CN110147267B - 仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，其特征在于，包括：用户交互模块；仿真程序运行模块；视频录制模块；视频对比模块；视频合成模块。本发明的系统使用方便，用户每次只需输入对应的参数，以及两次参数修改前后的程序，即可获得差异视频。使得使用者较为直观的观察到两个不同数值对当前程序输出的影响，而无需观察整个输出过程，也无需重复对比观察两个仿真结果以找到差异部分，对开展教学培训具有辅助意义，也可用于实际开发过程效果评估。

Description

仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统

技术领域

本发明涉及嵌入式系统学习技术领域，特别是涉及一种嵌入式软件仿真结果对比系统。

背景技术

仿真软件由于其使用便捷、高效受到越来越多的学生、老师和科研人员的青睐。编程人员经常通过仿真软件对嵌入式系统进行仿真来学习嵌入式系统。而编程人员在对嵌入式系统进行编程过程中，经常需探究某个具体的参数对于输出过程的影响，往往会对探究的参数的值进行修改，再观察软件仿真的结果，试图找到仿真软件仿真结果前后的差异，推断出该参数在程序中起到的作用，进而理解程序，帮助编程及维护。但是由于某些局部参数只会影响输出的某一部分，并且穿插在整个输出过程中，使得编程人员不易找到输出差异的部分，导致编程人员会进行多次仿真观察输出结果，找出两者输出差异，导致花费大量的时间，极大地影响了学习、开发的效率。

发明内容

本发明的目的是：使得使用者可以较为直观的了解到程序参数对嵌入式系统输出的影响。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，其特征在于，包括：

用户交互模块，用户通过用户交互模块输入程序文件和参数，其中，程序文件为指定的两个需要仿真运行的可执行程序，两个可执行程序为同一参数设置了不同参数值的同一程序编译产生，参数至少包括需要加载的仿真软件的识别码、仿真录制时长及仿真过程中的交互动作；

仿真程序运行模块，根据参数中的识别码选择相应的仿真软件加载通过程序文件输入的两个运行程序，完成对两个运行程序的前、后两次仿真，在仿真过程中，仿真程序运行模块依据设置的交互动作，通过虚拟鼠标及键盘完成交互；

视频录制模块，依据仿真录制时长，在仿真程序运行模块进行仿真的过程中进行视频录制，从而得到与前、后两次仿真相对应的两段视频；

视频对比模块，通过对比视频录制模块录制得到的两段视频，找到两段视频的差异部分；

视频合成模块，将视频对比模块获得的差异部分合成为一个对比视频，或者视频合成模块将两段视频合成为一个对比视频，合成时两段视频中除差异部分外的其他部分采用较低的采样频率进行采样，差异部分采用正常的采样频率进行采样，使得合成后的对比视频中除差异部分外的其他部分可倍数播放，差异部分可以正常速度播放。

优选地，所述视频对比模块通过视频比对法得到两段视频的差异部分，将两段视频分别定义为视频一及视频二，且设视频一及视频二共有N帧图像，则视频比对法包括以下步骤：

步骤1、设n＝1，进入步骤2；

步骤2、获取视频一及视频二的第n帧图像，将两幅第n帧图像进行对比，若差异保持在预先设定的误差阈值范围内，则设置m＝0，进入步骤3，若差异超出预先设定的误差阈值范围，则进入步骤4；

步骤3、n＝n+1，返回步骤2；

步骤4、将视频一及视频二的第n帧作为一对相异帧，进入步骤5；

步骤5、m＝m+1，若m≥M，M为预先设置的阈值，则进入步骤6，否则，返回步骤3；

步骤6、记录获得的M对相异帧中第一对相异帧的位置，进入步骤7；

步骤7、设n＝N，k＝N-1，进入步骤8；

步骤8、将获取视频一的第n帧图像及第k帧图像，将两幅图像进行对比，若差异保持在预先设定的误差阈值范围内，则设置j＝0，进入步骤9，若差异超出预先设定的误差阈值范围，则进入步骤10；

