一種柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器。該實用新型涉及的嵌入式被測模擬器由嵌入式主控單元、模擬量和數(shù)字量輸入輸出單元、測控總線單元、顯示單元構(gòu)成；通過嵌入式被測設(shè)備模擬器的各輸入單元模擬被測設(shè)備的激勵接收模塊，通過各輸出單元模擬被測設(shè)備的響應(yīng)輸出模塊，采用本實用新型提出的VDCP協(xié)議標準化了測控主機與嵌入式子設(shè)備之間基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，從而解決了測控領(lǐng)域在研制測控系統(tǒng)時過分依賴于電子被測設(shè)備的問題，大大縮短了測控設(shè)備的研制周期和研制成本，亦增加了測控系統(tǒng)的可擴展性和重用性。
【專利說明】一種柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子設(shè)備測控【技術(shù)領(lǐng)域】，提出了一種柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器，特別是在其上提出了虛擬設(shè)備通訊協(xié)議(VDCP)。

【背景技術(shù)】
[0002]在測控系統(tǒng)的研發(fā)過程中，需要向被測對象注入多種形式的激勵信號并讀取被測對象的激勵響應(yīng)，以驗證測試系統(tǒng)是否能準確生成和發(fā)送激勵信號、是否能夠接收和分析響應(yīng)信號。現(xiàn)有的方法是，制作一個真實的被測設(shè)備，向其中注入激勵信號，收集其反饋信號，從而評判測控系統(tǒng)功能是否正確。這種方法的一個缺點是研發(fā)投入較大，研制周期被延長，且被測設(shè)備擴展性和重用性不強，每開發(fā)一個項目就需要制作一個與之適應(yīng)的被測設(shè)備，造成不必要的浪費。此外，激勵信號有多種樣式，如數(shù)字量、模擬量或者各種測控總線(CAN、RS232/RS422、1553B、AFDX、Rapid10等)數(shù)據(jù)，但是在現(xiàn)有的測試系統(tǒng)開發(fā)過程中，通常僅能使用單純的某種形式的激勵信號，逐項測試相應(yīng)的功能，這種方式手段單一，效率和準確度都不高。隨著測試系統(tǒng)的復(fù)雜性越來越高，對系統(tǒng)柔性(可擴展性)、實時性、可靠性和可重用性要求日趨增加。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本實用新型提供了一種嵌入式被測設(shè)備模擬器，基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通過VDCP協(xié)議接口接收測控主機的操控命令，完成模擬真實被測設(shè)備的各項功能，解決了一般測控系統(tǒng)研制過程中過分依賴于具有特定硬件的被測設(shè)備的問題，提高了設(shè)備的可擴展性和重用性。所述嵌入式被測設(shè)備模擬器包括:
[0004]嵌入式主控單元板、數(shù)字量輸入輸出單元板、模擬量輸入輸出單元板、測控總線單元板和顯示單元；
[0005]所述嵌入式主控單元板具有PCI接口插槽，所述數(shù)字量輸入輸出單元板、模擬量輸入輸出單元板和測控總線單元板通過所述PCI接口插槽安裝在所述嵌入式主控單元板上:
[0006]IXD顯示模塊，安裝于嵌入式被測設(shè)備模擬器的面板上，通過數(shù)據(jù)線連接所述嵌入式主控單元板；
[0007]所述嵌入式主控單元板上還設(shè)置有TCP/IP接口，與外部測試系統(tǒng)主機連接。