CN115664980B - 仿真模型生成方法、仿真方法和存储介质、终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿真模型生成方法、仿真方法和存储介质、终端设备，能通过解析LDF文件，获取LIN网络的整个仿真模型的基本信息，从而构建主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统和从机发送帧子系统、从机子系统、主机接收帧子系统，再连线所有子系统，并进入各子系统，依次生成每个子系统的功能模型，直至生成整个仿真模型。一方面能实现整个仿真模型的全自动生成，无需手动连线，模型生成效率更快、准确度更好；另一方面其能随通信网络改变而自动变更，整个模型生成过程更灵活、功能更全面。

Description

仿真模型生成方法、仿真方法和存储介质、终端设备

技术领域

本发明涉及仿真领域，特别是涉及一种仿真模型生成方法。

背景技术

LIN协议（LIN：Local Interconnect Network的缩写），是一种低成本的串行通信协议，广泛应用于汽车电子、智能家电等领域。随着新能源汽车、智能家电的大力发展，LIN协议的使用也越来越多样化。为了提高LIN协议网络的设计效率，降低调试LIN协议设备的人工成本、时间成本等，搭建LIN协议通信网络模型进行半实物实时仿真是十分有必要的。那么如何快速且正确的搭建一个复杂且庞大的LIN协议通信网络模型是提高LIN使用过程效率和降低成本的关键问题。

当前LIN通信网络模型搭建都是封装LIN的基本收发通信模块，手工进行模型连线，不仅十分耗时、容易出错而且可能造成功能缺失，如：缺少数字信号的编码和解码、调度表的顺序调度和切换功能，不能完美代表LIN通信网络实际运行情况。也有一些为了与实际LIN通信网络相近，把编码、解码功能和调度表功能一起封装进基本模块，但这样不够灵活，如果实际情况更改了通信网络，那么只能重新设计仿真模型，不能很好的应对实际的需求变更，LDF更改会导致人工更改模型从而花费大量的人力和时间成本，不仅费时而且效率很低；更重要的是，人工搭建模型费时费力还容易出错，且对操作人员技术要求高，数据输入不够简单，数据输出结果不够直观，信号和帧数据的转换需要人工进行计算和拆分，不够方便直观。

因此，如何提供一种简单易行的仿真模型生成方法，是该仿真领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本发明提供一种基于LIN协议的仿真模型生成方法，包括：

S1：加载LDF文件，获取所需生成的LIN仿真模型的基本信息；

S2：根据基本信息，生成主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统；

S3：根据基本信息，确定从机数量，并生成从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统；

S4：连线所有子系统，并进入主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统、从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统，依次生成每个子系统的功能模型，直至生成整个仿真模型。

进一步地，帧生成子系统的实现步骤，包括：

A1：将多个原始值编码成多个信号；

A2：根据每个信号的位置和长度，将多个信号合并成64位整型；

A3：将64位整型拆分成8个字节的帧数据。

进一步地，帧解析子系统的实现步骤，包括：

B1：将8个字节的帧数据合并成64位整型；

B2：将64位整型根据每个信号的位置和长度，拆分成多个信号；

B3：将多个信号解码成多个原始值。

进一步地，帧解析子系统的实现步骤，还包括：

B4:判断当前帧id与当前接收数据对应的帧id是否相等，若相等则使能，输出接收到的当前信号；若不相等，则不使能，过滤接收到的当前信号。

进一步地，主机子系统的实现步骤，包括:

C0：主机初始化；

C1：获取当前帧id、发送类型、发送使能信息；

C2：判断主机子系统是否存在当前帧id对应的数据，若是则输出当前帧id对应的数据给主机发送模块，并更改发送类型为数据；若否则更改发送类型为帧头；

C3：判断发送使能信息是否为使能，若是则发送步骤C2确定的数据或帧头；若否则不发送。

进一步地，从机子系统的实现步骤，包括：

D0：从机初始化；

D1：定时器控制更新模块与各个从机子系统的更新模块连接，并定时发出更新使能信息；D2：判断更新使能信息是否使能，若是则从机更新帧响应数据，若否则不更新帧响应数据。

