一种无人机半实物仿真系统ETest与仿真方法
设备组成
Etest_CPS系统主要包含硬件部分与软件部分。硬件部分主要由PCI机箱、PCI控制器模块以及各种接口组件构成。软件部分主要包括测试设计相关功能模块、测试执行支持功能模块、客户端支持功能模块、设备资源管理基础组件等核心功能单元以及数据生成功能的实现、插件开发及诊断功能的实现、数据记录与分析辅助工具的构建等完整的技术支撑体系
各模块主要功能
（1）硬件部分
ETEST系统中的硬件配置遵循标准化的机箱架构，并采用了主设备作为核心处理单元。不同功能模块将依据PCI总线标准配置相应的接口卡以实现数据传输与管理功能。硬件配置参数如下：
① 机箱
主流19" 4U台式机箱设计
可兼容PCIExpress显卡配置
配备10个插槽接口
运用直流电机驱动及精心设计的一字型风道系统
底部配备四组80mm×80mm×25mm 12V轴流风扇
②控制器
处理器组：第4代移动平台（Intel GM45）搭配 ninth Gen HAVOC Controller
动态存储器：8GB DDR3-1066MHz接口；支持扩展容量
机械硬盘：500GB容量；支持便捷升级更换
③ARINC429模块
支持通道配置：发送和接收通道均设有两个端口。该设备可选的数据传输速率包括但不限于100千巴特、50千巴特、48千巴特以及12.5千巴特，并且允许用户自行设定任意波特率。提供基于先进先出（FIFO）和调度（Schedule）两种不同的数据发送模式；可选的接收过滤模式包括标准定义接口（SDI）和标签化（Label）两种类型；时间戳功能得以实现；同时支持中断中断源以及外部触发源。
④1553B模块
严格遵循MIL-STD-1553B协议
⑤ RS232/422/485串口模块
该通讯协议支持异步配置 RS 23, 42, 和 485 线路三组共八路通道；最大波特率根据用户需求定制可达每秒达至高时速；每位数据长度以及校验码等参数均可通过软件进行配置；系统还支持两种不同的数据捕获模式：协议模式和无阻塞模式；在协议捕获模式下，默认情况下会捕获接线端口的帧头信息；在无阻塞捕获模式下，默认情况下不会捕获接线端口的帧头信息；其队列容量高达每侧队列最多支持超过十亿个存储单元；发送 FIFO 队列每通道容量达两千字节；同时支持中断检测与外部触发信号采集功能。
⑥ CAN模块
该系统方案能够兼容遵循 CAN 2.0A 协议及 CAN 2.0B 协议，并支持处理标准帧与扩展帧两种类型的数据；系统参数如下：
通道数设置为4个；
系统具备双向数据传输能力，并具备发送端（CAN 发送）与接收端（CAN 接收）功能；
系统提供精确的时间戳标记能力；
DC 2500V电压供电下实现电气隔离保护功能；
系统能够处理数据分组与远程接续格式两种通信模式；
该设备提供灵活配置能力，在5千比特每秒至1兆比特每秒范围内可调节波特率设置。
⑦ AD模块
支持64路单端或32路双端差分输入方案
该模块的最大采样率可达1 MSPS
可选输入范围包括±100V、±40V及±10V
ADC部分具有高达16\text{bit}的分辨率
该模块具备可编程量程范围调节功能
每个通道内置一个32 KByte FIFO缓冲区
支持外部触发信号控制功能
⑧ DA模块
该设备具备64个通道的输出能力。
DAC部分具有16位的位数特性。
其能够达到±10V的电平。
该设备的测量准确度可达到±0.2% FSR。
其输出电阻值为10欧姆。
每个通道的最大供电电流为10mA。
⑨ 光隔离离散量I/O模块
该模块具备64通道的光隔离特性，并能在每个通道中独立实现光电隔离功能。该模块能够检测到28伏以及 ground（GND）状态下的信号变化，并可接受从-60伏到+60伏之间的输入电压范围。其最大可承受开关电压不超过正负60伏，并且具备自动恢复断路器功能以保护电路安全。
（2）测试设计软件模块
测试设计软件模块对待测系统及其对外接口进行建模，进行协议编辑及分析、创建测试监控、建立硬件规划、创建及管理测试用例，确定测试要准备的接口设备数量。其主要功能包括：
进行测试方案管理，针对测试方案的操作有：新建方案、打开方案、保存方案。
每个测试方案中，可以包含一个到多个测试项目，多个测试项目的存在使得每个测试方案可以完成多个测试项目的设计，便于开展多个配置项到系统的集成测试。
测试项目有新建、重命名、删除和查看属性的操作。
用图形化的方式对被测系统、外围系统及被测系统对外接口进行描述，包括接口数量和接口类型，包括RS422、1553B、CAN、AD、DA、DI、DO、CT、Freq-CT、TCP等类型；能够设定接口参数。
创建接口协议，并使用协议描述语言进行协议描述，包括报文包头、包尾、校验等，描述各个字段类型及编码方式，以及分支、循环等结构。
为了适应各种数据通信的需要，协议字段具有丰富的类型，包括：整形（无符号和有符号，8位/16位/32位/自定义长度）、浮点型、布尔类型、条件语句类型、分支语句类型、计算字段、校验字段、数组字段。
创建测试监控，描述实时数据监控的监控内容和显示形式，并可设定报警条件。
用户可以在测试监控模块添加测试监控并在监控面板上添加数据监控仪器，通过不同的类型监控仪器绑定协议字段或者字段按照某种公式运算的结果，从而在运行时通过监控仪器指针或数值的改变直观地显示出测试通讯时数据的变化。
