CN114237767B - 一种实现多倍速仿真的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种实现多倍速仿真的系统及方法，多倍速仿真的系统包括：文件导入单元、文件编译单元、倍速指令发送单元、仿真单元，通过将模型文件在进行仿真时通过改变调度策略来改变仿真进度，通过给定仿真倍速后使得可执行文件在单个调度周期内被执行对应次数的仿真步，从而缩短仿真所需要的时间，在保证仿真结果准确性的同时，缩短了得到仿真结果的时间，节约时间，从而提高了仿真工作的效率。

Description

一种实现多倍速仿真的系统及方法

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种实现多倍速仿真的系统及方法。

背景技术

近年来，可编程逻辑器件软件在航空、航天、船舶、铁路等产品中的应用与日俱增。可编程逻辑器件可以由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写。在修改和升级时，不需额外地改变硬件设计，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本。

航空航天领域对嵌入式软硬件的实时性和可靠性要求极高，在开展测试验证过程中，满足实时性和高可靠性要求的主流操作系统有VxWorks和RT-Linux等。由于对飞机、导弹以及运载火箭等系统的测试验证全部完成的过程耗时较长，以某型运载火箭的为例，其一子级和二子级阶段测试验证耗时大约为650s，完成一次仿真需要耗费大量的时间等待仿真结果；另外，如果仿真结果异常且需要进行问题定位时，需要耗费大量的时间等待问题出现，不能对侧视验证的速度进行加速，降低了工作效率，不利于工作的快速高效完成。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种实现多倍速仿真的系统，本发明的目的之二是提供一种实现多倍速仿真的方法。本发明所提供的系统及方法能够实现多倍速的仿真倍速，快速完成仿真操作。

本发明关于技术问题解决方案：

一种实现多倍速仿真的系统，其特征在于，包括：

文件导入单元，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

文件编译单元，用于接收所述模型配置文件，将仿真倍速N编译到所述模型配置文件中得到可执行文件，并输出所述可执行文件；

倍速指令发送单元，用于发送指定仿真倍速指令来指定仿真倍速n；

仿真单元，用于接收指定仿真倍速指令并解析，并将指定仿真倍速n赋值到可执行文件中的仿真倍速N中，并在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n。

进一步限定，所述文件导入单元包括：

文件配置模块，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件；

文件上传模块，用于上传所述模型配置文件。

进一步限定，所述模型文件的参数配置包括对解算器类型、仿真周期和编译器分别进行配置。

进一步限定，所述文件编译单元包括：

文件接收模块，用于接收模型配置文件；

倍速编译模块，用于将仿真倍速N编译到模型配置文件的编译文件中；

文件输出模块，用于将编译后的模型配置文件作为可执行文件输出。

进一步限定，所述仿真单元包括：

倍速指令接收模块，用于接收指定仿真倍速指令；

倍速指令解析模块，用于解析指定仿真倍速指令；

仿真解析模块，用于根据解析后的指定仿真倍速指令，将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n；同时，获取模型文件的仿真周期作为调度周期；

仿真执行模块，用于在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果。

一种实现多倍速仿真的方法，包括以下步骤：

S1、执行模型文件的配置和编译操作，生成支持多倍速仿真功能的可执行文件并输出；

S2、根据用户操作的指定仿真倍速n发送指定仿真倍速指令，其中指定仿真倍速指令包括指定仿真倍速n；

S3、接收步骤S2所述的指定仿真倍速指令并解析，将指定仿真倍速n赋值到步骤S1所述的可执行文件中，在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n。

进一步限定，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、对模型文件的解算器类型、仿真周期和编译器进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

S12、接收步骤S11上传的模型配置文件，将仿真倍速N编译于模型配置文件的编译文件中得到可执行文件，输出所述可执行文件。

进一步限定，所述步骤S12具体包括以下步骤：

S121、接收步骤S11上传的模型配置文件；

S122、通过调度程序将仿真倍速N编译到接收的配置完成的模型文件的编译文件中；

S123、将编译后的模型文件作为可执行文件输出。

进一步限定，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、接收指定仿真倍速指令；

S32、解析指定仿真倍速指令；

S33、根据解析后的指定仿真倍速n，将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n，获取模型文件仿真周期作为调度周期；

