CN117290058B - 模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，及仿真断点调试技术领域，目的是提升断点调试的通用性和断点调试的灵活性。通过断点模块执行，包括以下步骤：进行仿真、断点和数据的初始化设置；进入模型准备执行阶段；产生当前要执行的断点；判断要执行的断点是否已注册，若是则进入下一步，若否则直接跳至步骤模型执行；进入断点；进行数据监控和数据注入；进行模型执行；输出数据，然后返回模型准备执行阶段。本发明具有断点调试配置灵活、便捷、适用性广的优点。

Description

模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法

技术领域

本发明涉及仿真断点调试技术领域，具体而言，涉及模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法。

背景技术

模型仿真是一种通过模拟和计算模型行为来预测或研究系统行为的技术。在工程和科学领域，模型仿真通常用于测试系统、分析性能、优化设计等。

在仿真中一般需要进行断点调试，断点调试主要是在程序执行过程中设置断点，使程序在指定的位置暂停执行，以便程序员可以观察程序的状态和变量值，从而定位错误和问题。断点调试通过操纵调试器（如集成开发环境中的调试器）和目标程序的执行过程，实现在特定代码行或指令处停止执行。在调试的时候可以进行数据注入和数据监控。在现有常规调试技术中，例如专利一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合运维仿真调试平台（公开号：CN109002597B）中，公开包括数字3D虚拟模块,用于生成待调试产品的三维模型，该专利通过数字3D虚拟模块的设置,对待调试的产品进行扫描拍摄后,将待研发的产品的图像转化为虚拟三维模型,通过在线调试模块对待调试的产品进行虚拟调试,虚拟调试成功后在通过实体调试模块进行实体调试。这种方案固定模型的调试方法，不具备通用性，同时还存在不具备断点调试功能的缺陷。一般的方案中，如果需要进行断点调试，断点设置和数据注入等过程也较为不便。

因此亟需对仿真调试进行改进，提升其通用性和断点调试的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其可以提升断点调试的通用性和断点调试的灵活性。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，通过断点模块执行，包括以下步骤：

进行仿真、断点和数据的初始化设置；

进入模型准备执行阶段；

产生当前要执行的断点；

判断当前要执行的断点是否已注册，若是则进入下一步，若否则直接跳至步骤模型执行；

进入当前要执行的断点断点；

进行数据监控和数据注入；

进行模型执行；

输出数据，然后返回所述模型准备执行阶段。

优选地，所述进行仿真、断点和数据的初始化设置包括以下步骤：

建立仿真任务；

按照执行序列设置模型断点；

输入数据。

优选地，所述数据监控和数据注入通过回调函数实现，回调函数中传递了一个模型对象指针，所述模型对象指针的功能包括从输入/输出端口监控数据并注入数据和取得模型的其他信息。

优选地，所述数据监控的方法为：

根据当前断点提供的上下文配置监控数据跟踪模型的状态和数据变化，获取模型的执行状态，所述执行状态包括错误和异常。

优选地，所述数据注入的方法为：

对预设的特定位置的注入数据或状态，用于观察模型的后续响应和结果，验证注入目的是否达到。

优选地，采用并行调试，将并行调试的信号量计数值设置为1，实现每次仅有一个断点进入调试，当前断点进行调试的时候，其他的断点处于等待状态。

优选地，所述断点模块包括UnitBlock和断点调试器；

所述UnitBlock中设置多组最小断点调试单元Unit，在所述UnitBlock中定义所述最小断点调试单元Unit的执行顺序；所述最小断点调试单元Unit分别关联到所述断点调试器。