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:嵌入式被測設(shè)備模擬器能夠按照用戶的設(shè)計，實時采集測控系統(tǒng)輸入的激勵信號，并可根據(jù)需要，向測控系統(tǒng)設(shè)備實時輸出響應(yīng)信號，以仿真被測設(shè)備的功能；VDCP協(xié)議將具體的硬件設(shè)備抽象為虛擬設(shè)備，通過設(shè)備號和功能號來訪問相應(yīng)的硬件設(shè)備，獲得相應(yīng)的功能，能夠使得測控系統(tǒng)設(shè)備間實現(xiàn)無縫鏈接，簡化了協(xié)同通訊的復(fù)雜邏輯，從而使得測控系統(tǒng)無需依賴于真實被測對象就可以提前驗證自身設(shè)計的準確性，此外，VDCP協(xié)議的使用大大提高了系統(tǒng)的可擴展性和各設(shè)備的可重用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型提出的柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器總統(tǒng)功能框圖
[0010]圖2為本實用新型提出的VDCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式圖
[0011]圖3為本實用新型提出的VDCP協(xié)議工作原理圖
[0012]圖4為本實用新型提出的柔性嵌入式被測設(shè)備操作命令流程圖
[0013]圖5為本實用新型提出的柔性嵌入式被測設(shè)備模擬器示意圖

【具體實施方式】
[0014]首先對方案中使用的縮寫標記含義解釋如下:
[0015]VDCP代表虛擬設(shè)備通信協(xié)議
[0016]VDCP-S代表基于虛擬設(shè)備通信協(xié)議的服務(wù)器(主控設(shè)備)
[0017]VDCP-C代表基于虛擬設(shè)備通信協(xié)議的客戶端(從設(shè)備)
[0018]本實用新型所采用的技術(shù)方案包括兩個層面:一是嵌入式被測設(shè)備模擬器本身，二是設(shè)備間通訊協(xié)議框架，即虛擬設(shè)備通訊協(xié)議VDCP。在硬件層面，為了使得被測設(shè)備能夠盡可能地模擬各種測控領(lǐng)域內(nèi)的電子被測對象，采用基于PCI或者CPCI總線的VxWorks嵌入式系統(tǒng)，使用PCI總線可以實現(xiàn)大部分測控系統(tǒng)和被測設(shè)備功能，使用VxWorks系統(tǒng)可以滿足大部分測控系統(tǒng)的實時性要求；為不失一般性，建議了預(yù)留數(shù)字量、模擬量以及測控總線處理板卡單元。在通信協(xié)議層面，標準化了設(shè)備間的通訊協(xié)議，能夠簡化測控系統(tǒng)協(xié)同任務(wù)的復(fù)雜邏輯；同時實現(xiàn)了 VDCP協(xié)議的標準C源代碼，能夠滿足跨平臺使用需求，例如主控機運行Windows系統(tǒng)而被測設(shè)備模擬器運行VxWorks嵌入式系統(tǒng)。
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0020](I)硬件設(shè)計:
[0021]參見附圖5，本實用新型提出的嵌入式被測設(shè)備模擬器的硬件由嵌入式主控單元板、數(shù)字信號輸入輸出單元板、模擬信號輸入輸出單元板和測控總線單元板組成。它們之間的位置連接關(guān)系是嵌入式主控單元板作為整個系統(tǒng)的載板，對外提供多個PCI接口插槽，數(shù)字量、模擬信號輸入輸出單元、測控總線單元通過PCI接口插槽安裝于嵌入式主控制板上。此外還有一套IXD顯示模塊，安裝于嵌入式被測設(shè)備模擬器的面板上，用于顯示各板卡上輸入輸出信號的信息。
[0022]以下對上述各個模塊進行詳細說明:
[0023].嵌入式主控單元板
[0024]作為系統(tǒng)各功能單元的載體，運行VxWorks實時操作系統(tǒng)，通過PCI接口對各功能單元進行控制。
[0025].模擬信號輸入輸出單兀
[0026]對多通道的模擬信號進行接收和發(fā)送。
[0027].數(shù)字信號輸入輸出單兀
[0028]實現(xiàn)多通道TTL電平的輸入和輸出。
[0029].測控總線單元
[0030]實現(xiàn)全雙工交換式測控總線數(shù)據(jù)接收發(fā)送，可以是測控系統(tǒng)領(lǐng)域常用的RS232/422U553B 和 AFDX 通訊板卡。
[0031].顯示單元
