DE3924669A1 - Emulationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Emulationssystem bestehend aus wenigstens einer realen Kommunikationsverbindung zwischen Emulatorknoten, die zur teilweisen Simulation von Knoten des realen Systems mit Hardware-Komponenten die Kommunikation über die wenigstens eine Kommunikationsverbindung ermöglichen und eine Schnittstelle zu einem Systemmodelierer aufweisen, über die mit einer Software des Emulatorknotens Prozeßabläufe simulierbar und über den Hardware-Teil des Emulatorknotens in die wenigstens eine Kommunikationsverbindung zur Verarbeitung durch andere Simulator­ knoten des Systems einspeisbar sind.

Derartige Emulatoren dienen der Nachbildung von Teilsystemen und werden eingesetzt, um in halbfertigen Prototypsystemen die noch nicht real existierenden Systemkomponenten zu ersetzen. Dabei werden regelmäßig die schnellen Systemteile real aufgebaut, um eine Simulation der Vorgänge des realen Systems in Echtzeit zu ermöglichen. Durch den Modellierer können in einem gewissen Umfang die Eigenschaften des nachzubildenden und zu ersetzenden Teilsystems variiert werden. Für eine vorgegebene Realisierung eines Emulators ist jeweils ein Kompromiß hinsichtlich der Kom­ plexität des nachgebildeten Systems und seiner Echtzeitfähigkeit einzugehen. Eine gewünschte hohe Echtzeitfähigkeit bedingt eine relativ niedrige Modellierungskomplexität des nachzubildenden Systems oder Prozesses und umgekehrt.

Für ein Emulationssystem mit einer Vielzahl von Emulatorknoten ist es sicherlich nicht vertretbar, den Hardwareaufwand für Emu­ latorknoten so hoch zu wählen, daß für die höchsten Anforderungen an einem singulären Emulatorknoten eine hohe Echtzeitfähigkeit und Modellierungskomplexität erzielt wird, weil dadurch die meisten der anderen Emulatorknoten weit überdimensioniert wären und das Emulationssystem unökonomisch würde. Andererseits ist die individuelle Ausbildung von Emulatorknoten ebenfalls kaum möglich, weil sich eine zu niedrige Komplexität eines Emulator­ knotens regelmäßig erst im Betrieb des aufgebauten Emulations­ systems ergibt, so daß anschließend ein Emulatorknoten völlig neu aufgebaut werden müßte.

Die Erfindung geht von der geschilderten Problemstellung aus. Eine Vermeidung der geschilderten Nachteile gelingt mit einem Emulationssystem mit den eingangs aufgezählten Merkmalen durch wenigstens eine Steuer- und Datenverbindung, über die mehrere, verschiedene Teilfunktionen des Emulatorknotens übernehmende, im wesentlichen gleiche Hardware-Komponenten eines Emulatorknotens miteinander verbunden sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist ein Emulatorknoten, der sich als nicht ausreichend dimensioniert herausgestellt hat, einfach dadurch aufrüstbar, daß Hardware-Zusätze modular hinzu­ gefügt werden, wobei der Zusatz der Hardware-Module für den Modellierer keine Veränderung bewirkt, weil die modularen Hard­ ware-Komponenten über die interne Software des Emulatorknotens durch die Steuerverbindung untereinander steuerbar sind. Der Aufbau eines Emulatorknotens weist somit einen oder mehrere interne Busse auf, die das modulare Hinzufügen von Hardware- Komponenten ohne Rückwirkung nach außen, also für den Modellierer oder die Kommunikationsverbindung zwischen den Emulatorknoten, ermöglicht. Die modular hinzuzufügenden Hardware-Komponenten können zusätzliche Kommunikations-Interfaces, reale Interface- Anpassungen, reale Event-Logiken und reale Timer sein. Dabei ist es sowohl möglich, den Emulatorknoten als Einfachknoten, aber auch als Mehrfachknoten auszubilden, wobei letzterer über mehrere Bus-Treiber mit der Kommunikationsverbindung (im allgemeinen im Form eines Busses) kommuniziert.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Problemstellung gelingt ferner mit einem Emulationssystem der eingangs erwähnten Merkmale durch wenigstens einen Steuer- und Datenverbindung, über die mehrere Emulatorknoten miteinander verbunden sind, die Teilfunktionen eines Knoten des realen Systems übernehmen.

Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Simulation der Echtwelt werden mehrere Emulatorknoten verwendet, die über die Steuer­ verbindung Teilaufgaben erledigen und über die gemeinsame Daten­ verbindung mit der Kommunikationsverbindung zwischen den den Knoten des realen Systems zugeordneten Emulatorknotenanordnungen kommunizieren. Die mehreren Emulationsknoten zur Ausübung von Teilfunktionen eines Knotens des realen Systems sind dabei vorzugsweise über ein Steuernetz miteinander und über ein Emulationsnetz mit der Kommunikationsverbindung verbunden. Der Zugriff des Modellierers auf die Emulatorknoten kann über einen Ansprechknoten erfolgen, der über das Steuernetz mit den anderen Emulatorknoten verbunden ist oder kann direkt über das Steuernetz mit den mehreren Emulatorknoten vorgenommen werden.

Dabei ist es auch möglich, über die Steuerverbindung der Emulatorknoten eine Verteilung der Ausgangsdaten der Emulator­ knoten auf verschiedene Kommunikationsverbindungen zu steuern, wenn mehrere Kommunikationsverbindungen im realen System vor­ gesehen sind, also eine dezentrale Steuerung erfolgt. Eine derartige Steuerung ist selbstverständlich auch möglich, wenn ein Emulatorknoten intern modular zu einem Mehrfachknoten mit mehreren Bustreibern ausgestaltet worden ist.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines herkömmlichen Emulatorknotens,

Fig. 2 eine Darstellung von internen modularen Ergänzungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Emulatorknotens,

Fig. 3 modulare Ergänzungsmöglichkeiten für die Ausbildung eines Mehrfach-Emulatorknotens,

Fig. 4 die Ausbildung eines Mehrfach-Emulatorknotens mit den Zusatzmöglichkeiten gemäß Fig. 2,

Fig. 5 einen Mehrfach-Emulatorknoten gemäß Fig. 3, der auf zwei Busse zugreift,

Fig. 6 einen gemäß Fig. 4 ergänzten Emulatorknoten, der auf zwei Busse zugreift,

Fig. 7 eine mehrfache Anordnung von Emulatorknoten, die über ein sie verbindendes Steuernetz mit dem Modellierer und über ein sie verbindendes Emu­ lationsnetz mit dem realen Bus verbunden sind,

Fig. 8 eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 7, bei der ein Modellierer auf einen der Emulatorknoten zugreift, der eine Steuerfunktion über ein Steuernetz für die anderen Emulatorknoten ausübt, die über das Emulationsnetz mit dem realen Bus kommunizieren,

Fig. 9 eine Anordnung mit mehreren über ein Steuernetz verbundenen Emulatorknoten, die direkt auf einen von zwei Bussen zugreifen,

Fig. 10 eine Anordnung gemäß Fig. 9, bei der ein Emulatorknoten gemäß Fig. 8 als Steuerknoten dient.

Ein herkömmlicher, in Fig. 1 dargestellter Emulatorknoten kommuniziert mit einem Modellierer über einen Treiber 1 und ein Kommunikationsinterface 2. Die Kommunikation wird regelmäßig über eine PC erfolgen. Der Emulatorknoten weist einen Steuerungskern auf. Über ein Kommunikationsinterface 3 und einen Bustreiber, die real als Hardware in der Form des realen Systems aufgebaut sind, kommuniziert der Emulatorknoten mit einer regelmäßig als Bus aus­ gebildeten Kommunikationsverbindung 5, die wie im realen System aufgebaut ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Bus ein zentraler Steuerbus eines Kraft­ fahrzeugs und die Emulatorknoten simulieren beispielsweise als Endknoten Meßwerte des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Motortem­ peratur, Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Bremspedalbetätigung usw. und erzeugen entsprechende Botschaften, die über den Bus B an andere Knoten weitergeleitet werden, wo sie in entsprechende Steuerbefehle für durch die Botschaften betroffene Steuerorgane entsprechend dem in den Knoten vorhandenen Programm umgesetzt werden und dadurch ggf. wieder Botschaften erzeugen, die zu Rück­ wirkungen an anderen Stellen (Knoten) führen.

