[發明專利]一種實時雙內核單機半實物仿真架構及仿真方法

在審

• 申請號: 202011001773.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112131741A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 權磊;朱繁;朱婧祎;吳必成;甘東文
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F9/455
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

1.一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，半實物仿真主機內部設有多核心中央處理器（2），多核心中央處理器（2）包括共享一套設備驅動/接口模塊（8）及中斷托管系統（9）的實時內核模塊（6）和非實時內核模塊（7），實時內核模塊（6）包括實時內核（10），非實時內核模塊（7）包括通用操作系統內核（11）；獨立運行的實時內核（10）和通用操作系統內核（11）承載于中斷托管系統（9）之上；

所述設備驅動/接口模塊（8），用于根據外設的數據請求向中斷托管系統（9）發起中斷請求；

所述中斷托管系統（9），用于對中斷請求進行路由，將實時中斷請求發送至實時內核（10），將非實時中斷請求發送至通用操作系統內核（11）；

所述實時內核（10），用于響應實時中斷請求，處理外設與實時仿真軟件（12）的交互和計算，實現實時仿真并向伺服舵機（4）發送控制指令；

所述通用操作系統內核（11），用于按照優先級處理非實時中斷請求，通過用戶接口層（13）完成多個用戶頂層應用的調度和運行，提供傳統仿真、計算、顯示所需的操作系統環境；

所述實時內核（10）與通用操作系統內核（11）之間通過通信通道進行數據交互，將實際仿真邏輯流程與數據收集、分析流程隔離。

2.根據權利要求1所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述實時內核（10）上運行有實時仿真軟件（12），采用和實際飛行一致的運行環境，獨占一個物理CPU核心運行；所述通用操作系統內核（11）通過用戶接口層（13）同時運行有多個頂層通用應用模塊，運行順序由通用操作系統按照優先級進行調度。

3.根據權利要求2所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述實時仿真軟件（12），用于在運行過程中周期性查詢角位移傳感器（5）采集的數據、流體仿真模型數據，根據流體仿真模型數據完成命令計算并向伺服舵機（4）發出動作指令。

4.根據權利要求2所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述頂層通用應用模塊包括參與快速反饋決策的仿真軟件、數據收集與分析軟件（15），用仿真軟件輸出的數據考核被測系統的性能。

5.根據權利要求4所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述半實物仿真主機通過可擴展接口分別與伺服舵機（4）、角位移傳感器（5）連接，角位移傳感器（5）用于測量伺服舵機（4）的實際偏轉角度；所述參與快速反饋決策的仿真軟件為氣動場仿真軟件（14），用于仿真飛行器的姿態、速度，并根據當前的氣動模型給出飛行器受外部作用力的情況，輸出的流體仿真模型數據并反饋給飛行器的控制回路；所述數據收集與分析軟件（15），用于收集角位移傳感器（5）采集的運行監測數據，輸出氣動模型的超差值、偏離值，分析仿真過程中控制回路對飛行器姿態的控制能力，以及對拉偏的容錯能力，并顯示分析結果。

6.根據權利要求1所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述通信通道采用管道/緩沖機制構建，通過硬件內部總線實現實時內核（10）和通用操作系統內核（11）之間的數據交互，將實際仿真邏輯流程與數據收集、分析流程隔離。

7.根據權利要求1所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述中斷托管系統（9）為基礎底層，位于系統底層，是操作系統的底層邏輯，不依賴于操作系統。

8.根據權利要求1所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述實時內核（10）為RTlinux實時內核或Vxworks實時內核，能夠提供確定性的中斷響應時間，中斷到達后，依據排序處理完當前任務才響應。

9.根據權利要求1所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，其特征在于，所述通用操作系統內核（11）為Linux或Windows內核。

10.一種實時雙內核單機半實物仿真方法，其特征在于，采用1-9任一項所述的一種實時雙內核單機半實物仿真架構，具體按照以下步驟進行：

S1，將半實物仿真主機的多核心中央處理器（2）在邏輯上劃分為獨立運行的兩組：實時內核模塊（6）和非實時內核模塊（7）；

S2，初始化中斷托管系統（9），將所有硬件中斷、實時中斷和非實時中斷注冊在中斷托管系統（9）中，初始化實時內核（10）和通用操作系統內核（11），劃分實時內核（10）和通用操作系統內核（11）的獨立運行地址空間，實時內核（10）和通用操作系統內核（11）運行各自的頂層應用程序；

S3，外設的數據請求通過設備驅動/接口模塊（8）發起中斷請求，中斷托管系統（9）對中斷請求進行路由，將實時中斷請求發送至實時內核（10），實時內核（10）響應實時中斷，處理外設與實時仿真軟件（12）的交互和計算；中斷托管系統（9）將非實時中斷請求發送至通用操作系統內核（11），通用操作系統內核（11）按照優先級處理非實時中斷請求，并通過用戶接口層（13）完成多個用戶頂層應用的調度和運行；實時內核（10）和通用操作系統內核（11）通過通信通道直接讀取或寫入共享數據，完成數據傳遞；

S4，實時內核（10）和通用操作系統內核（11）循環等待并處理由中斷托管系統（9）觸發的中斷請求，直至完成單機半實物仿真。