CN114115847B - 一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法 - Google Patents

一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空电子系统技术领域，具体涉及一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法。本发明通过基于模型的航空数据接口开发方法，可以解决航空电子系统各设备间复杂信息的接口设计数字化问题，完成大量的软接口数据,根据系统功能定义自动生成功能，为实现仿真分析与验证，提高工作效率、降低产品故障率，使总线系统达到最佳通信状态、控制逻辑关系正确，在研制初期验证设计的正确性、可靠性，提高系统性能和可靠性，缩短研制周期，同时为实现飞机的高性能、高可靠性创造条件。

Description

一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法
技术领域
本发明属于航空电子系统技术领域，具体涉及一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法。
背景技术
接口控制文件是定义和描述组成航空电子系统各分系统或各应用接口的功能、技术特性及使用说明的技术文件，它是航空电子系统顶层设计和系统规范的重要组成部分。
传统的ICD普遍采用手工编写的文档和页面进行管理，这种方法存在设计效率低下、错误多、不便于修改和升级等诸多弊端。而且随着新技术的发展，航电的接口越来越多，各种数据之间的交联关系又非常的复杂，这些问题(尤其是效率，错误率，安全性问题)越来越突出。因此航电ICD设计急需操作简单，纠错能力强，而且安全可靠的设计系统，替代手工设计的方法，实现集中式设计和管理，在系统研制初期的ICD设计，能够早期，开发验证ICD，提高工作效率，各系统在初期技术和接口协调中，人工设计很难发现通信的不协调和逻辑关系的完整性，也难准确的掌握接口信息，显示结果的一致性，很多接口数据需要在联试中调整，甚至要在试飞中解决，既延长了研制周期，又带来了风险，更无法保证先进性和安全性。
为了解决ICD手工设计所带来的的弊端，陆续出现了一些针对ICD设计的数据库解决方案，这些工作并没有完整的打通工具链，也没有真正实现数据的即时共享，并且这些工具只是针对某一型号单一总线ICD进行开发，不能进行扩展和升级，不能适时生成可用的C代码。
因此开发ICD设计和代码生成工具非常必要，目的是解决落后的人工设计方法造成的研制效率低下和产品故障率较高，性能不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法，可以解决显示系统各组件或组件内复杂信息的接口设计数字化问题，完成大量的软接口数据，根据系统功能定义自动生成相关代码，为实现仿真分析和验证，提高工作效率，降低产品故障率，使得系统达到最佳通信状态，在研制初期验证显示系统的正确性，可靠性，提高系统性能和可靠性，缩短研制周期，同时为实现显示系统高性能，高可靠性创造条件。
为了达到上述技术目的，本发明采用的具体技术方案为：
一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法，
所述航电系统架构为采用sysml语言开发机载航电系统IBD或BDD，其接口采用sysml语言开发，消息格式均采用XML格式，其各组件之间通信连接；
所述集成及验证方法包括以下步骤：
S101：检查所述接口及所述消息是否具有完整性和正确性；
S102：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成各组件之间通信所需的接口相关的工程代码；
S103：将各所述接口相关的工程代码分别集成至对应所述组件的工程代码中，对各所述组件进行软硬件集成；
所述验证方法包括以下步骤：
S201：检查所述接口及所述消息是否具有完整性和正确性；
S202：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成各组件之间通信所需的接口相关的用于系统验证的输入文件；
S203：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成用于测试各组件之间通信的生成测试用例；
S204：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成用于测试各组件之间通信的测试代码，将各所述测试代码集成至各组件中；
S205：运行所述生成测试用例，基于所述航电系统的架构，完成基于PC的系统动态仿真；
