[發明專利]一種基于分布式I/O接口的實時仿真系統

在審

• 申請號: 201310381897.2
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103413008A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 嚴明銘
• 申請（專利權）人: 北京經緯恒潤科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F13/38;H04L29/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及一種實時仿真系統，更具體地說，涉及一種基于分布式I/O接口的實時仿真系統。

背景技術

目前，工程系統特別是如飛機、衛星、汽車、船舶等復雜系統，在設計階段和驗證階段都需要進行大量的試驗和測試。在實驗室內，試驗和測試所需要的外部環境通常采用半實物仿真系統來模擬。實時仿真系統是半實物仿真系統的重要組成部分之一。半實物仿真系統采用實時仿真系統對物理系統的數字模型進行實時解算，通過硬件I/O系統進行激勵信號的采集和響應信號的生成，從而實現與外部真實系統的信號交聯。實時仿真系統提供物理系統的數字模型實時解算的功能。

現有的實時仿真系統主要可以分為以下幾類：1、單機仿真系統。如圖1所示，半實物仿真系統只有一個實時仿真單機。該實時仿真單機包括了一個模型解算單元和一個硬件I/O系統。模型解算單元用于實現物理系統的數字模型的實時解算，一般采用通用的運算處理設備，比如具有中央處理器CPU硬件設備等。硬件I/O系統用于實現真實電氣信號（包括數字信號、模擬信號和總線信號）的采集和發生，比如模擬輸入/輸出板卡、數字輸入/輸出板卡、總線通訊板卡等。信號調理系統則用于實現實時仿真系統中硬件I/O系統的標準輸入/輸出信號與外部系統的各種信號的電氣特性匹配以及接口保護等功能。物理系統的數字模型的實時解算全部在這個實時仿真單機中完成。模型解算單元與硬件I/O系統之間通常采用板級高速數據總線（比如PCIe、PCI、PXI、VME、ISA等）進行數據傳輸，硬件I/O系統與信號調理系統之間采用電纜進行電氣信號傳輸。

2、分布式多機仿真系統。如圖2所示，半實物仿真系統具有多個實時仿真單機。每個實時仿真單機包括了一個模型解算單元和一個硬件I/O系統。物理系統的數字模型將拆分為多個子模型，分別在各個實時仿真單機中進行解算。各個實時仿真單機之間采用反射內存等方式進行子模型與子模型之間的數據實時交互。多個實時仿真單機之間可以是主從關系，也可以是并行關系，還可以是既有主從又有并行的混合方式。

但是，上述的兩種仿真系統均存在缺陷。如圖1所示的單機仿真系統僅有一個模型解算單元，能提供的運算能力有限，對于大規模的數字模型，仿真實時性較差。同時，單機仿真系統由于受機箱等結構等因素限制，能提供的I/O數量有限，無法模擬具有大量I/O的物理系統。雖然可以采用一些I/O擴展的方式，比如采用背板總線擴展板卡實現多個I/O機箱的級聯，但是實現成本較高。

如圖2所示的分布式多機仿真系統，雖然可以解決如圖1所示的單機仿真系統存在的兩個主要問題，但是分布式多機仿真系統的實現成本較高：一方面需要多個仿真單機，另一方面各個仿真機之間需要采用額外設備（如反射內存卡）來構建分布式網絡。同時，分布式多機仿真時，需要對原有的物理模型進行拆分和改造，以適應分布式仿真的網絡拓撲結構，這又提高了系統復雜度，增加了工作量。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于分布式I/O接口的實時仿真系統，無需對原有的物理系統的數字模型進行拆分和改造，能夠實現實時仿真系統中的一個主機系統與多個I/O接口系統連接。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于分布式I/O接口的實時仿真系統，包括：主機系統和兩個或兩個以上的I/O接口系統；其中：

所述主機系統通過可遠程傳輸的總線與所述I/O接口系統連接。

優選地，所述主機系統包括：模型解算單元和與所述模型解算單元連接的主機數據收發單元。

優選地，所述I/O接口系統包括：節點數據收發單元和與所述節點數據收發單元連接的節點硬件I/O單元；

所述每個I/O接口系統中的所述節點數據收發單元分別與所述主機數據收發單元通過所述可遠程傳輸的總線連接。

優選地，所述可遠程傳輸的總線為：采用消息中間件技術的以太網總線或實時以太網總線或多點互連總線。

優選地，所述系統還包括與所述I/O接口系統個數相同的信號調理系統；

所述每個信號調理系統分別通過電纜與所述每個節點硬件I/O單元形成一對一連接，或所述每個信號調理系統分別集成在所述I/O接口系統中，并通過導線與所述節點硬件I/O單元連接。