S34、在步骤S33所述的调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果。

本发明的有益效果在于：

1、通过将模型文件在进行仿真时通过改变调度策略来改变仿真进度，通过给定仿真倍速后使得可执行文件在单个调度周期内被执行对应次数的仿真步，从而缩短仿真所需要的时间，在保证仿真结果准确性的同时，缩短了得到仿真结果的时间，节约时间，从而提高了仿真工作的效率。

2、操作简单，通过对现有格式的模型文件进行编译，同时利用仿真单元使得可执行文件能够根据接收到的指定仿真倍速来在单个调度周期内执行多次仿真步，适用范围广。

3、适配性好，通过文件编译单元可以对多种正确的模型文件进行编译，生成满足多倍速仿真要求的可执行文件。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统整体示意图；

图2为本发明实施例2的系统整体示意图；

图3为本发明实施例3的整体流程图；

图4为本发明实施例3的步骤图；

图5为本发明实施例3的倍速仿真步骤图。

具体实施方式

实施例1

为了对本发明进行进一步说明，选用VxWorks操作系统来举例说明，参考图1，本实施例提供一种实现多倍速仿真的系统，包括：

文件导入单元，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

在使用时，通常会将模型文件经过配置后得到模型配置文件并将其上传到操作系统来进行后续的仿真操作，模型文件的参数配置包括对解算器类型、仿真周期和编译器分别进行配置。

文件编译单元，用于接收所述模型配置文件，将仿真倍速N编译到所述模型配置文件中得到可执行文件，并输出所述可执行文件；

在使用时，先接收模型配置文件，随后将模型配置文件进行编译，在对模型配置文件进行编译时将代表仿真倍速的N编译到配置后的模型文件的编译文件中，通过编译文件对配置完成后的模型文件进行编译后得到的是可执行文件，随后将可执行文件输出。

倍速指令发送单元，用于发送指定仿真倍速指令来指定仿真倍速n，n为正整数；

在使用时，操作人员通过在操作面板上输入仿真倍速n，或者通过按下对应仿真倍速的按钮来将指定仿真倍速n通过仿真倍速指令进行发送，使得后续进行仿真时的倍速为n，即在实时仿真时间T的基础上，如果想要将仿真时间缩短，则选择对应的仿真倍速，完成倍速指令的发送，通常情况下选定的仿真倍速n为正整数。

仿真单元，用于接收指定仿真倍速指令并解析，并将指定仿真倍速n赋值到可执行文件中的仿真倍速N中，并在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n；

在使用时，首先接收到发送的仿真倍速指令，并将该指令进行解析，将解析后的仿真倍速指令中指定仿真倍速n赋值给接收到的可执行文件，使得可执行文件中的仿真倍速N=n，完成可执行文件仿真倍速的赋值，使得可执行文件在单个调度周期内执行z次仿真步，直至仿真结束，其中z=n，一个可执行文件可被执行的仿真步数量为一定的，单个调度周期内执行的仿真步越多，执行完毕所有仿真步所需要循环的调度周期越少，从而实现倍速仿真，减少仿真所需要的时间，其中，在两个调度周期之间存在间隔时间a，即一个调度周期结束后间隔时间a后开始第二个调度周期；默认状态下仿真倍速n=1，即N=1，此时单个调度周期内执行1次仿真步，依次循环直至仿真结束，随后可以将仿真结果输出。

实施例2

参考图2，本实施例提供一种基于实施例1实现多倍速仿真的系统，其中文件导入单元包括：

文件配置模块，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件；

在使用时，模型文件通常为Simulink文件，需要对模型文件的解算器类型、仿真周期和语言编译器进行配置，对于仿真系统来说，解算器类型配置为固定步长，对于仿真周期通常配置为1~20ms，通常会选为20ms，对于仿真周期数值的大小取悦于模型文件的仿真对象，针对不同研究对象设置不同的仿真周期，周期过大会有发散的可能，周期过小会有计算超时的风险，具体数值根据被仿对象确定，确定方式属于本领域公知常识，对于语言编译器为与VxWorks操作系统对应的tornado.tlc。