另一方面，本发明还提供一种仿真方法，包括：

T1：获取当前LDF文件；

T2：采用上述任意的仿真模型生成方法，生成仿真模型；

T3：驱动初始化和数据初始化仿真模型；

T4：根据调度参数，控制仿真模型发送和接收数据帧，仿真运行。

另一方面，本发明还提供一种计算机存储介质，存储有计算机可执行程序代码；所述计算机可执行程序代码用于执行上述任意的仿真模型生成方法或上述任意的仿真方法。

另一方面，本发明还提供一种终端设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有可被处理器执行的程序代码；所述程序代码用于执行上述任意的仿真模型生成方法或上述任意的仿真方法。

本发明的仿真模型生成方法、仿真方法和存储介质、终端设备，能通过解析LDF文件，获取LIN网络的整个仿真模型的基本信息，从而构建主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统和从机发送帧子系统、从机子系统、从机接收帧子系统，再连线所有子系统，并进入各子系统，依次生成每个子系统的功能模型，直至生成整个仿真模型。一方面能实现整个仿真模型的全自动生成，无需手动连线，模型生成效率更快、准确度更好；另一方面其能随通信网络改变而自动变更，整个模型生成过程更灵活、功能更全面。

附图说明

图1 为本发明仿真模型生成方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明仿真模型生成方法的仿真模型一个实施例的结构示意图；

图3为本发明仿真模型生成方法的帧生成步骤的一个实施例的流程图；

图4为本发明仿真模型生成方法的帧生成子系统的一个实施例的结构示意图；

图5为本发明仿真模型生成方法的帧解析步骤的一个实施例的流程图；

图6为本发明仿真模型生成方法的帧解析子系统的一个实施例的结构示意图；

图7为本发明仿真模型生成方法的帧过滤步骤的一个实施例的流程图；

图8为本发明仿真模型生成方法的主机子系统生成步骤的一个实施例的流程图；

图9为本发明仿真模型生成方法的主机子系统的一个实施例的结构示意图；

图10为本发明仿真模型生成方法的从机子系统生成步骤的一个实施例的流程图；

图11为本发明仿真模型生成方法的从机子系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下，各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一、第二”、“S1、S2”、“步骤一、步骤二”等的描述，则该类描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者表明方法的执行顺序等，本领域技术人员可以理解的凡是在发明技术构思下，不违背其发明要点的，都应该列入本发明的保护范围。

如图1、2 所示，本发明提供一种基于LIN协议的仿真模型生成方法，包括：

S1：加载LDF文件（LDF，LIN Description File）的缩写，是LIN的描述文件，获取所需生成的LIN仿真模型的基本信息；具体的，可选但不仅限于采用LDF文件的现有解析方法，获取其基本信息。更为具体的，该基本信息，可选但不仅限于包括：LIN总线的波特率；主从机信息：如主机需要发送哪些帧和接收哪些帧中的哪些信号，从机响应哪些帧和接收哪些帧中的哪些信号等；数据帧信息，如数据帧由哪些信号组成，每个信号的位置和长度等；信号编码信息，如信号的阈值范围，缩放比例，偏移量等；调度表信息，如调度表的个数，每个调度表中的每一条的调度信息包含帧id、帧数据长度、与下一帧的发送间隔等。

S2：根据基本信息，生成主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统；

S3：根据基本信息，确定从机数量，并生成从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统；

S4：连线所有子系统，并进入主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统、从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统，依次生成每个子系统的功能模型，直至生成整个仿真模型。具体的，步骤S2-S4，可选但不仅限于根据基本信息，从上到下、从左至右依次生成各子系统，以采用自顶向下的设计思路，搭建层次分明、布局清晰、简单易懂的仿真模型，不仅其模型更美观，更重要的是减少了模型的耦合性、增加了模型的易理解性和可阅读性。

在该实施例中，给出了本发明基于LIN协议的仿真模型生成方法，能通过解析LDF文件，获取LIN网络的整个仿真模型的基本信息，从而构建主机的帧生成子系统、主机子系统、帧解析子系统和从机的帧生成子系统、从机子系统、帧解析子系统，再根据模型层级，从外而内依次生成每个子系统的功能模型，整个模型的生成步骤一方面能实现全自动生成，无需手动连线，模型生成效率更快、准确度更好；另一方面其能随通信网络改变而自动变更，整个模型生成过程更灵活、功能更全面。

