一种用于嵌入式软件的调试验证系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于嵌入式软件的调试验证系统，由实时处理计算机、管理计算机、模型仿真计算机、网络交换机、信号转接板和信号调理板组成。调试验证系统能够在地面与真实的目标机或箭机连接调试验证，模拟运载火箭上真实设备，建立飞行软件的仿真运行环境，对飞行软件进行调试和验证。实时处理计算机安装VxWorks操作系统，保证了数据传递的实时性，各种板卡可以满足与不同类型嵌入式软件系统的连接；模型仿真计算机上运行箭体模型且可以和实时处理机通过反射式内存网络进行通讯；管理计算机提供拖拽的图形化建模方式，快速搭建出仿真测试环境，可以配置数据的收发时序，在显控面板上，可以显示任意的数据，本调试验证系统组成简单、通用性强。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于嵌入式软件的调试验证系统，主要应用于运载火箭的嵌入式软件的调试和验证
技术介绍
在航天控制领域，航天嵌入式一般是指面向航天飞行器的一类特殊的嵌入式软件，又叫飞行软件，控制火箭的整个飞行过程，常见的飞行软件有飞行控制软件、组合导航软件、总线控制软件等，飞行软件的质量直接影响着整个飞行器系统的可靠性，因此对飞行软件的测试尤为重要。但测试飞行软件有2个难点，一是飞行软件的硬件依赖性，即飞行软件需要在特定的硬件环境下运行，而硬件的造价昂贵且研制周期慢，会影响飞行软件的测试周期；二是飞行软件的独立性，飞行软件的研制和测试相对都比较独立，尤其是测试所需的仿真平台无法做到通用，造成了硬件和软件资源的浪费。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种用于嵌入式软件的调试验证系统，该系统组成简单、通用性强。本技术的技术解决方案是一种用于嵌入式软件的调试验证系统，嵌入式软件安装在目标机或箭机中，由实时处理计算机、管理计算机、模型仿真计算机、网络交换机、 信号转接板和信号调理板组成，管理计算机中搭建调试验证平台并通过网络交换机下装到实时处理机的CPU中，模型仿真计算机上运行箭体仿真模型并通过反射式内存网络与实时处理机进行通讯；实时处理计算机采用VxWorks操作系统，实时处理计算机中安装有LVDS 接口卡、155 总线接口板、CAN总线接口卡、串行总线接口卡、反射式内存卡、计数器接口板、定时器接口板、模拟量输入输出卡、数字量输入输出卡，实时处理计算机中的LVDS接口卡、155 总线接口板、CAN总线接口卡、串行总线接口卡通过信号转接板与目标机或箭机相连接，计数器接口板、定时器接口板、模拟量输入输出卡和数字量输入输出卡通过信号调理板和信号转接板与目标机或箭机相连接，信号转接板将目标机或箭机的通信接口转换成与实时处理计算机中各种接口板卡相适应的接口，信号调理板用于对计数信号、定时信号、 模拟量输入输出信号和数字量输入输出信号进行信号调理。本技术与现有技术相比所具有的优点是本技术建立的调试验证系统能够在地面与真实的目标机或箭机连接调试验证，模拟运载火箭上真实设备，建立飞行软件的仿真运行环境，对飞行软件进行调试和验证。本调试验证系统组成简单、通用性强，调试验证系统中的实时处理机安装VxWorks操作系统，保证了数据传递的实时性，各种板卡可以满足与不同类型嵌入式软件系统的连接；模型仿真计算机上运行箭体模型且可以和实时处理机通过反射式内存网络进行通讯；管理计算机提供拖拽的图形化建模方式，快速搭建出仿真测试环境，可以配置数据的收发时序，在显控面板上，可以显示任意的数据。附图说明图1为本技术的组成结构图；图2为本技术管理计算机中静态建模示意图；图3为数据字典的设计图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术做进一步详细的描述如图1所示，本技术采用实时处理机+模型仿真计算机+管理计算机的分布式架构技术，嵌入式软件安装在目标机或箭机中，调试验证系统由实时处理计算机、管理计算机、模型仿真计算机、网络交换机、信号转接板和信号调理板组成，管理计算机通过网络交换机与实时处理计算机相连接，实时处理计算机与模型仿真计算机通过反射式内存网络相连接，实时处理计算机中安装有LVDS接口卡、155 总线接口板、CAN总线接口卡、串行总线接口板、反射式内存卡、计数器接口板、定时器接口板、模拟量输入输出卡、数字量输入输出卡，实时处理计算机中的LVDS接口卡、155 总线接口板、CAN总线接口卡、串行总线接口板通过信号转接板与目标机或箭机相连接，计数器接口板、定时器接口板、模拟量输入输出卡、数字量输入输出卡通过信号调理板和信号转接板与目标机或箭机相连接。