步骤9、k＝k-1，返回步骤8；

步骤10、将第k帧定义为一个相异帧，进入步骤11；

步骤11、j＝j+1，若j≥J，J为预先设置的阈值，则进入步骤12，否则，返回步骤9；

步骤12、记录获得的J个相异帧中第一个相异帧的位置，进入步骤13；

步骤13、采用与步骤7至步骤12相同的方法，获得视频二的第一个相异帧的位置，进入步骤14；

步骤14、将视频一的第一个相异帧的上一帧图像与视频二的第一个相异帧的上一帧图像进行对比，如果差异保持在预先设定的误差阈值范围内时，继而对再上一帧图像进行对比，直到找到第一次出现连续的L对相异帧，记录L对相异帧中的第一对相异帧的位置，进入步骤15；

步骤15、视频一与视频二中位于步骤6获得的第一对相异帧与步骤14获得的第一对相异帧之间的视频帧为视频一与视频二的差异部分。

优选地，所述视频合成模块采用并行方式将差异部分或者两段视频合成为一个对比视频。

优选地，用户通过所述用户交互模块设置的所述参数还包括感兴趣区域，所述视频合成模块在差异部分上截取出感兴趣区域后再将差异部分合成为一个对比视频。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：系统使用方便，用户每次只需输入对应的参数，以及两次参数修改前后的程序，即可获得差异视频。使得使用者较为直观的观察到两个不同数值对当前程序输出的影响，而无需观察整个输出过程，也无需重复对比观察两个仿真过程以找到差异部分，对开展教学培训具有辅助意义，也可用于实际开发过程效果评估。

附图说明

图1为本发明的差异视频获取的流程图；

图2为系统仿真录制功能的界面图；

图3为系统仿真录制功能添加交互的界面图；

图4为系统视频对比合成功能的界面图；

图5示意两个视频的对比方法；

图6为以Proteus为仿真软件的实施例的硬件原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，包括用户交互模块、仿真程序运行模块、视频录制模块、视频对比模块及视频合成模块。

用户通过用户交互模块输入程序文件和参数，其中，程序文件为指定的两个需要仿真运行的可执行程序，两个可执行程序为同一参数设置了不同参数值的同一程序编译产生。参数包括需要加载的仿真软件的识别码、仿真录制时长、仿真过程中的交互动作、感兴趣区域、合成方式。

仿真程序运行模块，根据参数中的识别码选择相应的仿真软件加载通过程序文件输入的两个运行程序，完成对两个运行程序的前、后仿真，在仿真过程中，仿真程序运行模块依据设置的交互动作，通过虚拟鼠标及键盘完成交互。

视频录制模块，依据仿真录制时长，在仿真程序运行模块进行仿真的过程中进行视频录制，从而得到与前、后两次仿真对应的两段视频。

视频对比模块，通过对比视频录制模块录制得到的两段视频，找到两段视频的差异部分。

视频合成模块，将视频对比模块采用并行方式将获得的差异部分合成为一个对比视频，或者视频合成模块采用并行方式将两段视频合成为一个对比视频，合成时两段视频中除差异部分外的其他部分采用较低的采样频率进行采样，差异部分采用正常的采样频率进行采样，使得合成后的对比视频中除差异部分外的其他部分可倍数播放，差异部分可以正常速度播放，具体的合成方式由用户通过参数设定。另一种优选的方式是：视频合成模块在差异部分上截取出感兴趣区域，再合成对比视频。

作为优选，Proteus软件作为本实施采用的仿真软件，其对比步骤如下：

步骤1：在仿真软件中针对需要目标程序及其原理图建立好相应的仿真模型。将模型置于区域正中间。

步骤2：估算嵌入式系统运行程序所需的时间，确定一个仿真和视频录制时长。此视频录制时长应大于嵌入式系统的程序运行时长。这里的程序运行时长指的是从程序开始执行到最后程序处于输出状态不再改变的死循环的起始的整个过程。需要注意的是部分程序的最后死循环中输出状态会发生改变，导致程序无法以固定状态停止，以至于无法估算运行时长。这里可以采用将死循环更改为一定的循环次数，循环结束后，再进入一个不改变输出状态的自跳转中的方式，以获得视频录制时长。

