航空机载软件全数字仿真测试系统技术方案

本发明专利技术公开的一种航空机载软件全数字仿真测试系统，具有很强的灵活性和扩展性，能够降低测试环境的开发时间和成本，本发明专利技术通过下述技术方案实现：人机交互组件通过API接口层将计算机图形化硬件环境建模指令提供给仿真核心平台；仿真核心平台运行嵌入式操作系统或目标二进制程序，通过加速二进制翻译、处理器仿真和内存总线仿真，完成外设仿真配置；协同仿真组件采用分布式直接数字式频率合成器DDS仿真管理，实现时间同步、数据同步、节点管理和同步工程管理；仿真工具组件辅助运行可执行文件解析和加载、调试分析，将故障注入仿真核心平台，利用可重用库，按照目标系统的连接方式快速搭建虚拟环境，完成目标码覆盖率统计，生成可执行文件。成可执行文件。成可执行文件。

【技术实现步骤摘要】
航空机载软件全数字仿真测试系统


[0001]本专利技术属于全数字仿真测试
，涉及一种基于动态二进制翻译技术和协同仿真时间同步机制的航空机载软件仿真测试系统。

技术介绍

[0002]航电系统测试是飞机研制过程中非常重要的环节，飞行参数为飞机故障诊断及预测、辅助飞行训练分析、飞行事故调查等提供客观、科学的依据。航电系统一般由通信、导航、识别、雷达等设备构成，实现信息的测量、采集、传输、处理、监控和显示功能，并完成飞行控制、导航等任务。其误差会显著影响后续数据的测试。机载软件安全问题在航空事业中也日渐成为其安全、健康发展的制约性因素。航空机载软件安全性是指航空机载软件在运行过程中保障系统安全的能力，航空机载的安全性与其可靠性紧密相连。航空机载软件安全性的分析需要航空检测人员对航空机载软件进行多次和详细的技术分析和检测，另外对于航空机载系统软件本身所存在的问题，可以通过现有的先进的能够测试航空机载软件安全性的科学技术方法对其进行检测和加以解决。随着航空行业的不断进步，我国对于航空机载软件有了重新的认识，并将安全性测试作为研究航空机载软件质量与价值的重要工作环节，对航空机载软件安全性测试技术的研究，将有效提高航空机载软件的可靠性和安全性，促进航空领域事业的不断进步与发展。数字仿真是航空机载软件性能计算与控制系统设计的重要技术，在控制器仿真与控制系统半物理试验研究方面应用广泛。数字仿真是减少飞行系统研发成本、缩短其研发周期的重要手段。
[0003]由于机载电子设备的信号多且复杂，这些信号涵盖低频和高频、连续和离散、还包括电信号和非电信号。传统的测试系统采用分立仪器搭建，这种方法成本高、测量自动化程度低、扩展性差。大部分机载电子设备的信号数量众多，机载电子设备自动测试系统需要对上百种部件进行功能测试，涉及的信号种类和数量都很多，这些信号按照频率分为低频和高频两种，按时域特性分为连续和离散信号，按照形式分为电信号和非电信号(如温度、速度、高度、气压、航向等)。机载软件验证平台架构是各专业的全数字仿真目标系统、多学科仿真模型、分布式软件应用以及测试管理系统采用的软件架构、操作系统、通信方式不相同,系统之间无法直接进行交互。基于全数字仿真技术的航空机载软件验证平台，航空机载软件测试的典型环境包括全物理实装环境和半物理仿真环境。全物理实装环境中，软件运行在真实目标机上，与其相连的其他系统也是真实的物理设备。常用的测试工具包括总线监视器、仿真存储器以及逻辑分析仪等。全物理实装环境的优点是软件运行环境真实，测试结果可信度高；缺点就是全物理实装环境套数极少、成本昂贵。半物理仿真环境中，软件运行在真实目标机上，而其它外部系统和环境通过软件仿真实现。半物理仿真环境一般由目标机和上位机构成。目标机负责运行被测软件，并实现断点调试，提供软件执行信息的功能；上位机则实现测试管理、环境模型仿真、激励提供和测试结果分析以及显示的功能。这是目前嵌入式软件最常用的测试环境。随着计算机硬件性能的不断提高和软件技术的不断进步，全数字仿真技术取得了飞速发展。全数字仿真测试系统是应用软件仿真技术，逼真地