实时处理机采用VxWorks实时操作系统，保证了数据传递的实时性，配备了各种IO板卡设备可以满足与不同类型嵌入式软件系统的连接，如MIL-STD-1553、 RS232/422/485、CAN总线、AD/DA、DI/D0等数据交换接口，实时处理计算机把运算好的数据通过信号调理板、信号转接板输入到目标机或箭机中的嵌入式软件中作为激励信号，并接收目标机或箭机中嵌入式软件的反馈数据。管理计算机作为人机交互的接口，负责完成对调试验证工作的图形化配置、管理和过程控制，在管理计算机上搭建仿真调试验证平台后，下装到实时处理机的CPU中。在调试验证过程中，管理计算机还负责实时采集实时处理机与箭机的通讯数据，并在虚拟面板上进行实时显示和事后处理分析。管理计算机中的仿真调试验证平台包括静态建模模块、 动态建模模块、实时显示模块、事后分析模块和故障注入模块。静态建模基于目标机或箭机中的IO变量，建立目标机或箭机的外围设备模型。动态建模基于调试验证时的时序逻辑， 定义虚拟模型与目标机或箭机的数据交换过程。实时显示是在调试验证过程中，在上位管理计算机上用图形化面板显示实时处理机和目标机或箭机之间实时交换的数据。事后分析是在测试完成后，用图形和表格的方式分析测试过程中所记录的数据。故障注入是对调试验证过程进行干预，输入故障数据，查看目标机或箭机的处理情况。静态建模模块采用矩形表示目标机或箭机的外围设备模型，采用箭头表示数据通信模型。如图2所示，矩形可以表示真实的物理设备，也可以表示用户要仿真的设备，如“箭机”和“速率陀螺仿真器”等都属于要硬连接的真实物理设备，“惯组”、“伺服”和“地面”等都属于用户要仿真的设备。箭头的类型有MIL-STD-1553、RS232、RS422、RS485、CAN、AD/ DA、DI/D0，箭头的属性包含外围设备模型和箭机之间所有要通讯的数据，这些数据的大小和格式等属性必须严格符合箭机上嵌入式飞行软件的通讯协议，定义的数据都会进入数据字典，这个字典将会指导之后的建模工作。动态建模模块是在静态建模的基础上，进行第二个层次上的建模，即规定数据的交换过程。此层建模涉及到外围设备模型和箭机之间通讯的原始数据的逻辑特性，主要涉及对象是静态建模中的数据特性，如数据的流向、数据的转移条件、数据的时间约束等等。 简单的说静态建模确定了外围模型和箭机之间都会有哪些变量进行传输，动态建模就是要配置这些变量的传输时序。故障注入模块模拟产生各种故障并注入待测系统，观察其对注入故障的反应，并最终得到评价结果。本技术可以实现嵌入式飞行软件在物理层、协议层和应用层中常见的故障类型和故障模式，如M53B总线通信故障(物理层)、传输校验位错误(协议层)、数据赋值错误(应用层)等等。数据字典的设计如图3所示，数据字典是一个记录各种IO数据的全局变量表。数据字典中除了目标机或箭机与模型之间通讯的原始数据外，还要有用户在动态建模中增加的数据，这里叫做辅助数据，大部分情况下，辅助数据只是对原始数据做了很小的计算，如简单四则运算、类型转换等，但这些辅助数据却是之后用于实时显示和事后分析的最直观的数据。模型仿真计算机，由于箭体模型运算量庞大，必须独立执行，其箭体模型都运行在 windows上，因此需要独立设置一台模型仿真计算机。为了保证模型仿真机和实时处理机之间的数据能及时传输，两者间用反射内存卡进行通讯。仿真模型计算机和管理计算机采用2U工控机。信号转接板将目标机或箭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：上官子粮，韩翔宇，解月江，王晓玲，蒋崇武，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：实用新型
国别省市：