CN107229584A - 航空电子仿真测试平台i/o管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种航空电子仿真测试平台I/O管理系统,旨在提供一种能够统一输入/输出I/O数据存储、监视、记录,并能集中管理多种航空电子仿真测试系统。本发明通过下述技术方案予以实现:航空电子仿真测试程序软件将I/O资源按照功能分为航空I/O总线、离散量信号I/O和模拟量信号I/O接口,将各种类型的输入/输出I/O接口通道,并通过I/O资源映射关系表和I/O映射组件将I/O接口通道引入XML配置文件与接口控制文件变量形成自定义快速转换,将I/O接口通道数据转换为管理子系统应用层协议数据ICD变量;实时访问I/O变量数据和ICD变量的更新过程,将I/O映射组件和I/O虚拟化组件从实时数据库采样的数据发送给关系数据库存储。
Description
技术领域
本发明涉及一种主要应用于航空电子系统仿真测试系统中使用的输入/输出I/O管理子系统。
背景技术
综合航空电子信息系统的研制需要仿真,仿真是航空电子系统开发的一项重要试验技术,航空电子系统的研制广泛采用以动态模拟综合为手段的仿真技术。它是以计算机硬件、网络以及相应的软件为基础,以现代控制论与相似原理为方法,借助系统模型对设想的和真实的系统进行解析或半实物混合仿真试验研究的一门综合性新兴技术,不仅可以开展航空电子信息系统各种方案研究仿真验证、而且可以作为对航空电子信息系统设计结果进行测试评估的平台,通过仿真试验可大大缩短其研制周期和试飞时间,降低研制成本。航空电子仿真系统是以仿真计算机为核心构成的集中分布式系统,建立在多用户实时多任务操作系统平台上,以仿真软件为核心,能够为航空电子系统提供一个设计、开发与综合的环境,包括物理环境仿真、传感器仿真、飞机飞行品质仿真等,并具有任务计划、统计分析、软件开发和系统综合等功能。通过仿真,系统可以完成航空电子系统研制各阶段所要求的各种任务,并能降低投资风险,缩短研制周期。航空电子设备开发、综合控制系统试验平台的半物理仿真试验仿真回路构建是围绕激励-响应模型建立的。整个半物理仿真将要求传感器有动态特性的同时,在还要提高采集系统采集、处理和传输速度。
航空电子仿真系统是由一系列软件工具和硬件设备组成的一体化实时仿真和测试平台。这种实时仿真系统可以全面模拟各种在实际工作过程中不容易出现的故障和极限工况。虽然采用该技术不能够完全替代台架试验,但却可以大大减少和缩短台架试验的次数和时间。目前航空电子系统的仿真和模拟有两种,一种是以验证航空电子系统在不同方式运行状态下,模拟真实航电系统的仿真原型;二种是以模拟航电系统所处的真实环境,在该环境下测试航电系统行为和方式的环境模型。无论是仿真原型与环境模型,都需要根据航电系统使用的 I/O类型,接收发送数据,因而需要一种负责管理输入输出设备的系统,统一布局I/O和综合信息管理,完成设备管理功能的输入输出I/O控制管理系统,解决包括外设编址,数据通路的建立,多种类型I/O的驱动开发、型号适配、数据管理、数据监视、数据回放等功能,使航空电子系统仿真集中在原型算法的开发,减少外围的I/O系统对仿真系统的影响。
发明内容
本发明的任务是提供一种能够统一输入/输出I/O数据存储、监视、记录,并能集中管理多种航空电子仿真测试系统,使用I/O资源,实现通用输入/输出I/O类型适配的航空电子仿真测试平台I/O管理系统方案,为此,本发明提供如下的技术方案:
一种航空电子仿真测试平台I/O管理系统,包括:设置在输入/输出I/O接口通道上,用于实现I/O数据与航空电子接口控制文档ICD变量的I/O映射组件、I/O配置文件,实现I/O远程调用的I/O虚拟化组件和ICD变量存储组件,其特征在于,I/O管理子系统通过I/O接口通道、I/O映射和ICD变量三个基本元素构成可配置编辑的I/O子系统;航空电子仿真测试程序软件或专用测量仪器总线分层软件将航空电子仿真测试系统使用的I/O资源按照功能分为航空I/O总线、离散量信号I/O和模拟量信号I/O接口,将各种类型的航空电子I/O接口资源抽象为不同类型的输入/输出I/O接口通道,并通过I/O资源映射关系表和I/O映射组件将I/O接口通道引入XML配置文件与接口控制文件变量形成自定义快速转换,将I/O接口通道数据转换为I/O管理子系统应用层协议数据ICD变量;ICD变量存储组件实时访问I/O 变量数据和ICD变量的更新过程,将I/O映射组件和I/O虚拟化组件从实时数据库采样的数据发送给关系数据库存储,将关系数据库的索引为时间戳标签。
本发明具有如下有益效果:
本发明将航空电子仿真测试系统或专用测量仪器总线分层软件开发方案,使用的I/O资源按照功能分为航空总线、离散信号、模拟信号、将各种I/O资源抽象为不同类型的通道,ICD 变量存储组件的ICD变量的更新过程,通过ICD变量实时采样数据发送给关系数据库存储,将数据库的索引为时间戳标签,满足了I/O变量数据的实时性访问能力。