一、主机发送帧子系统和从机响应帧子系统

具体的，主机发送帧子系统，即主机的帧生成子系统；从机响应帧子系统，即从机的帧生成子系统；在仿真过程中，二者都是用于获取原始值，以编码生成帧数据。具体的，如图9所示，主机发送帧子系统，获取原始值，以编码生成主机发送帧数据，并选择性发送至主机发送模块，以经主机发送模块发送至LIN总线上；如图11所示，从机响应帧子系统，获取原始值，以编码生成从机响应帧数据，发送至从机更新帧模块，定时更新是否响应帧数据至LIN总线。更为具体的，如图3、4所示，示例了本发明帧生成子系统，即主机发送帧子系统和从机响应帧子系统的内部实现步骤和结构框图。如图3所示，其流程步骤，可选但不仅限于包括：

A1：将多个原始值编码成多个信号；具体的，可选但不仅限于根据原始值、缩放和偏移量，采用公式（1），将原始值编码成多个信号。

原始值=信号值×缩放+偏移量 （1）

A2：根据每个信号的位置和长度，将多个信号合并成64位整型；

A3：将64位整型拆分成8个字节的帧数据。

如图4所示，对应其内部结构，可选但不仅限于包括：信号编码单元、信号合并单元和数据拆分单元。

二、主机接收帧子系统和从机接收帧子系统

具体的，主机接收帧子系统，即主机的解析子系统；从机接收帧子系统，即从机的帧解析子系统。二者在仿真过程中，都是用于将帧数据解析成原始值，以供仿真者查看。具体的，如图9所示，主机接收模块从LIN总线上接收帧数据，发送至主机接收帧子系统，将帧数据解析成原始值；如图11所示，从机接收模块从LIN总线上接收帧数据，发送至从机接收帧子系统，将帧数据解析成原始值。更为具体的，如图5、6所示，示例了本发明帧解析子系统的内部实现步骤和结构框图，其帧解析流程与上述帧生成路程正好相反，可选但不仅限于包括：

B1：将8个字节的帧数据合并成64位整型；

B2：将64位整型根据每个信号的位置和长度，拆分成多个信号；

B3：将多个信号解码成多个原始值。

对应其内部结构，帧解析子系统，可选但不仅限于包括：数据合并单元、信号拆分单元和解码单元。

在该实施例中，给出了本发明生成的帧生成子系统和帧解析子系统内部如何实现的具体步骤和结构，以确定如何生成帧生成子系统和帧解析子系统，完成其生成和解析帧数据的功能。具体的，能够从LDF文件中获取的基本信息中，得知不同的帧数据是由哪些信号构成，主机和每个从机需要生成哪些帧的哪些信号、需要接收哪些帧的哪些信号。更为具体的，在各个信号合并成数据帧的过程和数据帧解析成各个信号的过程中，由于一个帧最多只有8字节的数据，而每个帧中所包含的信号的个数、位置和长度在8字节中是随机的，因此本方法采用把帧数据当成一个64位整型处理的方式，可对整型进行移位和按位与或非的操作，巧妙地实现了多信号和帧数据的互相转换问题，简化了信号的处理流程，能进一步提高仿真模型的处理效率。

优选的，如图7所示，帧解析子系统的内部实现步骤，还可选但不仅限于包括帧过滤步骤：B4:判断当前帧id与当前接收数据对应的帧id是否相等，若相等则使能，输出接收到的当前信号；若不相等，则不使能，过滤接收到的当前信号。

在该实施例中，在生成的帧解析子系统中增设过滤步骤，优选采用当前帧id的判断结果和使能子系统的使能结合的方式构成帧过滤，能够在使能子系统中实现帧解析功能，保证了主从设备只接收应该接收的数据。本方法的帧过滤的功能是仿真模型自动生成的，而非在封装模块中固定完成，因此每一个主从机子系统只有一组通用数据输出，减少了主从机子系统的输出和连线，以及模型整体的复杂度，比现有方案连线更加简单、功能更加灵活。

