CN105955065A - 一种基于故障注入的仿真测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于故障注入的仿真测试系统，包括仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块，所述仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块均连接到共享内存且共享内存中的数据共享，通过修改测试模块中的数据实现干预其他模块的工作从而完成仿真测试系统的故障注入。本发明的一种基于故障注入的仿真测试系统可以灵活地更改测试过程中产生的数据，提供更加有效的测试手段，避免了在进行故障、异常测试时直接修改仿真模型的弊端，将系统的故障域与正常域分开，保证了测试过程中交联系统状态一致性，有助于研究故障对目标系统的真实影响及相关失效行为和对目标系统的容错机制进行有效性评估等。

Description

一种基于故障注入的仿真测试系统
技术领域
本发明属于航空机载软件测试领域，尤其涉及一种基于故障注入的仿真测试系统。
背景技术
由于机载嵌入式软件及系统本身的复杂性及较高的可靠性的要求，机载嵌入式软件的动态测试要求进行如边界、强度、极限及异常、故障等特殊情景下的测试。目前大多数故障注入测试技术都是将故障注入到目标系统(或称测试系统)中，这种方式首先不能够灵活修改测试过程数据，其次对于一些故障、异常测试需要直接修改仿真模型从而增大工作量和测试周期，再次对于一些极限情况以及特殊故障不能有效模拟，从而对目标系统的容错机制不能够充分评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于故障注入的仿真测试系统，用于解决上述问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于故障注入的仿真测试系统，其特征在于，包括仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块，所述仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块均连接到共享内存且共享内存中的数据共享，通过修改测试模块中的数据实现干预其他模块的工作从而完成仿真测试系统的故障注入。
进一步地，所述仿真模块包括仿真模型解算模块、接口收发模块与通信协议解析模块，仿真模型解算模块调用交联系统数学仿真模型进行数学仿真；接口收发模块对各个硬件接口进行操作，负责对包数据的发送与接收；通信协议解析模块对仿真模型解算模块输出的数据进行组包，或者/且对接口收发模块采集的数据进行解析。
进一步地，所述测试模块中的数据即为故障模型，所述故障模型依据实际系统中故障之间的作用关系，对复杂故障进行抽象，将故障模型描述为由基本模式层、模式关系层和仿测特征层三层表示的故障模型。
本发明的一种基于故障注入的仿真测试系统设计方法能够通过交联系统产生正常任务内的测试激励，还能够干预仿真模型运行，产生各种强度、极限情况或者是高级别关联故障下的测试激励，可以灵活地更改测试过程中产生的数据，为用户提供更加有效的测试手段，避免了在进行故障、异常测试时直接修改仿真模型的弊端，将系统的故障域与正常域分开，保证了测试过程中交联系统状态一致性，有助于研究故障对目标系统的真实影响及相关失效行为和对目标系统的容错机制进行有效性评估等。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的基于故障注入的仿真测试系统原理图。
图2为本发明的基于故障注入的仿真测试系统组成示意图。
图3为本发明一实施例的某型民用飞机中央告警系统交联示意图。
图4为本发明一实施例的基于故障注入的中央告警系统仿真测试系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的基于故障注入的仿真测试系统设计方法以共享内存为数据中心，主要由仿真模型解算模块、接口收发模块、通信协议解析模块、测试实时显示模块、实时数据收集与分析模块和测试模块构成，各模块通过共享内存实现数据交互。用户可通过测试模块动态地修改共享内存数据干预各仿真模块的运行，实现对仿真测试过程的干预，从而可产生各种强度、极限情况或者是高级别关联故障下的测试激励。
如图1所示是基于故障注入的仿真测试原理图，其中Oe为系统按照测试规格要求期望的输出，Ot为系统实际的输出。嵌入式软件仿真测试中真实交联环境由交联系统中的仿真模型E1与通信模型E2替代，故障注入模块(或称测试模块)通过在仿真测试环境中动态干预仿真模型E1、E2，完成仿真测试，其中F表示故障注入模块产生的故障激励信号。
