[發(fā)明專利]一種基于硬件板卡接入的軟件虛擬化測試環(huán)境構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011392719.6
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112463614B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安恒;張慧穎;孔祥炳;司倩然;賈張濤;金玉川;李雅斯
• 申請（專利權(quán)）人: 北京計算機技術(shù)及應(yīng)用研究所;中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36;G06F9/455
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團公司專利中心 11011
• 代理人: 張然

1.一種基于硬件板卡接入的軟件虛擬化測試環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

第一步、搭建嵌入式目標處理器指令集虛擬仿真環(huán)境；

第二步、搭建嵌入式系統(tǒng)片上設(shè)備虛擬仿真環(huán)境；

第三步、完成硬件板卡在宿主機上的適配安裝，實現(xiàn)宿主機虛擬環(huán)境下對板卡的操作與控制，包括板卡初始化、板卡打開、板卡通道設(shè)置以及消息設(shè)置；

第四步、建立外部設(shè)備模擬環(huán)境與宿主機硬件板卡的物理連接，建立外部設(shè)備模擬環(huán)境與硬件板卡的通信鏈路；

第五步、獲取虛擬環(huán)境下對外部設(shè)備模擬環(huán)境消息，建立虛擬環(huán)境下的消息處理響應(yīng)機制，將外部設(shè)備模擬環(huán)境發(fā)送的消息通過硬件板卡完整的反饋給虛擬運行環(huán)境；

第六步、處理虛擬環(huán)境下對外部設(shè)備模擬環(huán)境消息，建立虛擬環(huán)境下狀態(tài)更新機制，將虛擬運行環(huán)境處理后的消息結(jié)果和消息狀態(tài)通過硬件板卡準確的反饋給外部設(shè)備模擬環(huán)境，完成消息處理閉環(huán)響應(yīng)；

其中，

第一步、搭建嵌入式目標處理器指令集虛擬運行環(huán)境，具體包括：

(1)根據(jù)目標處理器的指令集描述說明對目標文件中的二進制指令代碼進行取指、譯碼以及翻譯操作，將運行于嵌入式目標環(huán)境的代碼采用高級語言重新描述；

(2)采用動態(tài)二進制編譯框架，在對重新描述過的目標代碼執(zhí)行過程中實現(xiàn)動態(tài)加速，將指令仿真速率提升至不低于真實處理器的水平，達到硬件板卡接入下的時序要求；

(3)在目標代碼仿真執(zhí)行過程中對指令的執(zhí)行過程進行實時統(tǒng)計和監(jiān)測，為后續(xù)的指令分析和測試驗證采集數(shù)據(jù)；

第二步、搭建嵌入式系統(tǒng)片上設(shè)備虛擬仿真環(huán)境，具體包括：

分析嵌入式系統(tǒng)片上設(shè)備的組成，分析片上設(shè)備的功能特性和交互邏輯，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)存儲空間的模擬，針對每一個片上設(shè)備創(chuàng)建虛擬仿真模型，建立嵌入式軟件設(shè)備空間和宿主機虛擬運行空間的映射關(guān)系；

嵌入式軟件設(shè)備空間和宿主機虛擬運行空間的映射關(guān)系包括；虛擬串口控制器、虛擬定時器、虛擬FLASH、虛擬AD、虛擬IO以及虛擬1553B；

虛擬串口控制器：通過虛擬運行方式實現(xiàn)串口收發(fā)和中斷觸發(fā)；

虛擬定時器：通過虛擬運行計數(shù)實現(xiàn)定時邏輯的模擬和中斷觸發(fā)；

虛擬FLASH：通過虛擬空間實現(xiàn)軟件代碼段、數(shù)據(jù)段存儲和程序鏡像加載；

虛擬AD：通過虛擬運行實現(xiàn)多通道AD采集及數(shù)據(jù)的歸一化轉(zhuǎn)換和處理；

虛擬IO：通過虛擬運行實現(xiàn)開關(guān)量、按鍵IO模擬；

虛擬化1553B：通過虛擬運行實現(xiàn)1553B總線中的BU61580控制器邏輯基本功能；

第四步中建立上位機與板卡代理設(shè)備的通信連接，具體包括：根據(jù)總線類型，選擇相應(yīng)的總線連接方式，進行上位機物理設(shè)備接口與宿主機板卡代理設(shè)備的物理連接，建立上位機激勵環(huán)境與虛擬運行環(huán)境的通信鏈路；

(1)上位機與板卡代理設(shè)備實物部分通過耦合器進行連接；板卡代理設(shè)備獲取板卡代理設(shè)備實物部分通道ID，作為與虛擬部分通道進行映射的標識；

(2)通道綁定后為每個通道分配消息緩沖區(qū)，消息緩沖區(qū)進行消息的暫存，防止消息丟失；

(3)上位機消息通過物理通道發(fā)送到板卡代理設(shè)備實物部分，板卡代理設(shè)備實物部分與虛擬部分通過消息緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，交換過程中實現(xiàn)格式的轉(zhuǎn)換將消息傳入到虛擬運行環(huán)境；

(4)上位機與板卡代理設(shè)備通信鏈路建立起來后，為每個通信鏈路分配一個監(jiān)聽線程，記錄通信數(shù)據(jù)和狀態(tài)；

(5)建立虛擬總線通道ID與板卡通道ID的映射關(guān)系，虛擬運行環(huán)境通過虛擬總線ID識別板卡代理設(shè)備并進行通信；

(6)使能時間同步機制，在上位機與板卡代理設(shè)備通信過程中，根據(jù)虛擬運行環(huán)境運行速度進行時間同步，保證消息通信時序上的一致性；

第五步、虛擬環(huán)境下上位機激勵環(huán)境的消息接收響應(yīng)，具體包括：半實物仿真環(huán)境下，上位機激勵環(huán)境中的板卡消息實時發(fā)送給硬件目標機，硬件目標機接收消息后立即反饋消息的接收狀態(tài)，繼而響應(yīng)消息的指令進行處理，在虛擬仿真環(huán)境下上位機激勵環(huán)境發(fā)送的消息首先通過物理連接傳遞到宿主機中的板卡代理設(shè)備上，由板卡代理設(shè)備實現(xiàn)消息接收，繼而由虛擬運行環(huán)境進行消息處理；

第五步具體包括：

(1)監(jiān)聽消息緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，如果緩沖區(qū)不為空則進行數(shù)據(jù)處理；為空則阻塞，等待捕獲新的消息，新的消息捕獲后通知數(shù)據(jù)處理線程進行數(shù)據(jù)處理；

(2)數(shù)據(jù)處理，捕獲到新消息后，通過數(shù)據(jù)處理線程將代理板卡設(shè)備上收到消息進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的虛擬設(shè)備可識別的消息格式；

(3)響應(yīng)發(fā)送請求，實現(xiàn)消息發(fā)送邏輯，將處理后消息發(fā)送給虛擬運行環(huán)境，根據(jù)返回狀態(tài)判斷消息傳輸成功與否；發(fā)送成功則獲取新得數(shù)據(jù)進行發(fā)送；發(fā)送失敗則重新發(fā)送當前消息，根據(jù)設(shè)置閾值多次失敗后拋棄此消息并記錄。