基于Simics的双余度飞控计算机数字模型的设计与实现

发布时间：2020-07-24 18:24

【摘要】：飞控计算机在飞机的可靠性与安全性方面起着决定性的作用,它主要负责完成对飞机传感器数据的处理、飞行姿态的控制以及余度管理等任务。而真实的飞控计算机价格不菲且不易获得,并且不能随时的对机载代码进行调试和修改,这无疑对飞控相关软件的研发和测试带来了极大的不便。针对此问题,本文提出了对某款真实战机上的双余度飞控计算机进行数字化建模,使得飞控计算机配套软件的开发和测试不受真实硬件的制约。本文利用风河公司旗下的Simics建模平台完成对双余度飞控计算机的数字化建模,从而加快飞控系统的设计效率,将其设计成本降到最低。甚至可以在没有真实硬件的情况下由数字模型代替飞控计算机完成相关的数据测试以及与外围调试软件的通信。该数字模型在满足真实硬件全部功能性和实时性需求的同时,还能加载相关驱动、操作系统以及飞控应用软件。本文研究内容包含以下几个方面:(1)通过分析比较几种数字建模平台在仿真效率、兼容性、完备性等方面的差异,提出选取Simics作为本课题建模平台的基本依据。并进一步对Simics中的几种核心机制进行研究与分析。(2)研究了双余度飞控计算机数字模型余度管理中的同步技术、交叉数据链路技术等关键技术,并结合本课题的实际情况,分别设计了同步和交叉数据链路的方案。(3)通过对双余度飞控计算机数字模型整体框架的研究,搭建了双处理器模型、桥模型、存储器模型、离散量接收模型、看门狗模型、Debug1394模型、调试软件接口模型。并将Win IO库中并口传输改为UDP传输方式,完成整个数字模型的搭建。(4)完成对双余度飞控计算机数字模型的测试与验证。先逐一对各个模块进行功能性的单元测试,以验证其功能完备性。之后将数字模型置于飞管系统仿真验证平台中并结合相关调试软件,对整个模型进行集成测试、闭环测试以及性能测试。本论文通过对双余度飞控计算机数字模型的设计与实现,解决了机载代码及飞控软件的开发和调试需要依赖于真实硬件的局限性。降低了设计成本,简化了相关的操作环境。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52
【图文】：

对比图,传统软件,对比图,数字模型

第一章绪论期不得不使用旧版本的电路板或上一代硬件的技术，为后期的调试和修重大挑战，特别是对于固件和驱动程序等低级代码，其影响则更为显著软件的开发过程往往要滞后于硬件的主要原因。在使用了数字模型搭建后，可以看出软件和硬件能达到并行开发，显著减少了释放产品的时间为进度压力是通过增加并行度而降低的，所以开发人员可以选择在产品完成更多的测试，从而提高产品质量。与不使用数字模型相比，系统开以节省数周甚至数月的时间[18]。

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任意网络的系统拓扑结构。Simics 本身运行在模拟主机上用户的开发环境。主机运行一个主机操作系统，比如 Micro标机则可以运行另一种操作系统。的体系架构如图 2-1 所示，其内部采用模块化，通过为每一拟核，来使其在运行时加载模型的具体功能，其实质上是件。每一个模型对应一个真实设备或者某个单板模型。Si以缩短大型系统的重建时间，因为只有发生实际更改的模系统的其余部分不受影响，因此每个 Simics 设备模型都可和修改。模块化也允许改变模拟系统运行，如添加其他功。Simics 中很大一部分模块集以源代码形式提供给用户，户可以很方便的调用Simics丰富的集成库。甚至对于Simic令行界面这些核心功能，都是作为模块构建并且动态加载译的 Simics 可执行文件可以保持非常小。

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第二章数字模型相关技术分析。最常用的接口是 io_memory 接口，数字模型的搭io_memory 接口完成设备到内存地址的映射。供 connect、implement、data_gramlink、connector 等以及单板之间的数据通信。plement 的配对使用可以完成底层设备间的小数据流示的设备 A 与设备 B 之间某个标志位的传输，可以一个 connect 接口，在设备 B 的 DML 文件中定义一个有多个接口，即可以存在多个 connect 与 implement过用户自定义设置接口名称进行区分。并通过调用nd()和 recv()函数完成数据的收发。Simics 的这种接口函数暴露给使用者，使得用户可以通过函数调用的这种接口适合设备间小数据量的传送，例如传送某封装好的结构体。

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