文件上传模块，用于上传所述模型配置文件；

在使用时，将模型文件的参数进行配置完成后进行上传，准备开始进行后续的编译工作。

在此基础上，实现多倍速仿真的系统中，文件编译单元包括：

文件接收模块，用于接收模型配置文件；

在使用时，先接收通过上传输入或者导入的模型配置文件，也就是模型配置文件可以是在完成配置后直接进行上传，也可以是直接将配置完成后的模型文件直接导入实现对配置完成后模型文件的接收。

倍速编译模块，用于将仿真倍速N编译到模型配置文件的编译文件中；

在使用时，利用rt-main文件通过调度程序将仿真倍速N编译到模型配置文件中，得到格式为.out的可执行文件，可执行文件中包含了仿真倍速N，该仿真倍速N能够根据指定仿真倍速进行赋值，使得仿真文件能够根据赋值的指定仿真倍速在单个调度周期内被执行多次。

文件输出模块，用于将编译后的模型配置文件作为可执行文件输出；

在使用时，将模型配置文件进行编译后得到可执行文件，随后将可执行文件输出，开始进行下一步的操作。

在此基础上，实现多倍速仿真的系统中，仿真单元包括：

倍速指令接收模块，用于接收指定仿真倍速指令；

倍速指令解析模块，用于解析指定仿真倍速指令；

倍速指令发送单元与用户交互，不进行解析无法确定倍速指令发送单元下发的倍速指令，将指令解析为一个数值，这个数值就是仿真倍速N；

仿真解析模块，用于根据解析后的指定仿真倍速指令将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n，另外，获取模型文件的仿真周期作为调度周期；

在使用时，接收到可执行文件后根据指定仿真倍速n给可执行文件中的N赋值，使得N=n，此时可执行文件中的仿真倍速N与指定仿真倍速n相等，使得可执行文件能够根据指定的仿真倍速来使可执行文件能够在单个调度周期内被执行多次，即当指定的仿真倍速为n时，使得可执行文件能够在单个调度周期内被执行z次；获取可执行文件中的仿真周期作为调度周期，使得仿真周期与调度周期匹配；其中，仿真周期是对模型文件而言的，调度周期是对VxWorks操作系统而言的，二者的数值是一致的，VxWorks操作系统会获取模型文件的仿真周期，调度周期的作用是保持一致性，从而实现操作系统与模型时间1：1的关系。

仿真执行模块，用于在单个调度周期内对可执行文件依次进行z次仿真步直至得到仿真结果；

在使用时，例如配置的总仿真时间为650s，调度周期为20ms，在实时仿真状态下n=1时，可执行文件被执行的仿真步次数是确定的，即：执行A次（A=650/20e-3=32500），两个调度周期之间的间隔时间a=20ms，此时默认状态下可执行文件在单个调度周期内执行1个仿真步，完成该可执行文件的仿真需要循环32500个调度周期，此时完成该可执行文件的仿真时间T=650s；当指定仿真倍速n=4时，在单个调度周期内可执行文件被执行4次仿真步，即：20ms内完成4个仿真步，所以完成该可执行文件的仿真需要循环（32500/4）个调度周期，此时完成该可执行文件的仿真时间T=（32500/4）*20ms=162.5s，实现了多倍速的仿真，在使用时，如果可执行文件需要被执行的仿真步次数为13次时，指定仿真倍速n=2时，此时调度周期需要循环7次，并且仿真周期通常给定的值取值范围有限，通常在5~20ms，即调度周期的取值范围有限，所以给定的仿真倍速通常0＜n≤64，避免仿真倍速过大引起计算超时。

最后将仿真结果进行输出，完成仿真操作，操作简单，仿真效率更高，并且不会影响仿真结果的准确性。

通过将模型文件在进行仿真时通过改变调度策略来改变仿真进度，通过给定仿真倍速后使得可执行文件在单个调度周期内被执行对应次数的仿真步，从而缩短仿真所需要的时间，在保证仿真结果准确性的同时，缩短了得到仿真结果的时间，节约时间，从而提高了仿真工作的效率。