测试监控工具栏管理所有的测试监控仪表，包括数字表仪器，圆盘仪表，曲线图，枚举类型等。选择合适的监控仪表，将其拖拽到监控面板的合适的位置，即可添加该监控仪表到监控面板上。用鼠标拖拽监控仪表的边缘，即可调整其大小。
打开“属性”标签页，可以修改测试仪表的属性。其中最重要的属性是“协议段”属性，表明了该监控仪表的数据来源。
通过“协议段”属性右侧的展开按钮，可以打开“绑定数据协议”对话框，其中显示当前项目中的仿真模型中的所有的协议和协议段。
测试仪表的数据源，既可以是一个协议字段，也可以是若干个协议字段组成的公式。
在“绑定数据协议”对话框下部的输入框中输入协议字段，或协议字段组成的公式。双击需要的字段名称，可以添加该字段名称到自定义公式的光标所在位置。
创建测试硬件规划，确定测试需要使用的接口板卡设备，以及接口板卡设备对应的资源。
创建测试用例，并提供测试用例的管理方式，包括分组、删除、重命名等。
创建测试用例的内容，包括使用测试脚本描述测试的过程，包括变量定义、条件语句、循环语句、输出语句、数学运算、函数定义等。
提供测试脚本的扩展接口，能够实现向待测件的数据交互和数据自动解析，将比特流解析成具有意义的用户数据。
提供时序控制的方式，能够按照一定的时序进行规定的操作。
提供运行环境设置方式，设置测试运行期间的仿真模型服务器、数据中心服务器、测试执行服务器和客户端的IP地址和端口号。
提供对标准输入输出监控进行配置的功能，确定标准输入输出监控的类别配置。
提供测试脚本执行方式，能够运行用户选择的测试脚本；用户能够选择终止脚本运行。
能够查看输出信息及错误信息。
（3）测试执行服务软件模块
测试执行软件模块是构成自动化测试执行软件的关键组成部分，在与客户端系统协同运行的基础上完成对测试数据的接收与处理，并实现自动化测试流程的执行。其主要功能体现在以下几个方面：
- 配置进程调度服务后台运行程序，在进程调度代理的支持下依据测试设计要求启动包括测试执行、客户端系统以及服务器等多进程的运行操作，并通过进程调度服务实现各子系统的协调运行。
- 配置仿真模型服务器后台运行程序，在接收到仿真模型相关设计信息后完成对模拟通信过程中的数据收发解析功能的实现。
- 配置数据中心服务器后台运行程序，在处理单个用例时集中管理通道中的收发数据包，并保证分布式监控机制的有效实施。
- 配置用例服务器后台运行程序，在解析并分析测试用例定义信息的基础上完成对其执行流程的关键操作。
- 安排标准输入输出监控窗口程序实时显示各后台服务系统（如仿真模型服务器、数据中心服务器等）的操作状态信息以及客户端系统的相关信息反馈。
- 解析并处理测试脚本中的变量定义、条件判断逻辑、循环操作流程等关键语句，并对其相应的功能进行相应的操作实现。
- 实现对扩展接口的支持功能，在待测系统间建立通信通道并完成数据发送接收及格式解析工作。
- 按照预设的时间序列控制规则完成对整个测试流程的操作管理。
- 向客户端系统发送必要的注入数据包，并接收并分析客户端发送回来的数据包序列。
- 根据用户设定的目标参数值及时终止当前未完成的特定用例或整体测试任务的执行流程。
- 完成对各用例执行结果的数据记录及结果显示工作。
（4）测试执行客户进程及数据监控模块
测试执行客户进程及数据监控模块运行PCI控制器上。主要实现以下功能：
该模块支持多种接口板卡的驱动能力，包括1553B、CAN、RS422、RS232、AD/DA/DI/DO等接口类型。
在PCI控制器中运行测试执行客户软件和测试执行软件，并通过内存机制交换测试数据。
所有通信均基于测试设计软件中预先配置好的参数配置进行操作。
该模块提供灵活的硬件扩展方式，在集成新硬件时可轻松实现扩展功能。
收集来自测试执行软件的数据注入包，并通过通信接口将转换后的数据发送至待测设备。
收集被测设备发送的测试数据输出包，并将其转发给测试执行软件进行处理和分析。
登录后可查看全部设计的测试监控界面，并根据需要选择多个监控面板进行实时监控操作：
在运行指定的监控任务时，默认会实时显示相关测试数据信息，并提供数字仪器显示、仪表盘显示、枚举项显示以及曲线图等多种数据展示方式：
支持实时查看当前运行过程中的各项测试数据：
可选择以解析协议格式展示数据信息或以二进制形式直观呈现；也可根据需求设置八进制或十六进制显示格式：
具备灵活的数据筛选条件设置功能：用户可根据设定条件自动过滤出所需的数据信息并进行展示：
系统内置报警功能，在检测到特定特性时会触发预设报警条件并用醒目标识突出显示满足条件的数据条目：
支持历史查询功能：用户可以在任意时间段内查询相关报文记录或特定协议字段的数据信息：
提供数据分析统计功能以及曲线图展示选项：用户可以选择单个字段进行统计分析或查看完整的曲线变化趋势图
（5）设备资源管理软件模块
该软件模块支持了系统级测试设备及其通道的管理功能，并提供用于系统设备扩展接口。其主要实现了以下功能：支持增减系统设备实例；更新系统设备数量信息；增减单个设备所包含的通道配置信息；更新单个设备所包含通道的数量和类型设置；将相关设备信息写入到对应的目标资源文件中，并在测试设计软件中进行引用使用。
（6）辅助工具
该软件提供了一定数量嵌入式系统测试相关软件工具，并主要包含以下功能模块：