航电全数字仿真平台技术研究

汪亚杰

（上海飞机设计研究院国家重点实验室，中国 上海 201210）

【摘　要】航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证（V&V）流程中有着重要的作用，有助于进行早期评估以优化所有资源的使用，减少开发时间。研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现，并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台，该平台可用于对航电系统需求进行确认。

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关键词 全数字仿真；航电系统；需求确认

Research on Avionics Full Digital Simulation Platform

WANG Ya-jie

(State Key Laboratory, Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

【Abstract】Avionics digital simulation is important in the validation of avionics system and in the process of .V&V, it help optimalize the resource and decrease the develop time on the early stage. This paper focus on the realization of the avionics digital platform, this platform can do the validation of avionics system.

【Key words】Full digital system；Avionics system；Requirement validation

0　引言

航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证（V&V）流程中有着重要的作用，在航电设计的早期阶段，通过模型及仿真的方式进行系统可行性分析、验证，有助于进行早期评估以优化所有资源的使用，能在短时间内检验构型变化，从而减少开发时间。

本文所研究的航电全数字仿真平台主要包括主仿真系统和上位机仿真监控软件、建模相关软件等。在数字仿真阶段，模型之间通过反射内存网或以太网交换数据，各仿真节点可自由配置航电模型。考虑后续向半物理仿真测试的要求，主仿真系统要具备高度可复用性，预留与前端设备的数据接口，并且在不修改已开发的仿真模型基础上，顺利实现全数字仿真向半物理仿真的过渡。上位机软件提供程控开关，实现模型和配线的同时切换，便于真实设备接入仿真网络。

1　系统整体网络拓扑结构

航电全数字仿真系统采用上下位机结构形式。上位机主要运行仿真建模及仿真试验的应用软件，如Rhapsody、实时仿真过程的监控软件、数据模型管理平台等。上位机采用普通PC机，Windows操作系统。下位机采用工业控制计算机，PCI总线形式。在实时内核的调度下运行多任务的航电系统的仿真模型，通过反射内存网或以太网模拟各分系统间的数据链路，并响应上位机的命令，实现数据上传与下载。仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网进行连接，它们之间的通讯是通过TCP/IP协议，仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网主要是传输监控软件发给实时节点的指令；实时仿真节点之间的数据通讯是通过反射内存网或以太网，模拟航电系统各模块间的数据通讯，仿真监控计算机对反射内存网上传输的数据进行监控。航电全数字仿真平台网络拓扑结构见图1。

2　系统工作流程图

航电全数字仿真平台的工作流程图如图2所示。数据模型管理平台导入系统ICD数据，设计仿真网络和硬件信息，导出Rhapsody模型的ICD数据和打包、解包算法。Rhapsody设计航电系统的状态图，进行全数字仿真。在数据模型管理平台描述航电系统数据的实际物理形式。最后导出航电系统的实时仿真Rhapsody模型。实时模型与全数字模型融合生成，最终的实时仿真模型。通过Rhapsody将导出Rhapsody模型编译为可执行仿真程序。监控软件下载实时仿真模型，并且监控运在嵌入式系统的实时模型的变量。同时监控软件可以将实时仿真的模型的数据保存到本地数据库中，仿真结束后可以解析回放记录的数据。

3　实时系统设计

实时操作系统VxWorks开发是整个航电全数字仿真平台的基础和核心。VxWorks镜像的制作和VxWorks应用程序的开发是下位机实时系统的主要工作。

3.1　VxWorks镜像制作

VxWorks镜像成生可以通过Tornado建立一个bootable工程，并对VxWorks的内核进行裁减，裁剪过程如图3所示。裁剪结束后需要对romInit.s、romStart.c、sysAlib.s、sysLib.c等文件进行修改，满足场景要求。

3.2　VxWorks应用程序的开发

VxWorks应用程序开发包括检测下位机PCI设备、下位机IP地址配置、PCI板卡驱动程序设计等，本文以PCI板卡驱动程序设计为例说明开发过程。在VxWorks中以太网、串行设备的驱动开发与普通的PCI板卡的开发有很大的不同，具体的开发过程如图4所示。

4　结束语

本文研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现，并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台，该全数字仿真平台可以用于航电系统设计早期对航电系统的需求进行确认，以期在航电系统设计早期尽早对系统的可用性和完整性进行测试，减少开发时间，符合确认及验证（V&V）流程。

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参考文献

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［责任编辑：刘展］