[0032]使用4.3英寸真彩顯示屏以減小被測設(shè)備模擬器的整體尺寸，提高其便攜性，通過USB或者RS232總線接收被測設(shè)備模擬器輸出的實時關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息:如顯示數(shù)字、模擬輸入輸出的狀態(tài)信息、顯示測控總線通訊狀態(tài)信息，顯示設(shè)備自檢結(jié)果等。
[0033](2) VDCP 協(xié)議設(shè)計:
[0034]為了進一步縮短研制周期和降低研制成本，需要設(shè)計標準化的設(shè)備間通訊協(xié)議，以增加系統(tǒng)的可擴展性和重用性，規(guī)范測控系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備間的基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通訊方式。虛擬設(shè)備通訊協(xié)議VDCP核心內(nèi)容為其在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式，參見圖2。以下對其協(xié)議包數(shù)據(jù)格式進行詳細說明:(若無特別說明，本協(xié)議的數(shù)據(jù)均以Big-Endian的方式進行分布)
[0035].命令字頭1:
[0036]同步字標號定義為0x3AA，占用10個比特，代表一個VDCP包的起始頭，為了防止因網(wǎng)絡(luò)故障引起的同步字標號誤判，引入起始頭防偽的設(shè)計，定義起始頭前綴為0x000001，占用三個字節(jié)，防偽碼為OxOF，即除了真實的包頭前綴可以使用0x000001外，如果數(shù)據(jù)包中出現(xiàn)0x000001或者OxOOOOOF的數(shù)據(jù)，需要在0x01或者OxOF之前插入OxOF防偽碼，即相應(yīng)的為OxOOOOOFOl和OxOOOOORF，將此過程定義為VDCP編碼(參見圖3)，由數(shù)據(jù)發(fā)送端實施。在數(shù)據(jù)接收端，如果讀取到0x00000F01或者0x00000F0F的數(shù)據(jù)，需要將OxOF防偽碼去除，以恢復(fù)其表示的真實數(shù)據(jù)。
[0037]命令優(yōu)先級，占用4個比特，即具有16種優(yōu)先級，其中15為最高優(yōu)先級，O為最低優(yōu)先級。假設(shè)優(yōu)先級15的命令字處理頻率為1，則相應(yīng)的優(yōu)先級14的命令字處理周期為2，優(yōu)先級13的命令字處理周期為4，依次類推為2的N冪次方，N = (15-優(yōu)先級)。由于優(yōu)先級較多，在實際應(yīng)用中，為了不失系統(tǒng)的實時性，不建議使用過多的優(yōu)先級設(shè)計，而建議使用2?3個優(yōu)先級。
[0038]異步命令標識和異步命令響應(yīng)標志,分別占用I個比特,表示是否為異步命令和是否為異步命令響應(yīng)，用于對嵌入式子設(shè)備的異步操作，測控系統(tǒng)主機無需等待嵌入式子設(shè)備的響應(yīng)而可以繼續(xù)別的操作，亦稱此類異步命令為非阻塞命令。
[0039]擴展命令標識位，占用I個比特，代表用戶可以定義本協(xié)議以外的私有擴充協(xié)議。虛擬設(shè)備功能號，占用12個比特位，可以定義虛擬設(shè)備的功能代號，如果打開設(shè)備、讀取設(shè)備和與設(shè)備的存儲空間等。
[0040]奇偶校驗位，對整個VDCP包進行奇偶校驗。
[0041]?命令字頭2:
[0042]命令字節(jié)數(shù)，占用16個比特，代表VDCP包的長度，因此，一個VDCP包的最大長度為65536，計算實際長度的公式為實際長度=命令字節(jié)數(shù)+1。如果一個VDCP包大于65536，可以使用上述的擴展標識位對VDCP包進行拆包處理。
[0043]籬笆標號(Fence ID)，占用16個比特，這是實現(xiàn)異步命令的核心，在測控主機產(chǎn)生一個VDCP命令時，可以由一個全局的計數(shù)器從I開始累加，每個計數(shù)可當(dāng)作一個FenceID使用，F(xiàn)ence ID隨VDCP命令傳輸至嵌入式子設(shè)備，當(dāng)子設(shè)備完成命令后將Fence ID回傳給測控主機，使得測控主機能夠根據(jù)Fence ID區(qū)分該系統(tǒng)響應(yīng)屬于哪個異步命令，從而實現(xiàn)了非阻塞命令響應(yīng)操作，參見圖4。
