CN111881055A - 军用软件评测规范的Simulink模型设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其中,包括:分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项;收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库;将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证;将得到的Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型准则、需谨慎使用的Simulink模块集合、由用户行为决定的模型设计准则、基于Simulink自带的模块库的模型设计准则进行提炼和加工,形成Simulink模型设计准则。
Description
技术领域
本发明涉及软件评测技术,特别涉及军用软件评测规范的Simulink模型设计方法。
背景技术
近年来越来越多的装备软件采用模型驱动的研制模式进行开发,相关评测机构也陆续收到多个模型驱动开发的被测软件,然而在静态测试阶段,评测机构依然采用针对代码的静态规则检查方法和工具对模型生成代码进行测试,但模型生成代码的可读性较差,且在模型驱动开发的研制模式中,模型是设计和实现的核心,即使代码发现了问题,也不能修改代码,这就导致传统的军用软件测试方法不适用于基于模型开发软件的测试,基于模型开发的装备软件质量难以得到保障。
现有的军用软件测试方法主要是基于代码的测试方法,面对基于模型开发的被测软件,第三方评测中心如果仍然采用传统的代码检测方法进行测评,会给测试方和研制方都带来较大困扰。尤其对测试验证环节的影响较大,在第三方评测中会发现大量模型生成代码不满足静态规则检查的问题。
■从研制方的角度来说目前比较棘手的问题包括:
1.代码发现的问题需要追踪到模型上进行修改;
2.不知道如何修改模型才能使生成代码满足静态规则检查的要求;
3.如此的反复修改给设计师带来了很大的工作量。
4.缺乏在武器装备型号软件上应用的信心。
■从测试方的角度而言,若依然采用传统的测试验证手段和工具,存在以下问题:
1.模型生成代码的可读性差,对其进行测试工作量较大;
2.测试发现的代码问题反馈给研制方,但研制方希望反馈模型的问题,测试方无法提供;
3.无论多少次回归测试,依然存在模型生成代码不符合代码规则检查的情况,但测试方和研制方都不清楚问题出在哪里;
4.利用现有的测试验证手段对模型驱动开发软件进行测试存在测试效率低下和测试不充分的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其中,包括:分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项;收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库;将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证;将得到的Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型准则、需谨慎使用的Simulink模块集合、由用户行为决定的模型设计准则、基于Simulink自带的模块库的模型设计准则进行提炼和加工,形成Simulink模型设计准则。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:对由代码生成器决定的准则项,利用模型库中的模型生成代码进行验证;对由用户行为决定的准则项,对其构建正和反例模型进行验证;验证Simulink自带的模块库中每一个模块生成的代码是否满足GJB 8114强制类准则,得到基于Simulink自带的模块库的模型设计准则;从Simulink建模环境自身出发,实验和分析Simulink模型的各项设置对模型及模型生成代码的影响,形成基于Simulink建模环境的模型设计准则。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项包括:从Simulink自带的规则检查工具Model Advisor出发,逐条分析梳理出其中影响C代码标准符合性的模型检查项,作为对所搜集模型进行Model Advisor模型检查的必须检查项,依据Mathworks公司对Model Advisor模型检查项的描述,对于其中可与GJB 8114强制类准则直接对应的检查项以及影响模型生成C代码标准符合性的检查项,标记为“必须检查”;仅仅影响模型生成C代码的运行效率以及优化等级的模型规则检查项,标记为“推荐检查”。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库,包括:收集大量Simulink模型,覆盖多个行业和领域,形成实验验证所需的Simulink模型库;对收集的模型进行成分分析,形成模型成分分析报告,模型成分分析应包含对所收集模型整体的来源分析、领域分析以及对Simulink常用模块的覆盖度分析,针对收集到的单个模型进行分析和处理,包括模型名称、来源、领域、生成代码行数、功能逻辑描述、模型度量以及规则检查结果的分析和处理,使用Matlab自带的Model Metrics进行模型度量与分析,度量指标包括规模度量、结构度量和可读性度量。