三、主机子系统

具体的，如图8、9所示，示例了本发明生成的主机子系统的内部实现步骤和结构框图。如图8所示，其流程步骤，可选但不仅限于包括：

C0：主机初始化；具体的，可选但不仅限于主机驱动初始化和数据初始化，以为后续主机子系统的生成做准备；

C1：获取当前帧id、发送类型、发送使能信息；

C2：判断主机子系统是否存在当前帧id对应的数据，若是则输出当前帧id对应的数据给主机发送模块，并更改发送类型为数据；若否则更改发送类型为帧头；

C3：判断发送使能信息是否为使能，若是则发送步骤C2确定的数据或帧头；若否则不发送。

如图9所示，其对应的内部结构，可选但不仅限于包括：调度表模块、数据选择模块、主机发送模块和主机接收模块。在主机子系统生成过程中，可直接从LDF文件中获取调度表的个数和具体的调度信息，并将所有调度表信息整合成一个二维数组，可选但不仅限于包括所有的调度信息，列属性为帧id，下一帧间隔，帧长度，和一个一维数组，可选但不仅限于包括每一个调度表的调度信息条数，将这两个数组当成参数写入调度表模块中。还获取了主机的可以发送的帧数据id,以生成数据选择模块，并获取主机接收的数据帧id和具体的信号，构成与主机匹配的帧解析子系统。也就是说，整个生成主机子系统等的过程，只需手动封装初始化模块、调度表模块、主机发送模块和主机接收模块即可，其他均可根据LDF文件自动生成，包括主机的帧生成子系统、主机的帧解析子系统、数据选择模块等。此外，主机应该根据调度表的输出来选择对应帧数据发送，如果没有对应帧数据则改为只发送帧头来请求数据。该方法设计了一个数据选择模块，巧妙的解决了主机是发送只有帧头的请求帧还是发送包含数据的数据帧的问题，而且只需要一个发送数据模块，简化了模型的复杂度，提高模型的可阅读性。

四、从机子系统

具体的，如图10、11所示，示例了本发明生成的从机子系统的内部实现步骤和结构框图。如图10所示，其流程步骤，可选但不仅限于包括：

D0：从机初始化；具体的，可选但不仅限于包括驱动初始化和数据初始化；

D1：定时器控制更新模块与各个从机子系统的更新模块连接，并定时发出更新使能信息；

D2：判断更新使能信息是否使能，若是则从机更新帧响应数据，若否则不更新帧响应数据。

如图11所示，其对应的内部结构，可选但不仅限于包括从机更新帧模块和从机接收模块。在从机子系统中，我们需要从LDF文件中获取该从机的响应数据帧id，为每一个响应数据帧生成从机更新帧模块。还需要获取该从机接收的数据帧id和具体该数据帧的哪些信号，用来生成匹配该从机的帧解析子系统。

优选的，由于从机的响应数据是由LDF文件决定的，但是在仿真过程中可以更改用来调试，因此从机子系统，可选但不仅限于增设定时器控制更新模块，以控制从机更新对应的帧响应数据，保证仿真过程更改的从机响应数据可以及时更新。该方法设计每一个响应数据对应一个从机更新帧模块，因此可以在一个周期内更新多组帧响应数据。

另一方面，本发明还提供一种仿真方法，包括：

T1：获取当前LDF文件；

T2：采用上述任意的仿真模型生成方法，生成仿真模型；

T3：驱动初始化和数据初始化仿真模型；

T4：根据调度参数，控制仿真模型发送和接收数据帧，仿真运行。

相较于现有技术，该方案至少具备以下优点：

1、对于仿真模型生成方法，其能根据LDF文件的基本信息，生成主从机各子系统，并自动连线完成仿真模型的建立，其优选方案中各子系统的具体结构和生成形式，能进一步提高仿真效率。