如图2所示是基于故障注入的仿真测试系统设计方法示意图。第一步为组建与目标机交联环境的全数字仿真模块，其由仿真模型解算模块、接口收发模块与通信协议解析模块共同完成，合称仿真模块。仿真模型解算模块调用交联系统数学仿真模型进行数学仿真，这些模型只与交联系统功能或原理相关，与具体硬件特性无关，为系统的内特性模型；接口收发模块对各个硬件接口进行操作，负责对包数据的发送与接收；通信协议解析模块依据接口控制文档(ICD)信息对仿真模型解算模块输出的数据进行组包，或者对接口收发模块采集的数据进行解析。第二步为组建测试模块及故障模型，测试模块基于故障注入的仿真测试原理构建，根据测试任务列表中当前测试任务信息，通过动态地修改共享内存数据干预各仿真模块的运行，实现对仿真测试过程的干预，从而可产生各种强度、极限情况或者是高级别关联故障下的测试激励。故障模型依据实际机载嵌入式系统中故障模型之间的作用关系，对复杂故障进行抽象，将故障模型描述为由基本模式层、模式关系层和仿测特征层三层表示的故障模型。在测试模块中可以通过测试脚本编辑环境编写测试脚本(故障模型)，可以直接调用保存于故障模型库中的已有故障模型，也可以自定义故障模型，测试脚本编辑环境提供了一套接口，可以对故障模型库中的故障模型进行特定关系组合，并设定一次测试的特征属性，从而完成故障模型的建立。第三步为组建实时数据收集与分析模块及测试实时显示模块，实时数据收集与分析模块实时地进行动态数据转存，并实时判断测试结果，监测平台工作状态，测试实时显示模块实时显示测试过程与结果，为用户提供一组直观的测试显示界面。
下面以一具体实施例对本发明作进一步说明，某型民用飞机中央告警系统与机电系统、航电系统、飞控系统、动力装置及辅助系统的交联如图3所示，该告警系统可获取交联系统的故障或者异常，从而在显示控制系统进行告警显示。涵盖的告警包括起飞、着陆构型告警、空速告警、高度告警、风切变告警、增强型近地告警(EGPWS)、交通告警与防撞(TCAS)、系统故障告警(包括结冰、着火和烟雾、舱压异常)、系统状态提示等。进行测试时，由于飞控系统、机电系统、航电系统、动力装置及燃油系统的某些状态故障无法设定，因此大量的告警无法完成测试。
而采用了本发明的基于故障注入的仿真测试系统设计如图4所示。首先，建立与中央告警系统交联的全数字仿真模块，飞控系统仿真模块涵盖了自动飞行系统、主飞控系统、高升力系统功能。机电系统仿真模块涵盖了机电管理系统、液压系统、燃油系统、及起落架系统、电源系统、舱门系统、照明系统、防火系统及环控系统功能。航电系统仿真模块涵盖了显控系统、大气系统、卫星/导航系统、通信系统、无线电导航系统、飞管系统功能。动力装置及辅助系统仿真模块涵盖了发动机系统、APU系统功能。接着建立故障模型、测试模块、实时数据收集与分析模块及测试实时显示模块，整个全数字仿真测试系统通过API与中央告警系统交联，用户可以通过测试脚本编辑环境编写测试脚本将其注入到故障模型中，系统运行时能根据故障模型中用户的设定动态地修改共享内存数据，从而干预各仿真模块的运行后产生各种异常或者是高级别关联故障下的测试激励，能够使中央告警系统产生各个级别的告警信息，最终完成测试。如大气系统、卫星/导航系统和主飞控系统存在交联关系，大气系统和卫星系统存在的一些异常告警会影响到主飞控系统，并产生高级别的告警信息(如系统故障告警等)。
本发明的基于故障注入的仿真测试系统设计方法可有效的进行飞机特殊情景下的故障测试，而且过程灵活、可靠，测试过程周期短、工作量低，对飞机的目标系统可进行充分评估。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于故障注入的仿真测试系统，其特征在于，包括仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块，所述仿真模块、测试模块、数据收集与分析模块和测试实时监视模块均连接到共享内存且共享内存中的数据共享，通过修改测试模块中的数据实现干预其他模块的工作从而完成仿真测试系统的故障注入。
2.根据权利要求1所述的基于故障注入的仿真测试系统，其特征在于，所述仿真模块包括仿真模型解算模块、接口收发模块与通信协议解析模块，仿真模型解算模块调用交联系统数学仿真模型进行数学仿真；接口收发模块对各个硬件接口进行操作，负责对包数据的发送与接收；通信协议解析模块对仿真模型解算模块输出的数据进行组包，或者/且对接口收发模块采集的数据进行解析。
3.根据权利要求2所述的基于故障注入的仿真测试系统，其特征在于，所述测试模块中的数据即为故障模型，所述故障模型依据实际系统中故障之间的作用关系，对复杂故障进行抽象，将故障模型描述为由基本模式层、模式关系层和仿测特征层三层表示的故障模型。
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