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:依据代码规则检查项在模型开发过程中的影响因素,对GJB 8114强制类准则进行逐项分析,分析的内容包括代码准则号、代码准则类型、代码规则内容描述、模型生成代码的标准符合性的影响因素以及下一步实验内容。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,该代码准则在模型开发过程中由代码生成器决定是否满足,该代码准则在进行代码规则检查时,分为可通过检查和不能通过检查两种。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:对模型库中的模型进行代码生成,编译成功后利用代码规则检查工具对模型生成的代码进行规则检查,通过形成的GJB 8114强制类准则中由代码生成器决定的准则,检查模型生成代码是否满足这些准则,对检查结果进行分析,分析结果包含:模型生成代码能够直接满足的准则;模型生成代码无法满足的准则;对于特殊模块的使用导致的模型生成代码不满足准则的情况,进行代码至模型的追溯,并形成应谨慎使用的Simulink模块集合。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,针对GJB 8114强制类准则中用户行为决定类准则的实验验证包括:对于由用户行为决定的准则,逐项构建有针对性的正和反例模型进行验证,每种正和反例模型中包含Simulink和Matlab function两种形式,并利用代码生成器生成代码,进行代码规则检查,验证过程中需记录所有正和反例模型生成的代码是否满足代码规则检查,并分析反例生成的代码属的情况,包括:无法生成代码、自动满足准则以及无法满足准则,确认是否需要建立相应的模型设计准则。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,基于Simulink模块库的模型生成代码规则检查实验验证包括:从Simulink模型特点出发,研究Simulink模块库中的每一个模块对代码生成的影响,利用Simulink自带的模块库中的每一个模块进行建模、代码生成和规则检查,验证Simulink建模环境中的每一个模块生成的代码能否满足GJB 8114强制类准则,通过分析所建立的模型和模型生成代码来补充满足模型设计要求的相关准则,进而对Simulink模块的使用进行规范和约束,得到基于Simulink自带模块库的模型设计准则。
根据本发明的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的一实施例,其中,基于Simulink建模环境的模型设计准则实验验证包括:构建实验脚本文件,脚本文件中主要包括实验的两大输入:覆盖所有Simulink模块的众多模型文件和覆盖Simulink核心设置的所有选项,编写驱动程序,自动执行实验脚本文件,覆盖所有的模型和设置组合,使所有输入模型自动生成代码,对代码进行分析,提出建模模块设置和代码生成配置相关的建模准则。
本发明将软件的静态测试验证由代码阶段提前到模型阶段,从静态测试环节的规则检查入手,研究并制定符合军用软件评测规范的Simulink模型设计准则。一方面规范研制方的设计建模过程,另一方面评测机构利用建立的模型设计准则,对研制方提交的模型进行规则检查,使通过规则检查的模型生成的代码满足第三方评测中静态规则检查的要求。
目前,军用软件代码都要求必须满足GJB 8114的强制类准则,因此在满足本专利制定的模型设计准则的情况下,模型生成的代码需满足GJB 8114强制类准则。同时,模型设计准则主要涵盖建模规则、每个规则的描述、安全等级、正例模型和反例模型等内容。通过建模规则对模型的设计和开发工作进行规范,保证模型生成代码满足GJB8114强制类准则,即在遵循模型设计准则的情况下进行设计建模,使模型生成的代码满足第三方评测中静态规则检查的要求,以适应武器装备系统发展的需求,为装备软件质量提供保障。
附图说明
图1所示为本发明军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明军用软件评测规范的Simulink模型设计方法的流程图,如图1所示,本发明军用软件评测规范的Simulink模型设计方法包括:首先分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项;其次,收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库;同时,将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,此为人工分析和假设过程,接下来利用假设检验的方法对这两类准则进行验证:对由代码生成器决定的准则项,利用模型库中的模型生成代码进行验证;对由用户行为决定的准则项,对其构建正、反例模型进行验证;接着,验证Simulink自带的模块库(Simulink Library)中每一个模块生成的代码是否满足GJB 8114强制类准则,得到基于Simulink自带的模块库的模型设计准则;此外,需从Simulink建模环境自身出发,实验和分析Simulink模型的各项设置对模型及模型生成代码的影响,形成基于Simulink建模环境的模型设计准则。