优选地，所述最小断点调试单元Unit的功能端口包括输入/输出端口、执行控制端口和断点调试端口；

所述输入/输出端口用于数据的注入与输出；

所述执行控制端口用于控制模型的执行功能，所述执行功能包括启动、停止；

所述断点调试端口的作用为：当任务处于调试模式下时，在所述进行模型执行前，通过所述断点调试端口发起相应的调试功能。

优选地，所述UnitBlock的功能端口与所述最小断点调试单元Unit的功能端口相同。

优选地，所述断点调试器包括断点池、调试控制器、断点设置端口和控制端口；

所述断点池用于存储所有断点，每个断点对应一个调试单元，调试单元包括断点号、使能和触发条件；

所述调试控制器用于实现调试时的不同操作；

所述断点设置端口用于与任务关联，且同步设置任务配置的断点；

所述控制端口用于提供StepOver、StepInto、StepOut功能；

所述控制端口与所述最小断点调试单元Unit的所述断点调试端口关联。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明通过回调函数实现数据监控和数据注入，回调函数提供了模型的实例指针，也就是模型对象指针，通过改变模型的数据，便可以达到改变仿真过程的目的，有助于扩展扩展其他更多的调试需求，灵活度高，扩展性强；

本发明在并行调试过程中，通过将并行调试的信号量计数值设置为1使得每个断点顺次被执行，不会发生执行过程冲突和数据冲突，断点调试有序、有条理；

本发明可以进行断点调试的模型有最小断点调试单元Unit和UnitBlock，在UnitBlock中可以自由组合Unit的执行顺序，灵活地自定义执行顺序，并严格执行，可以得到准确的调试监控、注入行为，也能够准确的预估仿真结果；

在本发明的模型仿真过程中，断点调试、数据注入和数据监控等技术相互配合，更好地理解和分析模型的行为，定位问题和异常，验证模型的正确性，并进行性能分析和优化，有助于提高模型的开发效率和质量；

本发明设计合理，仿真断点调试的设置和执行灵活且简单，适用性和通用性强，便于推广和实施。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例3提供的 UnitBlock的功能端口与最小断点调试单元Unit的结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的最小断点调试单元Unit与断点调试器的关联结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，通过断点模块执行，参阅图1，包括以下步骤：

进行仿真、断点和数据的初始化设置；

进入模型准备执行阶段；

产生断点：产生当前要执行的断点；

判断当前要执行的断点是否已注册，若是则进入下一步，若否则直接跳至步骤模型执行；

进入断点：进入当前要执行的断点断点；

进行数据监控和数据注入；

进行模型执行；

输出数据，然后返回所述模型准备执行阶段。

作为本实施例的优选方案，所述进行仿真、断点和数据的初始化设置包括以下步骤：

建立仿真任务；

设置模型断点：按照执行序列设置模型断点；

输入数据。

本实施例中，首先为仿真以及断点测试做准备工作，因此首先需要根据实际需要建立好仿真任务，然后根据测试需求设置需要测试的断点位置，可以将当前断点执行模块中的断点池里，接着输入数据。

在以上前序工作做完以后，进入模型准备执行阶段，模型准备执行阶段也就是加载仿真时候必要的资源例如模型资源等；然后产生当前一步要执行的断点；判断当前要执行的断点是否已注册，也就是看看当前断点执行模块中的断点池里面有没有这个断点，若是则进入在后续步骤进行数据监控和数据注入等操作后再进行模型执行，若否则直接跳至步骤模型执行；

在模型执行完毕后输出数据，输出数据即为仿真结果，然后返回所述模型准备执行阶段，继续执行其他断点的调试工作。

实施例2

本实施例基于实施例1的技术方案，对具体的仿真调试过程做进一步说明。

在本实施例中，所述数据监控和数据注入通过回调函数实现，回调函数中传递了一个模型对象指针，所述模型对象指针的功能包括从输入/输出端口监控数据并注入数据和取得模型的其他信息。