Ein Emulatorknoten, wie er in Fig. 1 aufgebaut ist, ist - wie oben erläutert - hinsichtlich der realisierbaren Modellierungs­ treue (Komplexität) und Echtzeitfähigkeit beschränkt.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß durch Hardware-Zusätze erweiterten Emulator, der bei gleicher Echtzeitfähigkeit eine wesentliche höhere Modellierungstreue aufweist. Hierzu können die Kommunikationsinterfaces 3 modular durch zusätzliche Kommunika­ tionsinterfaces 3′ ergänzt werden. Die Echtzeitfähigkeit wird erhöht durch Interface-Anpassungszusätze 5 und durch Zusätze von Event-Logiken 6, die in Hardwareausführung bestimmte Reaktionen erzeugen, wenn bestimmte Ereignisse eingetreten sind. Einer hohen Komplexität kann in vielen Fällen durch eine größere Anzahl von zugesetzten Event-Logiken 6 Rechnung getragen werden.

Die Echtzeitfähigkeit des Emulatorknotens wird durch Timer 7 verbessert, die als Echtzeit-Weckuhren dienen können, um das zeitbedingte genauer Aussenden von Botschaften in das Zielsystem zu vereinfachen. Die Timer 7 können auch Zufallsgeneratoren realisieren, um damit das nicht genau vorhersagbare Verhalten von zu ersetzenden Systemen in Verbindung mit einem Gesamtsystem nachbilden zu können.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Aufrüstung des Emulator­ knotens ist die einfache Erweiterbarkeit durch die einzelnen Hardware-Zusätze. Je nach Anforderung wird ein weiterer Zusatz dazugesteckt. Damit erhöht sich die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems, ohne das der Modellierer auf der höheren Ebene eine andere Behandlungsweise für den zu modellierenden Prozeß einschlagen muß. Hierzu sind die jeweils gleichen Zusätze 3, 3′; 5, 6, 7 durch Busse miteinander verbunden, die einen Austausch von Steuersignalen und erzeugten Daten erlauben, so daß extern nur ein leistungsfähigerer Emulatorknoten gesehen wird, der interne Aufbau mit zusätzlichen Hardware-Bausteinen jedoch nicht erkennbar ist.

Fig. 3 zeigt eine Erweiterung durch zusätzliche Kommunikations­ interfaces 3′ aber auch durch zusätzliche Bustreiber 4′, die den Knoten als Mehrfach-Emulatorknoten auf den Bus 8 einwirken lassen.

Fig. 4 zeigt einen Mehrfach-Emulatorknoten, bei dem die in Fig. 2 beschriebenen Ergänzungsmöglichkeiten vorgesehen sind.

Der in Fig. 5 dargestellte Emulatorknoten entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Mehrfach-Emulatorknoten, wobei allerdings die verschiedenen Bustreiber 4, 4′ auf verschiedene Busse B1, B2 einer somit dezentralen Steuerung des realen Prozesses zugreifen.

Fig. 6 zeigt die durch die in Fig. 2 beschriebenen Zusätze ergänzte Variante des Emulatorknotens gemäß Fig. 5.

Eine alternative Lösung für die Erhöhung der Leistungsfähigkeit eines Emulatorknotens besteht darin, mehrere Emulatorknoten über ein Steuernetz SN und eine Emulationsnetz EN zusammenzufassen. Der Modellierer gibt seine Randbedingungen, wie beispielsweise die gewünschte Häufigkeitsverteilung für bestimmte Zustände des Systems in das Steuernetz SN ein, das gemäß der Logik des Steuernetzes die Daten auf die betroffenen, mit ihm verbundenen Emulatorknoten verteilt. Die Ausgänge der einzelnen Emulator­ knoten gelangen in ein Emulationsnetz EN und über dieses auf den Bus B.

Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Der für den Modellierer nicht sichtbare Unterschied besteht lediglich darin, daß der Modellierer auf einen der Emulationsknoten direkt zugreift, der als Steuerknoten fungiert und entsprechende Steuer­ signale in das Steuernetz SN eingibt. Mit dem Emulationsnetz EN sind nur die weiteren Emulatorknoten verbunden, die gemeinsam die Funktion eines Knotens des realen Systems erfüllen. Über das Emulationsnetz EN findet die Kommunikation mit dem Bus B statt. Die in Fig. 9 dargestellte Anordnung mehrerer Emulatorknoten entspricht im wesentlichen der in Fig. 7 dargestellten Anordnung, jedoch mit dem Unterschied, daß die Ausgänge der einzelnen Emulatorknoten nicht über ein Emulationsnetz zusammen­ gefaßt sind sondern direkt auf verschiedene Busse B1, B2 einer dezentralen Steuerung zugreifen.