本发明以I/O虚拟化技术实现I/O虚拟组件,用虚拟I/O资源替换真实I/O硬件的方案,既可以实现没有硬件环境也可以快速开发,又可以实现I/O资源远程化;I/O映射组件将I/O接口通道引入XML配置文件的形式与接口控制文件变量形成自定义快速的转换方式,大幅提高了开发的速度。使用I/O管理子系统通过I/O接口通道、I/O映射和ICD变量三个基本元素,构成了一种可配置编辑的I/O子系统,解决了航空电子仿真测试系统需要管理大量I/O资源的繁琐细节。
本发明将I/O数据通过配置文件形式,映射为具体项目的接口控制文档变量,用于处理多源、高频、时序的I/O数据,能有效的适用多种类型I/O、管理实时和历史数据,特别适用于航空电子传感器系统动态仿真、集成验证与测试环境。
附图说明
图1是本发明航空电子仿真测试平台IO管理系统的架构示意图。
图2是本发明航空电子仿真测试平台IO资源系统架的构示意图。
图3是I/O管理系统I/O驱动流示意图。
图4是I/O管理系统虚拟I/O数据流示意图。
图5是虚拟化组件的I/O通道数据流示意图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中,一种航空电子仿真测试平台I/O管理系统,包括:设置在输入/输出I/O接口通道上,用于实现I/O数据与航空电子接口控制文档ICD变量的 I/O映射组件、I/O配置文件,用于在没有I/O硬件环境的条件下开发I/O配置文件,同时可以实现I/O远程调用的I/O虚拟化组件和ICD变量存储组件。以及I/O管理子系统。通过 I/O接口通道、I/O映射和ICD变量三个基本元素构成一种航空电子仿真测试平台可配置编辑的I/O管理子系统。航空电子仿真测试程序软件或专用测量仪器总线分层软件将航空电子仿真测试系统使用的I/O资源按照功能分为航空I/O总线、离散量信号I/O和模拟量信号I/O接口,将各种类型的航空电子I/O接口资源抽象为不同类型的输入/输出I/O接口通道,并通过I/O资源映射关系表和I/O映射组件将I/O接口通道引入XML配置文件与接口控制文件变量形成自定义快速转换,将I/O接口通道数据转换为管理子系统应用层协议数据ICD变量;ICD变量存储组件实时访问I/O变量数据和ICD变量的更新过程,将I/O映射组件和I/O虚拟化组件从实时数据库采样的数据发送给关系数据库存储,将关系数据库的索引为时间戳标签。
航空电子仿真测试软件基于管理子系统架构组件积木式方案,组成给定接口组件的积木层,每层仅完成该层的功能,并只与相邻层通信。且由给定接口的组件组成的每一层,在I/O接口不变的前提下可实现接口组件的替换。
航空电子仿真测试软件使用句柄编号来表示各种I/O接口通道子系统,将每种I/O通道的属性由XML描述,按照功能将I/O资源划分为总线资源、离散信号资源、模拟信号资源和通用或专用测量仪器资源,根据航空电子系统使用I/O类型分类,分为总线I/O、模拟量I/O和离散量I/O。为了实现多种类型I/O的互操作性。航空电子仿真测试软件将每种I/O 都设计为具有相通的I/O驱动接口,时间戳,FIFO数据传输队列等的I/O抽象设计元素。
航空电子仿真测试软件根据I/O驱动应用程序接口API,初始化I/O接口通道,使用通道属性XML调用I/O驱动,完成数据的收发。
I/O映射组件忽略不同的I/O类型、不同供应商的相同的I/O类型,用I/O资源映射关系表配置I/O接口通道与ICD变量的映射关系,直接访问航空电子仿真测试软件程序定义的ICD变量。I/O资源映射关系采用XML描述,使用XML属性描述不同的I/O通道专有属性。 I/O映射组件还可以定制专用型号的适配器,完成总线消息的组包和解包功能
各类型I/O资源映射关系表如下:
ICD变量是通过命名标识索引的一种数据类型,包含了最小值、最大值、数据类型、单位、更新方式、刷新周期等应用层协议数据ICD的附加属性。ICD变量既可以是数字、字符串标量数据,也可以是用来存储总线消息数据的二进制数据。应用层协议数据ICD变量存储包含属性信息和数据内容两部分,属性信息采用XML文件描述,数据内容采用实时数据库存储。
参阅图2。为保证ICD变量的读取实时性能,ICD变量存储组件将ICD变量存储在实时数据库中。实时数据库采用采样机制,通过哈希HASH算法计算成标识了内存地址的索引Key,用Key/Value存储技术存储I/O管理系统中时间戳最新的ICD变量,将变量内容 Value存储在预分配内存中,以支持Value长度的动态分配、增加、删除操作。为保证ICD 变量的读写时间在确定时间内完成,哈希HASH算法的时间负责度为O(1)。实时数据库将包含变量内容、时间戳和数据的I/O资源映射关系内容,按照时间戳顺序存储I/O变量,将 ICD变量存储于关系数据库,当有新的I/O变量更新,首先根据ICD变量索引变量地址,将读取的ICD变量内容提交给关系数据库存储,把更新的I/O变量写入实时数据库中。