[0044].命令字頭3:
[0045]虛擬設(shè)備號，占用8個比特，因此本實用新型的VDCP協(xié)議最大支持256個子設(shè)備，參見圖2。
[0046]虛擬設(shè)備板卡號，占用4個比特，因此每個子設(shè)備可以最大支持8個PCI板卡，當(dāng)超出8個PCI板卡時，可以將設(shè)備分為兩個或者多個子設(shè)備，參見圖2。
[0047]虛擬設(shè)備功能參數(shù)計數(shù),代表一個VDCP命令所帶的參數(shù)個數(shù)。
[0048]虛擬設(shè)備響應(yīng)返回代碼，代表嵌入式子設(shè)備執(zhí)行完VDCP命字后的狀態(tài)，從而使得測控主機獲取命令執(zhí)行的狀態(tài)。
[0049]用戶擴展命令功能號，代表用戶自定義功能號，從而保證本實用新型的協(xié)議本身亦具備可擴展性和兼容性。
[0050].數(shù)據(jù)字
[0051]數(shù)據(jù)字主要由VDCP命令數(shù)據(jù)組成，當(dāng)存在命令字頭3中的虛擬設(shè)備功能參數(shù)計數(shù)M時，字節(jié)I和字節(jié)2代表命令中各參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，從字節(jié)3開始，依次為M個參數(shù)值，每個參數(shù)占用4個字節(jié)，剩下的均為VDCP數(shù)據(jù)字；當(dāng)M不存在時，該段數(shù)據(jù)均為數(shù)據(jù)字。
[0052](3)軟件設(shè)計:
[0053]根據(jù)被測設(shè)備模擬器在整個測試系統(tǒng)中的功能特點，在設(shè)計軟件時，需要考慮以下程序特性:實時性、可配置性和交互性，使得設(shè)備模擬器在有限的硬件配置下發(fā)揮更多的模擬器功能。本測試設(shè)備模擬器可以以單一模擬器的形式出現(xiàn)于整個測試系統(tǒng)中，亦可以多個模擬器的形式協(xié)同工作于這個測試系統(tǒng)中，如圖1。
[0054].實時性設(shè)計
[0055]設(shè)備模擬器作為一種高可配置、高靈活性信號源，決定了設(shè)備模擬器軟件必須滿足實時性設(shè)計的要求，在大量的科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，VxWorks被廣泛采用并可以滿足嵌入式設(shè)備對實時性的要求，因此本模擬器設(shè)備采用全新的VxWorkse.6操作系統(tǒng)(VxWorkse.6可以支持更多的主流計算機硬件，使得測試系統(tǒng)性能更加優(yōu)越)，開發(fā)Vxfforks實時測試功能程序，硬件驅(qū)動程序以及網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度處理程序(VDCP庫)。
[0056].可配置性設(shè)計
[0057]嵌入式被測設(shè)備模擬器必須具備可配置的功能，以完成各項模擬器的準確輸出，因此在設(shè)計軟件的時候必須設(shè)計可配置性接口。這些可配置性接口設(shè)計具體體現(xiàn)在:軟件設(shè)計考慮了各項模擬器的參數(shù)配置及其安全數(shù)值范圍；設(shè)備模擬器功能模塊化，根據(jù)實際的測試環(huán)境，將功能模塊置于內(nèi)核或者非內(nèi)核環(huán)境中運行，以最大可能地滿足系統(tǒng)的實時性和低耗能性運行。
[0058].可交互性設(shè)計
[0059]本實用新型中涉及的顯示單元和VDCP協(xié)議使得本嵌入式被測對象模擬器可以作為單一的模擬源工作，關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以顯示于嵌入式子顯示屏上，亦可以通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多模擬源的方式工作，由測控主機完成整系統(tǒng)的交互操作。
[0060](4)結(jié)構(gòu)設(shè)計