S206：根据所述输入文件完成系统验证平台环境的搭建；
S207：基于所述生成测试用例及所述系统验证平台开展对所述航电系统的自动系统接口验证；
S208：自动系统接口验证通过后，将所述系统验证平台与经所述S103软硬件集成后的航电系统进行连接；
S209：基于需求开发系统测试用例；
S210：基于所述系统测试用例及所述系统验证平台开展对所述航电系统的系统功能验证。
进一步的，所述S101中，判断完整性的依据为：各所述组件间是否均已连接，以及接口与消息格式是否匹配，接口与定义中的接口是否覆盖。
所述S101中，判断正确性问题的依据为：所述消息的定义符合航电系统的总线的标准定义，各所述组件间的链路的性能是否符合需求。
进一步的，所述S101中，判断正确性所采用的方法为：
将XML形式的消息格式与标准的航电系统的总线格式进行比较，如不一致则判定为正确性不通过，同时生成显示此消息格式有误的报告；通过分析各组件之间的链路，根据各组件之间链路的总线信息计算消息传递延迟，并生成整个系统的延迟并记录至报告中，如整个系统的延迟不满足性能需求，则正确性不通过，同时生成各链路的性能延迟报告。
进一步的，若不具有正确性，依据消息格式有误的报告判断是否属于总线标准的规则性错误，如属于，则给出自动修改意见；自动修改的实现方式为根据所述自动修改意见将消息格式进行修改。
进一步的，所述S205中，完成系统动态仿真的方法为：基于所述工程代码和测试代码，在PC上完成集成，实时运行所述生成仿真用例，并观察PC上集成的工程的仿真结果，当结果与预期一致时，表示仿真通过，当结果与预期不一致时，通过分析仿真过程中的各组件的输入输出并定位问题并进行解决。
进一步的，生成所述工程代码的方法为：
根据各组件输入输出接口的消息格式以及对应接口所属航电系统的总线的标准定义，生成输入接口的消息解析代码以及输出接口的消息封装代码。
进一步的，生成所述生成测试用例的方法为：
基于各组件的输入输出接口、消息格式和链路生成一组有规律的测试用例及预期结果，各组件之间的输入输出通过简单逻辑直接连接。
进一步的，生成所述测试代码的方法为：
将各组件的输入输出接口进行内部简单连接，根据组件间内的连接关系生成对应的测试代码。
采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
发明提出的基于模型的航空接口开发方法，相比于传统航空接口开发方法更加实用，传统的航空数据接口采用文档的方式，只能通过人工的方式对接口的完整性和正确性进行评审，效率较低，且不容易查出错误，而基于模型的接口开发方法，以可视化建模的形式对ICD进行建模，方便评审，及评审验证。传统的ICD多分散在不同系统或组件设计文件中，无法对整个系统ICD进行整合，并进行不同组件/系统间的ICD完整性及正确性确认。基于模型的航空接口开发方法，可以对系统内组件间及系统间的ICD进行整体建模设计，保证了系统间或系统内部组件间的ICD变更的一致性，传递的一致性。传统的航空接口开发方法是基于ICD文档，进行人工编码的方式，开展接口软件的开发，工作量大，且很容易出错，后期集成排故带来困难，而基于模型的航空接口，可以根据ICD，生成接口相关(解析，校验或封装)的大部分代码，开发效率高，且代码质量较高。传统的航空接口测试，需要根据ICD，人工编写用于支持接口测试的代码，工作量较大，且较为繁琐，而基于模型的航空接口开发方法，可以根据模型生成适配测试环境的测试代码，大大提高了的航空接口的自动化测试程度，极大的提高了测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明具体实施方式中，基于模型的航空数据接口系统研制流程图；
图2为本发明具体实施方式中，基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法所涉及到的接口模型示意图；
图3为本发明具体实施方式中ICD XML文件示意图；
图4为本发明具体实施方式中ICD检查日志示意图；
图5为本发明具体实施方式中ICD生成的代码示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
在本发明的一个实施例中，提出一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法，
航电系统架构为采用sysml语言开发机载航电系统IBD或BDD，其接口采用sysml语言开发，消息格式均采用XML格式，其各组件之间通信连接；
集成及验证方法包括以下步骤：
S101：检查接口及消息是否具有完整性和正确性；
S102：根据航电系统架构的架构图及消息生成各组件之间通信所需的接口相关的工程代码；