最后,将前面得到的Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型准则、需谨慎使用的Simulink模块集合、由用户行为决定的模型设计准则、基于Simulink自带的模块库(Simulink Library)的模型设计准则进行提炼和加工,形成本专利的模型设计准则,即《符合军用软件评测规范的Simulink模型设计准则》。
步骤一 从Simulink自带规则检查工具Model Advisor中分解出影响代码标准符合性的模型设计准则
从Simulink自带的规则检查工具Model Advisor出发,逐条分析梳理出其中影响C代码标准符合性的模型检查项,作为步骤二中对所搜集模型进行Model Advisor模型检查的必须检查项,此过程需要分析模型满足或不满足检查项的情况下生成代码的标准符合性,依据Mathworks公司对Model Advisor模型检查项的描述,对于其中可与GJB 8114强制类准则直接对应的检查项以及影响模型生成C代码标准符合性的检查项,被标记为“必须检查”;仅仅影响模型生成C代码的运行效率、优化等级等的模型规则检查项,被标记为“推荐检查”。将必须检查项提炼为影响代码标准符合性的模型设计准则。
步骤二 模型收集、成分分析及模型规则检查
通过Mathworks官网、Github网站、CSBN网站等渠道收集大量Simulink模型,模型需覆盖多个行业和领域,模型需满足生成的代码累计达到20万行,最终形成实验验证所需的Simulink模型库。
对收集的模型进行成分分析,形成模型成分分析报告。这个报告主要是对模型库中的模型进行分析和记录。模型库中的模型用于后续的实验。模型成分分析应包含对所收集模型整体的来源分析、领域分析以及对Simulink常用模块的覆盖度分析。此外,还应针对收集到的单个模型进行分析和处理,包括模型名称、来源、领域、生成代码行数、功能逻辑描述、模型度量以及规则检查结果的分析和处理。使用Matlab自带的Model Metrics进行模型度量与分析。度量指标包括规模度量、结构度量和可读性度量。
使用步骤一中形成的影响代码标准符合性的模型检查项(即被标记为“必须检查”的选项),对所收集模型进行规则检查,满足规则检查的模型可直接入模型库;不满足的需对模型进行逐步的修改迭代,使其最终满足规则检查后入模型库。检查工具会报出不满足规则的情况并进行定位,修改后再此进行规则检查,如果还有不满足的继续定位修改再做检查。这个过程叫迭代修改。
步骤三GJB 8114强制类准则的分解
依据代码规则检查项在模型开发过程中的影响因素,对GJB 8114强制类准则进行逐项分析,分析的内容包括代码准则号、代码准则类型、代码规则内容描述、模型生成代码的标准符合性的影响因素、下一步实验内容等。其中,模型生成代码的标准符合性影响因素可分解为以下两类:
1.由代码生成器决定的强制准则。即该项代码准则在模型开发过程中最终由代码生成器决定是否满足,该类准则在进行代码规则检查时,会分为可通过检查和不能通过检查两种,具体验证工作将在步骤四中进行。
2.由用户行为决定的强制准则。即该类准则在模型开发过程中最终由用户行为决定,对于这类准则应将其提炼成为建模设计准则。
步骤四 针对GJB 8114强制类准则中代码生成器决定类准则的实验验证
对步骤二模型库中的模型进行代码生成,编译成功后利用代码规则检查工具对模型生成的代码进行规则检查。此过程中主要关注步骤三中形成的GJB 8114强制类准则中由代码生成器决定的准则,检查模型生成代码是否满足这些准则。对检查结果进行分析,分析结果包含以下三种情况:
1.模型生成代码能够直接满足的准则,即代码生成器输出的代码不可能出现违反此类准则的情况。如禁止宏定义改变关键字和基本类型。
2.模型生成代码无法满足的准则,即无论如何建模或配置,代码生成器输出的代码都无法满足该类准则,即由代码生成器导致的模型生成代码不满足的准则。如结构、联合、枚举的定义中必须有标识符。
3.实验中除了第2种情况外,还有由于一些特殊模块的使用导致的模型生成代码不满足准则的情况,对于这类情况应进行代码至模型的追溯,并形成应谨慎使用的Simulink模块集合。如手动switch开关模块和Sign模块。
步骤五 针对GJB 8114强制类准则中用户行为决定类准则的实验验证
对于由用户行为决定的准则,对其逐项构建有针对性的正、反例模型进行验证,每种正、反例模型中包含Simulink(含Stateflow)和Matlab function两种形式,并利用代码生成器生成代码,进行代码规则检查。验证过程中需记录所有正、反例模型生成的代码是否满足代码规则检查,并分析反例生成的代码属于以下哪种情况:无法生成代码、自动满足准则、无法满足准则,最终确认是否需要建立相应的模型设计准则。
步骤六 基于Simulink模块库(Simulink Library)的模型生成代码规则检查实验验证