[0061]系統(tǒng)采用緊湊的箱式結(jié)構(gòu)，嵌入式主控板及各功能板卡均裝配于箱體內(nèi)，各個對外的接口由轉(zhuǎn)接線連接到相應(yīng)的航空插頭上，航空插頭裝配于箱體面板上。整套設(shè)備尺寸約為25 (W) X 30⑶X 20⑶cm。箱體面板結(jié)構(gòu)示意圖4所示。
[0062]下面以一個實際的測試過程來進一步描述本實用新型提供的技術(shù)方案。
[0063]定義測控系統(tǒng)主機向虛擬設(shè)備(嵌入式被測對象模擬器或者測控系統(tǒng)嵌入式子單元)執(zhí)行一個操作的過程為一個VDCP操作,根據(jù)一般測控系統(tǒng)特點,將VDCP操作定義為兩種類型:即阻塞(或稱同步)操作和非阻塞(或稱異步)操作。一個阻塞型VDCP操作需要得到虛擬設(shè)備的響應(yīng)后才能返回該操作，而一個非阻塞性VDCP操作則無需等待虛擬設(shè)備響應(yīng)而直接返回該操作，由系統(tǒng)操作響應(yīng)線程實現(xiàn)監(jiān)測虛擬設(shè)備的響應(yīng)，從而達到非阻塞的目的。例如，當(dāng)測控主機需要讀取某一個虛擬設(shè)備的寄存器時，可以執(zhí)行一個阻塞型VDCP操作，具體地，主機按照附圖1的協(xié)議格式生成VDCP操作命令數(shù)據(jù)包，其中命令頭I中的異步命令標識位設(shè)為0，然后主機對該數(shù)據(jù)包執(zhí)行防偽碼編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)流遞交給TCP/IP傳輸單元，主機掛起該操作以等待虛擬設(shè)備的響應(yīng)；虛擬設(shè)備端接收到主機的上述數(shù)據(jù)包后，首先執(zhí)行防偽碼去除掃描，然后解析數(shù)據(jù)包以識別具體的操作，如讀取寄存器，當(dāng)虛擬設(shè)備得到相應(yīng)寄存器值后，開始按照附圖1的協(xié)議格式生成VDCP操作響應(yīng)數(shù)據(jù)包，并將本次接收到的VDCP包中的Fence ID回寫至VDCP操作響應(yīng)數(shù)據(jù)包中，隨后執(zhí)行防偽碼編碼，并將數(shù)據(jù)流遞交給TCP/IP傳輸單元；此時，測控主機網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)線程得到本操作的VDCP操作響應(yīng)包，執(zhí)行防偽碼去除掃描后解析得到寄存器值，一個阻塞型操作結(jié)束。相應(yīng)地，如果執(zhí)行一個非阻塞操作，則在上述主機完成數(shù)據(jù)流發(fā)送后直接返回操作并開始執(zhí)行其它操作，當(dāng)虛擬設(shè)備完成操作并返回給主機后，主機根據(jù)Fence ID喚醒(見附圖4中的系統(tǒng)操作響應(yīng)線程)與該Fence ID對應(yīng)的原VDCP操作，從而完成一個非阻塞VDCP操作。
[0064]特別說明:本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實用新型做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式被測設(shè)備模擬器，其特征在于，包括: 嵌入式主控單元板、數(shù)字量輸入輸出單元板、模擬量輸入輸出單元板、測控總線單元板和顯示單元； 所述嵌入式主控單元板具有PCI接口插槽，所述數(shù)字量輸入輸出單元板、模擬量輸入輸出單元板和測控總線單元板通過所述PCI接口插槽安裝在所述嵌入式主控單元板上:IXD顯示模塊，安裝于嵌入式被測設(shè)備模擬器的面板上，通過數(shù)據(jù)線連接所述嵌入式主控單元板； 所述嵌入式主控單元板上還設(shè)置有TCP/IP接口，與外部測試系統(tǒng)主機連接。
【文檔編號】G05B23/02GK204188189SQ201420250558
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】張朔, 余正偉, 范建新, 吳冰, 肖瑾 申請人:西安新空間計算機有限責(zé)任公司