S103：将各接口相关的工程代码分别集成至对应组件的工程代码中，对各组件进行软硬件集成；
验证方法包括以下步骤：
S201：检查接口及消息是否具有完整性和正确性；
S202：根据航电系统架构的架构图及消息生成各组件之间通信所需的接口相关的用于系统验证的输入文件；
S203：根据航电系统架构的架构图及消息生成用于测试各组件之间通信的生成测试用例；
S204：根据航电系统架构的架构图及消息生成用于测试各组件之间通信的测试代码，将各测试代码集成至各组件中；
S205：运行生成测试用例，基于航电系统的架构，完成基于PC的系统动态仿真；
S206：根据输入文件完成系统验证平台环境的搭建；
S207：基于生成测试用例及系统验证平台开展对航电系统的自动系统接口验证；
S208：自动系统接口验证通过后，将系统验证平台与经S103软硬件集成后的航电系统进行连接；
S209：基于需求开发系统测试用例；
S210：基于系统测试用例及系统验证平台开展对航电系统的系统功能验证。
在本实施例中，S101中，判断完整性的依据为：各组件间是否均已连接，以及接口与消息格式是否匹配，接口与定义中的接口是否覆盖。
S101中，判断正确性问题的依据为：消息的定义符合航电系统的总线的标准定义，各组件间的链路的性能是否符合需求。
在本实施例中，S101中，判断正确性所采用的方法为：
将XML形式的消息格式与标准的航电系统的总线格式进行比较，如不一致则判定为正确性不通过，同时生成显示此消息格式有误的报告；通过分析各组件之间的链路，根据各组件之间链路的总线信息计算消息传递延迟，并生成整个系统的延迟并记录至报告中，如整个系统的延迟不满足性能需求，则正确性不通过，同时生成各链路的性能延迟报告。
在本实施例中，若不具有正确性，依据消息格式有误的报告判断是否属于总线标准的规则性错误，如属于，则给出自动修改意见；自动修改的实现方式为根据自动修改意见将消息格式进行修改。
在本实施例中，S205中，完成系统动态仿真的方法为：基于工程代码和测试代码，在PC上完成集成，实时运行生成仿真用例，并观察PC上集成的工程的仿真结果，当结果与预期一致时，表示仿真通过，当结果与预期不一致时，通过分析仿真过程中的各组件的输入输出并定位问题并进行解决。
在本实施例中，生成工程代码的方法为：
根据各组件输入输出接口的消息格式以及对应接口所属航电系统的总线的标准定义，生成输入接口的消息解析代码以及输出接口的消息封装代码。
在本实施例中，生成生成测试用例的方法为：
基于各组件的输入输出接口、消息格式和链路生成一组有规律的测试用例及预期结果，各组件之间的输入输出通过简单逻辑直接连接。
在本实施例中，生成测试代码的方法为：
将各组件的输入输出接口进行内部简单连接，根据组件间内的连接关系生成对应的测试代码。
本实施例通过基于模型的方法完成航空数据接口开发，具体方法如下：
1)采用sysml语言开发民机航电系统的IBD或BDD架构图，如图2所示，为示例系统的IBD架构图，该航空系统外部输入接口为RecvPort1，输出接口为SendPort1。该系统包含两个组件，组件1和组件2，组件1通过InnerPort11接收来自RecvPort1的消息，进行解析后，完成逻辑处理后，通过InnerPort12端口发送给组件2，组件2通过InnerPort21接收来自组件1的InnerPort21消息，完成逻辑处理后，通过InnerPort22端口发送给SendPort1，由系统通过SendPort1向外部设备发送响应消息。
2)根据步骤1完成的模型，生成XML格式的ICD文件，如图3所示：图3为系统内组件1的ICD示意图，其中HostedFunctionClass值为“组件1”表示为组件1的接口定义，HFSamplingPort表示接收端口名称为InnerPort11，类型为采样端口，RP对接收的参数进行了定义，端口类型为队列，其中DS定义了发送的消息包，DP定义了消息包内的包含的数据。
3)完成对ICD文件的检查，检查结果如图4所示，主要检查项包括，ICD中不同端口之间传递的消息的一致性检查，如数据类型是否一致，链接是否完整等。
4)根据ICD，完成ICD相关代码的生成，如图5所示，生成的代码，包括组件1的输入接口定义，数据解析，封装定义，其中Component1_InnerPort11为组件1的输入端口结构体定义，Component1_InnerPort12为组件1的输出端口结构体定义，RecvComponent1Message函数完成组件1的消息接收，DecodeComponent1Message函数完成组件1消息的解析，PackComponent1Message函数完成组件1发送消息的封装，SendComponent1Message函数完成组件1消息的发送。