适配性好，通过文件编译单元可以对多种正确的模型文件进行编译，生成满足多倍速仿真要求的可执行文件。

实施例3

参考图3~图5，本实施例提供一种实现多倍速仿真的方法，包括以下步骤：

S1、执行模型文件的配置和编译操作，生成支持多倍速仿真功能的可执行文件并输出；

S11、对模型文件的解算器类型、仿真周期和编译器进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

S12、接收步骤S11上传的模型配置文件，将仿真倍速N编译于模型配置文件的编译文件中得到可执行文件，输出所述可执行文件；

S121、接收步骤S11上传的模型配置文件；

S122、通过调度程序将仿真倍速N编译到接收的配置完成的模型文件的编译文件中；

S123、将编译后的模型文件作为可执行文件输出。

S2、根据用户操作的指定仿真倍速n发送指定仿真倍速指令，其中指定仿真倍速指令包括指定仿真倍速n；

S3、接收步骤S2所述的指定仿真倍速指令并解析，将指定仿真倍速n赋值到步骤S1所述的可执行文件中，在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n；

S31、接收指定仿真倍速指令；

S32、解析指定仿真倍速指令；

S33、根据解析后的指定仿真倍速n，将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n，获取模型文件仿真周期作为调度周期；

S34、在步骤S33所述的调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果。

实现多倍速仿真的操作简单，通过对现有格式的模型文件进行编译，同时利用仿真单元使得可执行文件能够根据接收到的指定仿真倍速来在单个调度周期内执行多次仿真步，适用范围广。

Claims (8)

1.一种实现多倍速仿真的系统，其特征在于，包括：

文件导入单元，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

文件编译单元，用于接收所述模型配置文件，将仿真倍速N编译到所述模型配置文件中得到可执行文件，并输出所述可执行文件；

倍速指令发送单元，用于发送指定仿真倍速指令来指定仿真倍速n；

仿真单元，用于接收指定仿真倍速指令并解析，并将指定仿真倍速n赋值到可执行文件中的仿真倍速N中，并在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n；

文件编译单元包括：

文件接收模块，用于接收模型配置文件；

倍速编译模块，用于将仿真倍速N编译到模型配置文件的编译文件中；

文件输出模块，用于将编译后的模型配置文件作为可执行文件输出。

2.根据权利要求1所述的实现多倍速仿真的系统，其特征在于，所述文件导入单元包括：

文件配置模块，用于对模型文件的参数进行配置得到模型配置文件；

文件上传模块，用于上传所述模型配置文件。

3.根据权利要求2所述的实现多倍速仿真的系统，其特征在于，所述模型文件的参数配置包括对解算器类型、仿真周期和编译器分别进行配置。

4.根据权利要求3所述的实现多倍速仿真的系统，其特征在于，所述仿真单元包括：

倍速指令接收模块，用于接收指定仿真倍速指令；

倍速指令解析模块，用于解析指定仿真倍速指令；

仿真解析模块，用于根据解析后的指定仿真倍速指令，将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n；同时，获取模型文件的仿真周期作为调度周期；

仿真执行模块，用于在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果。

5.基于权利要求4所述的实现多倍速仿真的系统实现多倍速仿真 的方法，包括以下步骤：

S1、执行模型文件的配置和编译操作，生成支持多倍速仿真功能的可执行文件并输出；

S2、根据用户操作的指定仿真倍速n发送指定仿真倍速指令，其中指定仿真倍速指令包括指定仿真倍速n；

S3、接收步骤S2所述的指定仿真倍速指令并解析，将指定仿真倍速n赋值到步骤S1所述的可执行文件中，在单个调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果，其中z=n。

6.根据权利要求5所述的实现多倍速仿真的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、对模型文件的解算器类型、仿真周期和编译器进行配置得到模型配置文件，并上传所述模型配置文件；

S12、接收步骤S11上传的模型配置文件，将仿真倍速N编译于模型配置文件的编译文件中得到可执行文件，输出所述可执行文件。

7.根据权利要求6所述的实现多倍速仿真的方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括以下步骤：

S121、接收步骤S11上传的模型配置文件；

S122、通过调度程序将仿真倍速N编译到接收的配置完成的模型文件的编译文件中；

S123、将编译后的模型文件作为可执行文件输出。

8.根据权利要求7所述的实现多倍速仿真的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、接收指定仿真倍速指令；

S32、解析指定仿真倍速指令；

S33、根据解析后的指定仿真倍速n，将指定仿真倍速n赋值给可执行文件中的仿真倍速N，使得N=n，获取模型文件仿真周期作为调度周期；

S34、在步骤S33所述的调度周期内对可执行文件依次执行z次仿真步直至得到仿真结果。

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