模拟被测软件运行的物理环境，在其上通过动态执行被测软件进行的软件调试与验证活动。全数字仿真测试系统已应用于各行业的嵌入式软件研制过程中，有效地缓解了嵌入式软件开发过分依赖于硬件环境的问题，带来了嵌入式软件研制模式的新变化。
[0004]上述两种环境均基于真实目标机的环境，主要存在以下问题：航空机载软件研制过程中过度依赖产品硬件、测试环境建设成本高、测试自动化程度低，(1)目前的嵌入式系统多数采用软硬件并行开发的模式，而软件的研制过程启动时，硬件环境往往不具备，这样可能导致软件研制无法与硬件研制并行开展，不能尽早、及时发现软件存在的问题。
[0005](2)对嵌入式软件实现非干预性测试困难。所谓非干预性测试是指测试过程中采用的测试方法和技术不能对被测软件的执行行为产生影响。例如，在基于目标机的测试环境中，常采用插桩技术获得软件执行的时间和覆盖率信息。但这种方法要修改被测软件，导致代码膨胀。由于嵌入式软件本身的代码空间十分有限，可能造成插桩后的代码无法加载；或者由于插入探针代码导致软件的实时性变差，甚至会影响被测软件的执行结果。
[0006](3)环境的可控性较差。测试过程中的状态保存、恢复及特定测试场景的设置较为困难；测试过程均采用物理时间，难以进行加速测试；测试过程中很难了解系统内部行为，不利于及时发现和定位被测软件中的问题。
[0007](4)环境的通用性差。很多硬件测试环境属于定制环境，很难适合其他项目，投资的测试环境复用性差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对航空机载软件研制过程中过度依赖产品硬件、测试环境建设成本高、测试自动化程度低等问题，突破航空机载软件虚拟化处理器模型封装、虚拟化系统建模及解析等关键技术，实现航空机载软件全数字高速闭环仿真运行，提高航空机载软件测试和验证能力，提供一种具有很强的灵活性和扩展性，能够降低了测试环境的开发时间和成本，基于动态二进制翻译技术和协同仿真时间同步机制的航空机载软件全数字仿真测试系统，以解决型号研制过程中航电系统软件测试困境。
[0009]本专利技术解决现有技术问题所采用的方案是：一种航空机载软件全数字仿真测试系统，包括：基于动态二进制翻译技术的仿真核心平台及与其进行通信的仿真工具组件、基于协同仿真时间同步机制的协同仿真组件和人机交互组件，其特征在于：人机交互组件通过可视化操作完成工程的管理、虚拟目标系统的搭建，通过API接口层将采用图形方式显示的计算机操作用户界面GUI、命令行接口、自动化测试、图形化硬件环境建模指令提供给仿真核心平台；仿真核心平台模拟真实目标系统及外围环境，运行嵌入式操作系统或目标二进制程序，通过加速二进制翻译、处理器仿真和内存总线仿真，完成外设仿真配置，并对中断和异常管理，基于全局时钟管理、周期的时间队列管理确保加速二进制翻译模块、处理器仿真模块、内存总线模块、外设仿真模块、中断和异常管理模块的时序一致性；协同仿真组件采用分布式直接数字式频率合成器DDS仿真管理，实时数据分发通信协议中间件，实现时间同步、数据同步、节点管理和同步工程管理，搭建分布式嵌入式系统模型适配层，实现与仿真核心平台仿真模型层软件/模型多个节点的互联；仿真工具组件辅助用户对仿真测试系统运行进行可执行文件解析和加载、调试分析，将故障注入仿真核心平台，利用可重用库，
按照目标系统的连接方式快速搭建虚拟环境，完成目标码覆盖率统计，把调试信息加到目标文件中，生成可执行文件，查看内存的长度以及CPU寄存器和当前程序的运行数据，远程GDB调试多种编程语言，根据变量的类型输出变量的值，显示动态数组的取值，指令单步执行和断点调试、源码级调试等功能。