进一步地，所述数据监控的方法为：

根据当前断点提供的上下文配置监控数据跟踪模型的状态和数据变化，获取模型的执行状态，所述执行状态包括错误和异常。

另一方面，所述数据注入的方法为：

对预设的特定位置的注入数据或状态，用于观察模型的后续响应和结果，验证注入目的是否达到。

具体来说，数据注入是一种在程序执行过程中向特定位置插入自定义数据或信息的技术。在模型仿真中，数据注入用于模拟不同的场景和条件，以测试模型在不同情况下的行为和性能，通过注入特定的输入数据或状态，可以观察模型的响应和输出结果，验证其正确性和稳定性。

而数据监控是一种在程序执行过程中实时监视特定数据值的变化和状态的技术，在模型仿真中，数据监控用于跟踪模型的状态变化，查看内存中的数据，或者观察寄存器的变化，这有助于调试人员了解模型的执行状态，找出错误或异常。

在具体执行过程中，可以采用并行调试，将并行调试的信号量计数值设置为1，实现每次仅有一个断点进入调试，当前断点进行调试的时候，其他的断点处于等待状态。

前面说到了，整个调试流程是一个并行调试流程，这里通过信号量计数值置于1来控制进入调试的断点数量，具体原理如下：

并行调试流程是基于信号量实现的，信号量是一种在多线程和多进程编程中用于同步和互斥的工具。信号量实际是一个计数器，用于控制多个线程或进程对共享资源的访问。信号量的值可以通过一系列操作进行增加或减少，当信号量的值为正数时，表示有可用资源，线程或进程可以继续执行；当信号量的值为零或负数时，表示资源被占用，线程或进程必须等待。

信号量主要用于解决多线程或多进程之间的竞争条件和临界区问题，确保对共享资源的访问是有序的、互斥的，避免了资源的竞争和冲突。常见的信号量有两种类型：

二进制信号量：也称为互斥锁（Mutex），它的值只能为0或1。用于控制对某个共享资源的独占访问，保证在同一时刻只有一个线程或进程可以访问该资源。

计数信号量：其值可以为非负整数，用于控制对多个相同资源的有限访问。比如有一个资源池，包含有限数量的资源，多个线程或进程需要从池中获取资源，计数信号量可以控制同时有限个线程或进程可以访问资源。

信号量提供了两个主要操作：

P（Proberen）操作：也称为信号量的减操作。当线程或进程需要访问资源时，先执行P操作，如果信号量的值大于0，则将其减1，线程或进程可以继续执行；如果信号量的值为0或负数，则线程或进程进入等待状态，直到信号量的值变为正数。

V（Verhogen）操作：也称为信号量的加操作。当线程或进程访问资源结束时，执行V操作，将信号量的值加1，释放资源，并唤醒等待中的线程或进程。

实现并行调试使用的是计数信号量，当多个模型同时进入断点的时候，有一个模型取得信号量之后，其他的模型将顺序等待信号量释放。取得信号量的模型执行完断点后，释放信号量，其他模型取得一个信号量，进入断点调试。

实施例3

本实施例基于实施例1的技术方案，对具体的用于执行整个断点调试的断点模块做进一步说明。

作为本实施例的优选方案，断点调试模块主要实现设置断点、设置断点使能、设置断点条件、StepOver、StepInto、StepOut等功能。StepOver、StepInto、StepOut都是控制端口提供的功能的名称，StepInto 代表单步执行时候进入UnitBlock内部；StepOver则是在单步执行的子函数时候如果遇到子函数则是直接将整个子函数执行完再开始停止继续进行单步执行；StepOut则是单步执行时跳出UnitBlock。单步执行是一行一行逐步执行。

参阅图2-图3，所述断点模块包括UnitBlock和断点调试器；图中的Unit代表调试单元，UnitBlock代表调试单元块，在UnitBlock中可以自由组合Unit的执行顺序。

所述UnitBlock中设置多组最小断点调试单元Unit，在所述UnitBlock中定义所述最小断点调试单元Unit的执行顺序；所述最小断点调试单元Unit分别关联到所述断点调试器。