5)根据图1完成各个组件及ICD的PC平台集成及测试，完成目标平台的软硬件集成及系统测试。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于模型的机载航电系统架构集成及验证方法，
其特征在于，所述航电系统架构为采用sysml语言开发机载航电系统IBD或BDD，其接口采用sysml语言开发，消息格式均采用XML格式，其各组件之间通信连接；
所述集成及验证方法包括以下步骤：
S101：检查所述接口及所述消息是否具有完整性和正确性；
S102：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成各组件之间通信所需的接口相关的工程代码；
S103：将各所述接口相关的工程代码分别集成至对应所述组件的工程代码中，对各所述组件进行软硬件集成；
所述验证方法包括以下步骤：
S201：检查所述接口及所述消息是否具有完整性和正确性；
S202：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成各组件之间通信所需的接口相关的用于系统验证的输入文件；
S203：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成用于测试各组件之间通信的生成测试用例；
S204：根据所述航电系统架构的架构图及所述消息生成用于测试各组件之间通信的测试代码，将各所述测试代码集成至各组件中；
S205：运行所述生成测试用例，基于所述航电系统的架构，完成基于PC的系统动态仿真；
S206：根据所述输入文件完成系统验证平台环境的搭建；
S207：基于所述生成测试用例及所述系统验证平台开展对所述航电系统的自动系统接口验证；
S208：自动系统接口验证通过后，将所述系统验证平台与经所述S103软硬件集成后的航电系统进行连接；
S209：基于需求开发系统测试用例；
S210：基于所述系统测试用例及所述系统验证平台开展对所述航电系统的系统功能验证。
2.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
所述S101中，判断完整性的依据为：各所述组件间是否均已连接，以及接口与消息格式是否匹配，接口与定义中的接口是否覆盖；
所述S101中，判断正确性问题的依据为：所述消息的定义符合航电系统的总线的标准定义，各所述组件间的链路的性能是否符合需求。
3.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
所述S101中，判断正确性所采用的方法为：
将XML形式的消息格式与标准的航电系统的总线格式进行比较，如不一致则判定为正确性不通过，同时生成显示此消息格式有误的报告；通过分析各组件之间的链路，根据各组件之间链路的总线信息计算消息传递延迟，并生成整个系统的延迟并记录至报告中，如整个系统的延迟不满足性能需求，则正确性不通过，同时生成各链路的性能延迟报告。
4.根据权利要求3所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
若不具有正确性，依据消息格式有误的报告判断是否属于总线标准的规则性错误，如属于，则给出自动修改意见；自动修改的实现方式为根据所述自动修改意见将消息格式进行修改。
5.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
所述S205中，完成系统动态仿真的方法为：基于所述工程代码和测试代码，在PC上完成集成，实时运行所述生成仿真用例，并观察PC上集成的工程的仿真结果，当结果与预期一致时，表示仿真通过，当结果与预期不一致时，通过分析仿真过程中的各组件的输入输出并定位问题并进行解决。
6.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
生成所述工程代码的方法为：
根据各组件输入输出接口的消息格式以及对应接口所属航电系统的总线的标准定义，生成输入接口的消息解析代码以及输出接口的消息封装代码。
7.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
生成所述生成测试用例的方法为：
基于各组件的输入输出接口、消息格式和链路生成一组有规律的测试用例及预期结果，各组件之间的输入输出通过简单逻辑直接连接。
8.根据权利要求1所述的基于模型的航电系统架构集成及验证方法，其特征在于,
生成所述测试代码的方法为：
将各组件的输入输出接口进行内部简单连接，根据组件间内的连接关系生成对应的测试代码。
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