[0010]本专利技术相比于现有技术具有如下显著优点：本专利技术采用与基于动态二进制翻译技术的仿真核心平台进行通信的仿真工具组件、和基于协同仿真时间同步机制的协同仿真组件和人机交互组件，所构成的航空机载软件全数字仿真测试系统，可提供各种硬件(处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空机载软件全数字仿真测试系统，包括：基于动态二进制翻译技术的仿真核心平台及与其进行通信的仿真工具组件、基于协同仿真时间同步机制的协同仿真组件和人机交互组件，其特征在于：人机交互组件通过可视化操作完成工程的管理、虚拟目标系统的搭建，通过API接口层将采用图形方式显示的计算机操作用户界面GUI、命令行接口、自动化测试、图形化硬件环境建模指令提供给仿真核心平台；仿真核心平台模拟真实目标系统及外围环境，运行嵌入式操作系统或目标二进制程序，通过加速二进制翻译、处理器仿真和内存总线仿真，完成外设仿真配置，并对中断和异常管理，基于全局时钟管理、周期的时间队列管理确保加速二进制翻译模块、处理器仿真模块、内存总线模块、外设仿真模块、中断和异常管理模块的时序一致性；协同仿真组件采用分布式直接数字式频率合成器DDS仿真管理，实时数据分发通信协议中间件，实现时间同步、数据同步、节点管理和同步工程管理，搭建分布式嵌入式系统模型适配层，实现与仿真核心平台仿真模型层软件/模型多个节点的互联；仿真工具组件辅助用户对仿真测试系统运行进行可执行文件解析和加载、调试分析，将故障注入仿真核心平台，利用可重用库，按照目标系统的连接方式快速搭建虚拟环境，完成目标码覆盖率统计，把调试信息加到目标文件中，生成可执行文件，查看内存的长度以及CPU寄存器和当前程序的运行数据，远程GDB调试多种编程语言，根据变量的类型输出变量的值，显示动态数组的取值，指令单步执行、断点调试和源码级调试功能。2.如权利要求1所述的航空机载软件全数字仿真测试系统，其特征在于：仿真核心平台通过各模块间统一的全局时钟模块进行管理，采用处理器核心仿真模块仿真不同航空机载软件，运行处理器架构的指令集，中断ARM处理器、数字信号处理器DSP C6k系列、DSP C28x系列、DSP C54x系列、DSP C55X系列、PowerPC处理器功能。3.如权利要求2所述的航空机载软件全数字仿真测试系统，其特征在于：处理器核心仿真模块通过内存总线仿真模块和外设仿真模块进行闭环中断和异常管理。4.如权利要求1所述的航空机载软件全数字仿真测试系统，其特征在于：仿真工具组件供辅助用户开发调试的多种功能模块，通过分析程序执行过程、扩展仿真测试系统外围功能，实现运行控制、故障注入、目标码覆盖率统计、内存查看、CPU寄存器查看、远程GDB调试、指令单步执行和断点调试、源码级调试功能。5.如权利要求1所述的航空机载软件全数字仿真测试系统，其特征在于：人机交互组件包括：基于计算机程序设计语言Python或基于Java的可扩展开发平台Eclipse IDE的图形用户界面GUI、命令行接口模块、自动化测试模块、图形化硬件环境建模模块，启动GUI界面或命令行接口模块对工程文件和目标系统进行仿真，该工程文件主要包括工程目录下硬件目标系统配置脚本、工程启动脚本和支持极低频elf、对象文件格式coff、以二进制格式存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，卢希，冯飞，王月波，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：