2、对于仿真方法，其基于本发明的仿真模型生成方法，只需要封装基础的LDF加载模块、初始化模块、发送模块、接收模块和调度表模块即可，仿真人员只需要通过LDF加载模块单机一键，选择LDF文件，则可自动调用m脚本在加载LDF模块的右下边生成整个模型子系统，该模块是唯一一个需要手动添加的模块，其他都是由m脚本自动添加的，模型生成过程简单易操作，极大的减少了工作量、增加了灵活性；且M脚本全自动生成快速准确、效率高。也就是说，搭建模型的人员只需要在模型中添加LDF加载模块并且单击，然后选择需要生成模型的LDF文件就可自动生成符合该LDF文件的LIN通信网络的matlab/simulink模型，包括帧数据的生成与解析、调度表的顺序运行和切换、主从设备的数据的收发、从机设备的响应更新与数据接收。在该方法中封装成matlab/simulink库模块的只有与LIN协议驱动相关的初始化模块、发送模块、接收模块和基本不更改的调度表模块，而其他的功能则是根据实际使用的LDF文件来自动生成模型结构，因此生成模型是快速准确的并且具有足够的灵活性，LDF文件更改则模型对应的修改。在半实物仿真中可以完美的代表实际LIN通信网络模型。具体的，LDF加载模块，用于选择和解析LDF文件；初始化模块，存在于每一个主从机子系统中，用来初始化该主从机，包括了驱动初始化和数据初始化；发送模块，存在于每一个主从机子系统中，主机中的发送模块根据输入的发送使能、发送类型、帧id和帧数据来决定调用驱动发送带数据的数据帧或者只有帧头的请求帧。从机中的发送模块根据输入的更新使能、帧id、帧数据来决定是否更新帧响应数据。接收模块，存在于每一个主从机子系统中，用于主机和从机从LIN总线上接收所有的帧数据，本身不做帧过滤。调度表模块：存在于主机子系统中，用来控制主机的发送模块的发送间隔和具体发送哪帧数据的。

另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行程序代码；所述计算机可执行程序代码用于执行上述任意的仿真模型生成方法或仿真方法。

另一方面，本发明还提供一种终端设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有可被处理器执行的程序代码；所述程序代码用于执行上述任意的仿真模型生成方法或仿真方法。

示例性的，所述程序代码可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述程序代码在终端设备中的执行过程。

所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（SmartMedia Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述程序代码以及终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

上述仿真方法、计算机存储介质和终端设备基于上述仿真模型生成方法而创造，其技术作用和有益效果在此不再赘述，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于LIN协议的仿真模型生成方法，其特征在于，包括：

S1：加载LDF文件，获取所需生成的LIN仿真模型的基本信息；

S2：根据基本信息，生成主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统；

S3：根据基本信息，确定从机数量，并生成从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统；

S4：连线所有子系统，并进入主机发送帧子系统、主机子系统、主机接收帧子系统、从机响应帧子系统、从机子系统和从机接收帧子系统，依次生成每个子系统的功能模型，直至生成整个仿真模型；

主机发送帧子系统和从机响应帧子系统的实现步骤，包括：

A1：将多个原始值编码成多个信号；

A2：根据每个信号的位置和长度，将多个信号合并成64位整型；

A3：将64位整型拆分成8个字节的帧数据；

主机接收帧子系统和从机接收帧子系统的实现步骤，包括：

B1：将8个字节的帧数据合并成64位整型；

B2：将64位整型根据每个信号的位置和长度，拆分成多个信号；

B3：将多个信号解码成多个原始值；

主机子系统的实现步骤，包括:

C0：主机初始化；

C1：获取当前帧id、发送类型、发送使能信息；

C2：判断主机子系统是否存在当前帧id对应的数据，若是则输出当前帧id对应的数据给主机发送模块，并更改发送类型为数据；若否则更改发送类型为帧头；

C3：判断发送使能信息是否为使能，若是则发送步骤C2确定的数据或帧头；若否则不发送；

从机子系统的实现步骤，包括：

D0：从机初始化；

D1：定时器控制更新模块与各个从机子系统的更新模块连接，并定时发出更新使能信息；

D2：判断更新使能信息是否使能，若是则从机更新帧响应数据，若否则不更新帧响应数据。

2.根据权利要求1所述的仿真模型生成方法，其特征在于，帧解析子系统的实现步骤，还包括：

B4:判断当前帧id与当前接收数据对应的帧id是否相等，若相等则使能，输出接收到的当前信号；若不相等，则不使能，过滤接收到的当前信号。

3.一种仿真方法，其特征在于，包括：

T1：获取当前LDF文件；

T2：采用权利要求1-2任意一项所述的仿真模型生成方法，生成仿真模型；

T3：驱动初始化和数据初始化仿真模型；

T4：根据调度参数，控制仿真模型发送和接收数据帧，仿真运行。

4.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行程序代码；所述计算机可执行程序代码用于执行权利要求1-2任意一项所述的仿真模型生成方法或权利要求3所述的仿真方法。

5.一种终端设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有可被处理器执行的程序代码；所述程序代码用于执行权利要求1-2任意一项所述的仿真模型生成方法或权利要求3所述的仿真方法。

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