制器，负责根据指令调整辐射体温度变化相关过程。机电设备控制器组件，负责根据指令调整各种标靶的绝对位置及相对位置。

数据库单元，分布式开发单元及仿真测试单元联接，负责产品开发中需求文件、设计文档、会议纪要等整个产品生命周期文件数据的管理，负责系统架构模板、算法模型模板、硬件及接口配置模型模板等基于模型开发相关资源的维护和更新，负责管理工作服务模式、分配存贮资源、定义各开发终端的访问与修改权限。

分布式开发单元，包括多个开发终端，由各个异地开发人员使用和管理，其中，每个开发终端都至少包括本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组、数据库会话模组及远程仿真测试会话模组六个模组构成，如图3所示。

其中，本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组，构成整个设备系统中组件级(系统-子系统-部件-组件-零件)的开发工具链，可开展本地开发所需要的所有工作。同时，通过数据库会话模组，开发终端可以从数据库单元获取开发所需的输入文件(设计规格书、模型模板、算法模板等)，指导和帮助设计工作的高效开展，当设计的产品组件完成、仿真、调试、测试等工作后又可以将设计输出文件(算法模型、设计文档、测试报告等)提交至数据库单元，作为一下阶段设计开发的输入文件或项目数据归档使用。同时，通过远程仿真测试会话模组，开发终端可以向仿真测试单元发起调试会话请求，仿真测试单元中的可在线配置目标服务站在收到会话请求后，将根据当前资源的占用情况来判定立即响应还是将会话加入请求队列，进而通知开发终端是否开始仿真测试过程。一旦仿真测试单元响应某会话请求，并与该会话的请求发起终端确认后，仿真测试单元将根据该终端请求的调试说明配置其资源，将相应的配置文件分发到相应的控制组件，初始化存储器和接口驱动，部署待调试的算法代码到可用资源，启动仿真测试过程并控制各机电设备完成终端请求的仿真测试流程(算法半实物仿真、标定、NETD测试等)。同时，整个仿真调试过程中，开发终端不仅可以观察、保存在线回传的数据，还可以在线对测试过程中某些重要参数(转动步长、温差速率、偏置电压等)进行实时调整。

具体地，通过分布式开发单元形成相应的设计文件，仿真调试后实施自动代码生成，得到设计输出文件；分布式开发单元向仿真测试单元发起调试会话请求，所述仿真测试单元接收到会话请求后根据当前资源的占用情况来判定立即响应还是将会话加入请求队列，若当前资源处于空闲状态，则判定立即响应会话请求，并通知开发终端进行仿真测试；若当前资源正在被其他开发终端的调试会话使用，则将会话请求加入请求队列，等待仿真测试单元的执行。仿真测试单元确定响应某会话请求后，根据发送请求的开发终端的调试说明配置资源，将相应的配置文件分发到相应的控制组件，初始化存储器和接口驱动，部署待调试的算法代码到可用资源，启动仿真测试过程并控制各机电设备完成终端请求的仿真测试流程；对测试过程中的参数进行实时的调整，完成测试后返回测试结果回分布式开发单元。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，包括：分布式开发单元、数据库单元、仿真测试单元，且所述分布式开发单元、数据库单元、仿真测试单元之间通过以太网相互联接；其中，

所述分布式开发单元用于形成设计文件、进行本地仿真调试、实施自动代码生成，并且与数据库单元进行交互设计及配置信息、与仿真测试单元之间构建数据传输链路和控制链路；

所述数据库单元用于为所有开发终端提供共享的数据仓储，并通过权限控制配合各个开发终端的本地资源建立配置管理流程；

所述仿真测试单元用于提供仿真测试过程或者远程半实物仿真过程中所需的必要软硬件资源，监控仿真测试端的情况，并开展实时在线的半实物仿真以及关键指标参数测试工作。

2.根据权利要求1所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述分布式开发单元包括多个开发终端，每个开发终端都至少包括本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组、数据库会话模组及远程仿真测试会话模组；其中

所述本地配置管理模组、模型设计模组、本地算法仿真模组、代码生成模组共同构成本地开发工具链，本地开发工具链用于开展本地开发所需要的工作；

所述数据库会话模组能够从数据库单元获取开发所需的输入文件，或者将设计输出文件提交至数据库单元；

所述远程仿真测试会话模组能够向仿真测试单元发起调试会话请求，在调试会话过程中加载本地算法至远程的仿真测试单元，并进行在线控制和实时数据接收、评价和保存。

3.根据权利要求2所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述仿真测试单元包括可在线配置目标服务站、焦平面器件接口件、I/O硬件接口件、红外光路控制器、辐射黑体控制器、机电设备控制器；其中，

所述可在线配置目标服务站用于响应开发终端发起的会话请求、分配相应的软硬件资源、配置开发终端设定的硬件参数、实施开发终端设定的测试流程，并运行从开发终端加载的各种类型的算法后将实时结果发送回开发终端；

所述焦平面器件接口件包括封装适配模组、靶面及镜头适配模组、偏置电压适配模组、I/O接口适配模组，所述焦平面器件接口件用于为选定的各种焦平面器件提供需要的接口和驱动；

所述I/O硬件接口件包括控制器模组和设备接口模组，所述I/O硬件接口件用于控制测试流程或作为流程测试控制的物理和电气接口。

4.根据权利要求3所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述可在线配置目标服务站包括：实时操作系统、可配置资源池以及外设接口，所述实时操作系统包括：VxWorks架构操作系统、Linux架构操作系统和WinCE架构操作系统；所述可配置资源池包括FPGA资源、DSP资源、Multi-CoreCPU资源和存储器资源；所述外设接口包括以太网接口、1394接口、CAN总线接口、SPI接口和UART接口。

5.根据权利要求1所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，还包含了支持红外焦平面设备开发设计需要的模板模型，以用于红外焦平面设备软件的开发和调试，通过所述模板模型开发系统算法模型，并将所述系统算法模型自动转化为代码。

6.根据权利要求5所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述模板模型包括：底层驱动模型、数据链路模型、处理算法模型、流程控制模型以及相应的硬件平台的配置流程。

7.根据权利要求6所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述硬件平台的配置流程包括：XillinxSoC、AlteraSoC、TISoC、NXPSoC系列硬件的配置流程。

8.根据权利要求2所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述分布式开发单元还能够与仿真测试单元建立远程会话；所述远程会话是指：会话请求控制、实施远程实时在线的半实物仿真以及测试过程；

所述远程实时在线的半实物仿真过程包括：远程编译加载软件及配置，实时回传数据和状态，以及在线数据接收和评价。

9.根据权利要求8所述的基于模型设计的通用型红外焦平面设备开发系统，其特征在于，所述远程实时在线的半实物测试过程还包括：远程编译加载软件及配置，实时回传数据和状态，在线数据接收和评价，在线控制参数调整，以及测试流程实施；所述测试流程包括：测温标定、NETD测试、MTF测试、MRTD测试以及MDTD测试。