步骤3：如图2，在对比系统中设定需要仿真的仿真模型文件、仿真的时长、两个.hex程序文件和设定需要交互的操作如图3(包括程操作类型、操作时间、持续时间、操作位置)。点击“开始”按键。对比系统将根据输入的参数，自动控制仿真软件通过虚拟鼠标、按键的操作，加载仿真模型并为模型中嵌入式芯片指定第一个.hex程序文件，启动视频录制和仿真软件仿真，开始仿真和开始计时，期间通过虚拟鼠标、按键的操作完成交互操作，等待计时到达指定时间停止视频录制和仿真，完成所要求第一个.hex程序文件仿真视频的录制。系统重新导入第二个.hex程序文件替换第一个.hex程序文件(其他参数保持不变)。对比系统再次启动视频录制和仿真软件仿真，重新开始仿真和开始计时，期间通过虚拟鼠标、按键的操作完成交互操作，等待计时到达指定时间停止视频录制和仿真，完成所要求第二个.hex程序文件仿真视频的录制。

步骤4：打开视频对比合成界面，如图4，导入之前录制的两个视频，在视频图像的区域选择感兴趣区域ROI，并选择合成的方式。本系统将通过所述的对比方法和选择的合成模式，自动完成对视频的对比合成。

具体的视频对比方法为：如图5所示，截取视频一般包含五个部分，包括未仿真的部分1，差异前相同部分2，差异部分3，差异后相同部分4，仿真结束部分5。两个视频中未仿真的部分1，差异前相同部分2，差异后相同部分4均相同，而仿真结束部分5本身保持不变。因此我们第一步获取第一和第二个视频的第一帧图像，将两帧图像进行对比，如果差异保持在一定误差范围内时，继而对第二对图像进行对比，依次进行对比直到找到第一次出来连续三对相异的帧，记录第一对相异帧11和21的位置。然后再将第一个视频的倒数第一帧与其倒数第二帧进行对比，如果差异保持在一定误差范围内时，则将第一个视频的倒数第一帧与其倒数第三帧进行对比，依次对比，直到找到连续的三个相异帧，则将其第一个相异帧记为12。以相同方式处理第二个视频，找到相异帧22。以第一个视频的帧12的上一帧图像与第二个视频的帧22的上一帧图像进行对比，如果差异保持在一定误差范围内时，继而再对上一对帧图像进行对比，直到找到第一个连续的三对相异的帧，则将其第一对相异帧记为13和23。最终第一个视频的差异部分2为帧11至13，第二个视频的差异部分2为帧21至帧23。

所述的合成方式为截取两个视频差异的部分，以并行显示的方式合成为一个差异视频。另一种合成方式为，以并行显示的方式合成为一个差异视频，对于其中相似部分降低采样频率进行采样，差异部分以正常采样频率进行采样。以达到播放合成视频的时候，相似部分可以倍数播放，差异的部分正常速度播放的效果。两种合成方式最后都会在差异视频上标注对应的时刻以供观察。

实施例

以Proteus为仿真软件，MCS-51为芯片的系统作为嵌入式系统，MCS-51单片机P1口驱动LED的实验为例进行说明。其中MCS-51单片机汇编程序如下：

程序一：

我们此实验欲探究参数A在程序中的作用。因此程序二在程序一的基础上修改第6行的MOV A,#0F0H为MOV A,#0F9H。

用户根据程序，以及嵌入式的原理图，在Proteus中完成如图5的模型的搭建。并将其放置在中心区域。在Keil等软件中，将两段代码分别生成对应的.hex程序文件。

估计程序运行时长，在本例中程序大约执行时长为6秒，因此我们设置仿真时长为7秒以保证获取到整个仿真过程。输入建立好的嵌入式系统的仿真模型，导入两个.hex文件。由于本例中没有人机交互的过程，因此，此处无需要设置交互操作。点击“开始”按键，等待两次仿真结束。即可得到两个仿真的视频。