In der in Fig. 10 dargestellten Anordnung dient wieder ein Emulatorknoten als Steuerknoten analog der in Fig. 8 dar­ gestellten Anordnung. Wie in der Anordnung gemäß Fig. 9 greifen die einzelnen Emulatorknoten ohne Zwischenschaltung eines Emulationsnetzes direkt auf die Busse B1, B2 zu.

Während bei den in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Emulator­ knoten die Aufrüstung intern im Emulatorknoten durch Hinzufügen von Hardware-Modulen, die über einen Bus miteinander verbunden sind, erfolgt, zeigen die Fig. 7 bis 10 eine Erhöhung der Hardware-Leistungsfähigkeit der Emulatorknoten durch eine geeignete Zusammenfassung mehrerer Einzelknoten zu der Funktion eines Gesamt-Emulatorknotens, wobei die Einzelknoten Teilfunk­ tionen des Gesamt-Emulatorknotens ausüben und der Gesamt-Emula­ torknoten die Funktion eines Knotens des realen Systems simuliert.

Claims (11)

1. Emulationssystem bestehend aus wenigstens einer realen Kommunikationsverbindung (B; B1, B2) zwischen Emulator­ knoten, die zur teilweisen Simulation von Knoten des realen Systems mit Hardware-Komponenten (3, 4) die Kommunikation über die wenigstens eine Kommunikationsverbindung (B; B1, B2) ermöglichen und eine Schnittstelle (1, 2) zu einem Systemmodellierer aufweisen, über die mit einer Software des Emulatorknotens Prozeßabläufe simulierbar und über den Hard­ ware-Teil des Emulatorknotens in die Kommunikationsverbin­ dung (B; B1, B2) zur Verarbeitung durch andere Emulator­ knoten des Systems einspeisbar sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuer- und Datenverbindung, über die mehrere, verschiedene Teilfunktionen des Emulatorknotens übernehmende, im wesentlichen gleiche Hardware-Komponen­ ten (3, 3′; 4, 4′; 5, 6, 7) eines Emulatorknotens mitein­ ander verbunden sind.

2. Emulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulatorknoten einen oder mehrere reale Timer (7) aufweist.

3. Emulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Emulatorknoten einen oder mehrere reale Event-Logiken (6) aufweist.

4. Emulationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulatorknoten eine oder mehrere reale Interface-Anpassungen (5) aufweist.

5. Emulationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulatorknoten für die Zuschaltung realer Kommunikations-Interfaces (3′) vorgesehen ist.

6. Emulationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulationsknoten als Mehrfachknoten über mehrere Bustreiber (4, 4′) mit der Kommunikations­ verbindung (B; B1, B2) kommuniziert.

7. Emulationssystem bestehend aus wenigstens einer realen Kommunikationsverbindung (B; B1, B2) zwischen Emulator­ knoten, die zur teilweisen Simulation von Knoten des realen Systems mit Hardware-Komponenten (3, 4) die Kommunikation über die wenigstens eine Kommunikationsverbindung (B; B1, B2) ermöglichen und eine Schnittstelle (1, 2) zu einem Systemmodellierer aufweisen, über die mit einer Software des Emulatorknotens Prozeßabläufe simulierbar und über den Hard­ ware-Teil des Emulatorknotens in die Kommunikationsverbin­ dung (B; B1, B2) zur Verarbeitung durch andere Emulator­ knoten des Systems einspeisbar sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuer- und Datenverbindung (SN, EN), über die mehrere Emulatorknoten miteinander verbunden sind, die Teilfunktionen eines Knotens des realen Systems übernehmen.

8. Emulationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Emulatorknoten zur Ausübung von Teilfunktionen eines Knotens des realen Systems über ein Steuernetz (SN) miteinander verbunden sind.

9. Emulationssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mehreren Emulatorknoten über ein Emula­ tiosnetz (EN) mit der wenigstens einen Kommunikations­ verbindung (B; B1, B2) verbunden sind.

10. Emulationssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Emulatorknoten direkt mit den Kommuni­ kationsverbindungen (B; B1, B2) kommunizieren.

11. Emulationssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zum Modellierer über einen der Emulatorknoten hergestellt wird, der über das Steuernetz (SN) die Steuerung der anderen Teil-Emulator­ knoten vornimmt.