例如图2中设置了4个断点，顺次配置在四个最小断点调试单元Unit中，并且都关联到所述断点调试器，断点调试器按照配置顺序依次执行每个断点。

在本实施例中，所述最小断点调试单元Unit的功能端口包括输入/输出端口、执行控制端口和断点调试端口；

所述输入/输出端口用于数据的注入与输出；

所述执行控制端口用于控制模型的执行功能，所述执行功能包括启动、停止；

所述断点调试端口的作用为：当任务处于调试模式下时，在所述进行模型执行前，通过所述断点调试端口发起相应的调试功能。

进一步地，所述UnitBlock的功能端口与所述最小断点调试单元Unit的功能端口相同。

另一方面，所述断点调试器包括断点池、调试控制器、断点设置端口和控制端口；

所述断点池用于存储所有断点，每个断点对应一个调试单元，调试单元包括断点号、使能和触发条件；

所述调试控制器用于实现调试时的不同操作；

所述断点设置端口用于与任务关联，且同步设置任务配置的断点；

所述控制端口用于提供StepOver、StepInto、StepOut功能；其中，StepOver是逐调试单元执行，StepInto是进入UnitBlock内部，StepOut则是跳出UnitBlock。

所述控制端口与所述最小断点调试单元Unit的所述断点调试端口关联。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，通过断点模块执行，包括以下步骤：

进行仿真、断点和数据的初始化设置；

进入模型准备执行阶段；

产生当前要执行的断点；

判断当前要执行的断点是否已注册，若是则进入下一步，若否则直接跳至步骤模型执行；

进入当前要执行的断点断点；

进行数据监控和数据注入；

进行模型执行；

输出数据，然后返回所述模型准备执行阶段；

所述进行仿真、断点和数据的初始化设置包括以下步骤：

建立仿真任务；

按照执行序列设置模型断点；

输入数据；

所述数据监控和数据注入通过回调函数实现，回调函数中传递了一个模型对象指针，所述模型对象指针的功能包括从输入/输出端口监控数据并注入数据和取得模型的其他信息；

所述数据监控的方法为：

根据当前断点提供的上下文配置监控数据跟踪模型的状态和数据变化，获取模型的执行状态，所述执行状态包括错误和异常；

所述数据注入的方法为：

对预设的位置的注入数据或状态，用于观察模型的后续响应和结果，验证注入目的是否达到。

2.根据权利要求1所述的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，采用并行调试，将并行调试的信号量计数值设置为1，实现每次仅有一个断点进入调试，当前断点进行调试的时候，其他的断点处于等待状态。

3.根据权利要求1所述的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，所述断点模块包括UnitBlock和断点调试器；

所述UnitBlock中设置多组最小断点调试单元Unit，在所述UnitBlock中定义所述最小断点调试单元Unit的执行顺序；所述最小断点调试单元Unit分别关联到所述断点调试器。

4.根据权利要求3所述的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，所述最小断点调试单元Unit的功能端口包括输入/输出端口、执行控制端口和断点调试端口；

所述输入/输出端口用于数据的注入与输出；

所述执行控制端口用于控制模型的执行功能，所述执行功能包括启动和停止；

所述断点调试端口的作用为：当任务处于调试模式下时，在所述进行模型执行前，通过所述断点调试端口发起相应的调试功能。

5.根据权利要求4所述的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，所述UnitBlock的功能端口与所述最小断点调试单元Unit的功能端口相同。

6.根据权利要求5所述的模型仿真时进行执行断点调试数据注入和数据监控的方法，其特征在于，所述断点调试器包括断点池、调试控制器、断点设置端口和控制端口；

所述断点池用于存储所有断点，每个断点对应一个调试单元，调试单元包括断点号、使能和触发条件；

所述调试控制器用于实现调试时的不同操作；

所述断点设置端口用于与任务关联，且同步设置任务配置的断点；

所述控制端口用于提供StepOver、StepInto和StepOut功能；

所述控制端口与所述最小断点调试单元Unit的所述断点调试端口关联。