步骤六之前是从Simulink建模环境自带的模型规则检查工具Model Advisor以及GJB 8114强制类准则出发,进行模型生成代码的标准符合性研究和实验。本步骤将着重从Simulink模型特点出发,研究Simulink模块库中的每一个模块对代码生成的影响。即利用Simulink自带的模块库(Simulink Library)中的每一个模块进行建模、代码生成和规则检查,此过程中也会考虑模块组合的情况。一方面验证Simulink建模环境中的每一个模块生成的代码能否满足GJB 8114强制类准则,另一方面通过分析所建立的模型和模型生成代码来补充满足模型设计要求的相关准则,进而对Simulink模块的使用进行规范和约束,得到基于Simulink自带模块库(Simulink Library)的模型设计准则。
步骤七 基于Simulink建模环境的模型设计准则实验验证
前面的实验主要考虑模型生成代码对于GJB 8114的标准符合性,本步骤从Simulink建模环境自身出发,分析设计建模过程应该遵循的设计准则。重点考虑建模模块设置和代码生成配置对于模型生成代码的影响,由于实验模型多种多样、Simulink设置选项也存在较多种情况,因此本步骤需构建实验脚本文件,脚本文件中主要包括实验的两大输入:覆盖所有Simulink模块的众多模型文件和覆盖Simulink核心设置的所有选项。然后编写驱动程序,自动执行实验脚本文件,覆盖所有的模型和设置组合,使所有输入模型自动生成代码。对代码进行分析,提出建模模块设置和代码生成配置相关的建模准则。本步骤也会参考国内外Simulink相关标准对准则实验进行补充完善,形成基于Simulink建模环境的模型设计准则。
步骤八 形成《符合军用软件评测规范的Simulink模型设计准则》
针对步骤一中形成的Model Advisor中影响代码标准符合性的模型设计准则、步骤三中形成的用户行为决定类准则对应的模型设计准则、步骤四中形成的用户需谨慎使用的Simulink模块、步骤六中形成的基于Simulink模块库(Simulink Library)的模型设计准则、步骤七中形成的基于Simulink建模环境的模型设计准则进行梳理和提炼,最终形成《符合军用软件评测规范的Simulink模型设计准则》,内容涵盖模型设计准则编号、准则内容、准则描述、安全等级、正例模型和反例模型等内容。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,包括:分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项;收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库;将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证;将得到的Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型准则、需谨慎使用的Simulink模块集合、由用户行为决定的模型设计准则、基于Simulink自带的模块库的模型设计准则进行提炼和加工,形成Simulink模型设计准则。
2.如权利要求1所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:
对由代码生成器决定的准则项,利用模型库中的模型生成代码进行验证;对由用户行为决定的准则项,对其构建正和反例模型进行验证;验证Simulink自带的模块库中每一个模块生成的代码是否满足GJB 8114强制类准则,得到基于Simulink自带的模块库的模型设计准则;从Simulink建模环境自身出发,实验和分析Simulink模型的各项设置对模型及模型生成代码的影响,形成基于Simulink建模环境的模型设计准则。
3.如权利要求1所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,分解出Simulink自带规则检查工具Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项包括:
从Simulink自带的规则检查工具Model Advisor出发,逐条分析梳理出其中影响C代码标准符合性的模型检查项,作为对所搜集模型进行Model Advisor模型检查的必须检查项,依据Mathworks公司对Model Advisor模型检查项的描述,对于其中可与GJB 8114强制类准则直接对应的检查项以及影响模型生成C代码标准符合性的检查项,标记为“必须检查”;仅仅影响模型生成C代码的运行效率以及优化等级的模型规则检查项,标记为“推荐检查”。
4.如权利要求3所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,收集Simulink模型进行成分分析,并使用Model Advisor中直接影响代码标准符合性的模型检查项进行规则检查,将通过规则检查的模型入库,包括:
收集大量Simulink模型,覆盖多个行业和领域,形成实验验证所需的Simulink模型库;