参阅图3。在I/O驱动流程中,I/O数据流包含从上到下顺次排放的ICD变量、I/O映射、I/O驱动开发包、I/O驱动、操作系统驱动和I/O硬件,其中,I/O驱动以下的部分是由 I/O厂商提供的。I/O驱动开发包,封装了I/O驱动的API接口。I/O通道封装驱动接口标识,具有先入先出队列FIFO的收发数据同步时间戳。I/O映射组件针对I/O的协议建立适应的 XML配置文件模板,并进行协议适配工作,完成I/O数据到ICD变量的转化。
参阅图4。为使I/O映射组件的开发工作不依赖于I/O硬件,I/O虚拟化组件使用虚拟I/O数据驱动技术,按ICD变量、I/O映射、I/O驱动开发包和I/O驱动代替真实的I/O驱动,在软件上保持与真实I/O驱动相同的API接口。
参阅图5。虚拟I/O通道数据流通过以太网,按ICD变量、I/O映射、I/O驱动开发包、虚拟I/O驱动和虚拟I/O通道替换真实的I/O硬件通道。在引入虚拟I/O驱动的条件下,虚拟化组件引入虚拟I/O通道,将ICD变量经由虚拟I/O通道,通过以太网转发给真实的I/O 硬件代理,实现I/O的远程调用。
Claims (10)
1.一种航空电子仿真测试平台I/O管理系统,包括:设置在输入/输出I/O接口通道上,用于实现I/O数据与航空电子接口控制文档ICD变量的I/O映射组件、I/O配置文件,实现I/O远程调用的I/O虚拟化组件和ICD变量存储组件,以及I/O管理子系统,其特征在于,I/O管理子系统通过I/O接口通道、I/O映射和ICD变量三个基本元素构成可配置编辑的I/O子系统;航空电子仿真测试程序软件或专用测量仪器总线分层软件将航空电子仿真测试系统使用的I/O资源按照功能分为航空I/O总线、离散量信号I/O和模拟量信号I/O接口,将各种类型的航空电子I/O接口资源抽象为不同类型的输入/输出I/O接口通道,并通过I/O资源映射关系表和I/O映射组件将I/O接口通道引入XML配置文件与接口控制文件变量形成自定义快速转换,将I/O接口通道数据转换为I/O管理子系统应用层协议数据ICD变量;ICD变量存储组件实时访问I/O变量数据和ICD变量的更新过程,将I/O映射组件和I/O虚拟化组件从实时数据库采样的数据发送给关系数据库存储,将关系数据库的索引为时间戳标签。
2.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:航空电子仿真测试软件基于I/O管理子系统架构组件积木式方案,组成给定接口组件的积木层,每层仅完成该层的功能,并只与相邻层通信,且由给定接口的组件组成的每一层,在I/O接口不变的前提下实现接口组件的替换。
3.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:航空电子仿真测试软件使用句柄编号来表示各种I/O接口通道子系统,将每种I/O通道的属性由XML描述,按照功能将I/O资源划分为总线资源、离散信号资源、模拟信号资源和通用或专用测量仪器资源,根据航空电子系统使用I/O类型分类,分为总线I/O、模拟量I/O和离散量I/O。
4.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:航空电子仿真测试软件将每种I/O都设计为具有相通的I/O驱动接口,时间戳,FIFO数据传输队列的I/O抽象设计元素。
5.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:航空电子仿真测试软件根据I/O驱动应用程序接口API,初始化I/O接口通道,使用通道属性XML调用I/O驱动,完成数据的收发。
6.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:I/O映射组件用I/O资源映射关系表配置I/O接口通道与ICD变量的映射关系,直接访问航空电子仿真测试软件程序定义的ICD变量。
7.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:I/O映射组件定制专用型号的适配器,完成总线消息的组包和解包。
8.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:ICD变量是通过命名标识索引的一种数据类型,包含了最小值、最大值、数据类型、单位、更新方式和刷新周期应用层协议数据ICD的附加属性。
9.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:实时数据库采用采样机制,通过哈希HASH算法计算成标识了内存地址的索引Key,用Key/Value存储技术存储I/O子管理系统中时间戳最新的ICD变量,将变量内容Value存储在预分配内存中。
10.如权利要求1所述的航空电子仿真测试平台I/O管理系统,其特征在于:实时数据库将包含变量内容、时间戳和数据的I/O资源映射关系内容,按照时间戳顺序存储I/O变量,将ICD变量存储于关系数据库,当有新的I/O变量更新,首先根据ICD变量索引变量地址,将读取的ICD变量内容提交给关系数据库存储,把更新的I/O变量写入实时数据库中。
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