选择视频对比合成模块，将之前录制的两个视频文件导入，选择视频中的感兴趣区域，以及选择以第一种合成方式(或者第二种方式)合成最终的差异视频。我们可以在最后的差异视频中明显的看出第一个视频的大约时刻为2-4秒中P1.0-P1.3引脚连接LED灯全亮，而第二个视频的大约时刻为2-4秒中P1.1和P1.2引脚连接LED灯亮。即在仿真开始之后的2-4秒，输出状态发生了变化。再结合我们更改的代码是将第6行的MOV A,#0F0H为MOVA,#0F9H。以此我们可以推断参数A为控制P1口输出状态的参数。

Claims (3)

1.一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，其特征在于，包括：

用户交互模块，用户通过用户交互模块输入程序文件和参数，其中，程序文件为指定的两个需要仿真运行的可执行程序，两个可执行程序为同一参数设置了不同参数值的同一程序编译产生，参数至少包括需要加载的仿真软件的识别码、仿真录制时长及仿真过程中的交互动作；

仿真程序运行模块，根据参数中的识别码选择相应的仿真软件加载通过程序文件输入的两个运行程序，完成对两个运行程序的前、后及仿真，在仿真过程中，仿真程序运行模块依据设置的交互动作，通过虚拟鼠标及键盘完成交互；

视频录制模块，依据仿真录制时长，在仿真程序运行模块进行仿真的过程中进行视频录制，从而得到与前、后两次仿真相对应的两段视频；

视频对比模块，通过对比视频录制模块录制得到的两段视频，找到两段视频的差异部分，将两段视频分别定义为视频一及视频二，且设视频一及视频二各有N帧图像，则视频比对法包括以下步骤：

步骤1、设n=1，进入步骤2；

步骤2、获取视频一及视频二的第n帧图像，将两幅第n帧图像进行对比，若差异保持在预先设定的误差阈值范围内，则设置m=0，进入步骤3，若差异超出预先设定的误差阈值范围，则进入步骤4；

步骤3、n=n+1，返回步骤2；

步骤4、将视频一及视频二的第n帧作为一对相异帧，进入步骤5；

步骤5、m=m+1，若m≥M，M为预先设置的阈值，则进入步骤6，否则，返回步骤3；

步骤6、记录获得的M对相异帧中第一对相异帧的位置，进入步骤7；

步骤7、设n=N，k=N-1，进入步骤8；

步骤8、获取视频一的第n帧图像及第k帧图像，将两幅图像进行对比，若差异保持在预先设定的误差阈值范围内，则设置j=0，进入步骤9，若差异超出预先设定的误差阈值范围，则进入步骤10；

步骤9、k=k-1，返回步骤8；

步骤10、将第k帧定义为一个相异帧，进入步骤11；

步骤11、j=j+1，若j≥J，J为预先设置的阈值，则进入步骤12，否则，返回步骤9；

步骤12、记录获得的J个相异帧中第一个相异帧的位置，进入步骤13；

步骤13、采用与步骤7至步骤12相同的方法，获得视频二的第一个相异帧的位置，进入步骤14；

步骤14、将视频一的第一个相异帧的上一帧图像与视频二的第一个相异帧的上一帧图像进行对比，如果差异保持在预先设定的误差阈值范围内时，继而对再上一帧图像进行对比，直到找到第一次出现连续的L对相异帧，记录L对相异帧中的第一对相异帧的位置，进入步骤15；

步骤15、视频一与视频二中位于步骤6获得的第一对相异帧与步骤14获得的第一对相异帧之间的视频帧为视频一与视频二的差异部分；

视频合成模块，视频合成模块将两段视频合成为一个对比视频，合成时两段视频中除差异部分外的其他部分采用较低的采样频率进行采样，差异部分采用正常的采样频率进行采样，使得合成后的对比视频中除差异部分外的其他部分可倍速播放，差异部分可以正常速度播放。

2.如权利要求1所述的一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，其特征在于，所述视频合成模块采用并行方式将差异部分或者两段视频合成为一个对比视频。

3.如权利要求1所述的一种仿真软件中嵌入式系统不同参数运行效果对比系统，其特征在于，用户通过所述用户交互模块设置的所述参数还包括感兴趣区域，所述视频合成模块在差异部分上截取出感兴趣区域，再合成对比视频。