对收集的模型进行成分分析,形成模型成分分析报告,模型成分分析应包含对所收集模型整体的来源分析、领域分析以及对Simulink常用模块的覆盖度分析,针对收集到的单个模型进行分析和处理,包括模型名称、来源、领域、生成代码行数、功能逻辑描述、模型度量以及规则检查结果的分析和处理,使用Matlab自带的ModelMetrics进行模型度量与分析,度量指标包括规模度量、结构度量和可读性度量。
5.如权利要求3所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,将GJB 8114强制类准则逐项分解为由代码生成器决定和由用户行为决定的两类,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:依据代码规则检查项在模型开发过程中的影响因素,对GJB8114强制类准则进行逐项分析,分析的内容包括代码准则号、代码准则类型、代码规则内容描述、模型生成代码的标准符合性的影响因素以及下一步实验内容。
6.如权利要求5所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,该代码准则在模型开发过程中由代码生成器决定是否满足,该代码准则在进行代码规则检查时,分为可通过检查和不能通过检查两种。
7.如权利要求5所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,利用假设检验方法对该两类准则进行验证包括:对模型库中的模型进行代码生成,编译成功后利用代码规则检查工具对模型生成的代码进行规则检查,通过形成的GJB 8114强制类准则中由代码生成器决定的准则,检查模型生成代码是否满足这些准则,对检查结果进行分析,分析结果包含:
模型生成代码能够直接满足的准则;
模型生成代码无法满足的准则;
对于特殊模块的使用导致的模型生成代码不满足准则的情况,进行代码至模型的追溯,并形成应谨慎使用的Simulink模块集合。
8.如权利要求7所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,针对GJB 8114强制类准则中用户行为决定类准则的实验验证包括:
对于由用户行为决定的准则,逐项构建有针对性的正和反例模型进行验证,每种正和反例模型中包含Simulink和Matlab function两种形式,并利用代码生成器生成代码,进行代码规则检查,验证过程中需记录所有正和反例模型生成的代码是否满足代码规则检查,并分析反例生成的代码属的情况,包括:无法生成代码、自动满足准则以及无法满足准则,确认是否需要建立相应的模型设计准则。
9.如权利要求8所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,基于Simulink模块库的模型生成代码规则检查实验验证包括:
从Simulink模型特点出发,研究Simulink模块库中的每一个模块对代码生成的影响,利用Simulink自带的模块库中的每一个模块进行建模、代码生成和规则检查,验证Simulink建模环境中的每一个模块生成的代码能否满足GJB 8114强制类准则,通过分析所建立的模型和模型生成代码来补充满足模型设计要求的相关准则,进而对Simulink模块的使用进行规范和约束,得到基于Simulink自带模块库的模型设计准则。
10.如权利要求9所述的军用软件评测规范的Simulink模型设计方法,其特征在于,基于Simulink建模环境的模型设计准则实验验证包括:
构建实验脚本文件,脚本文件中主要包括实验的两大输入:覆盖所有Simulink模块的众多模型文件和覆盖Simulink核心设置的所有选项,编写驱动程序,自动执行实验脚本文件,覆盖所有的模型和设置组合,使所有输入模型自动生成代码,对代码进行分析,提出建模模块设置和代码生成配置相关的建模准则。
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GNR_123: "如何为你的硬件开发Simulink Toolbox(4)", pages 1 - 2, Retrieved from the Internet <URL:https://blog.csdn.net/gnr_123/article/details/106990150> * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113076622A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-07-06 | 南京远思智能科技有限公司 | Fmu仿真模型规范性分析与校验系统及方法 |
CN113076622B (zh) * | 2021-02-22 | 2023-12-12 | 南京远思智能科技有限公司 | Fmu仿真模型规范性分析与校验系统及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111881055B (zh) | 2023-07-14 |
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