基于Windows/RTX的实时仿测软件设计

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.23-0120

摘要/Abstract

摘要：

针对传统测试软件实时性有限、传统仿真接口软件通用性程度低的问题，为满足半实物仿真软件需兼顾单元测试和控制系统仿真验证的需求，设计了基于Windows/RTX的实时仿测软件。仿测软件采用模块化的设计原则，开发了GUI层人机交互界面和RTX层实时运行程序。为保证实时性，采用无锁循环缓冲区+双线程技术，解决了RTX环境下仿真步长为1 ms时串口数据收发的超时问题；提出一种超时检测算法监测仿真节点的实时状态。借助cJSON优化了测试用例配置文件，用户可以更灵活地编辑测试用例，利用RTW自动代码生成将弹体模型编译集成到RTX仿测软件工程。实验结果表明：该仿测软件有效兼顾了单测与仿真，提高了仿测软件的通用性和二次开发效率，降低了开发难度。

关键词: Windows/RTX, 实时, 部件单测, 半实物仿真

Abstract:

Aiming at the limited real-time performance of traditional test software and the low generality of traditional simulation interface software, a real-time simulation software based on Windows/RTX is designed to meet the requirements of unit testing and control system simulation verification of semi-physical simulation software. Through modular design, GUI layer human-computer interface and RTX layer real-time operation program are developed. To ensure the real-time, the lock-free cyclic buffer plus dual-threading technology is used to solve the timeout problem of serial data transmission and reception when the simulation step size is 1 ms under RTX environment. A timeout detection algorithm is proposed to monitor the real-time status of simulation nodes. With cJSON, the test case configuration files are optimized and the users can edit the test cases more flexibly. RTW automatic code generation is used to integrate the projectile model compilation into RTX copycat software engineering. Test results show that the imitation software effectively considers the single test and the simulation, improves the versatility and secondary development efficiency, and reduces the development difficulty.

Key words: Windows/RTX, real-time, equipment test, hardware in the loop simulation(HILS)

中图分类号:

TP391.9

李勇波,田润梅,张辉等 . 基于Windows/RTX的实时仿测软件设计[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(6): 1468-1474.

Li Yongbo,Tian Runmei,Zhang Hui,et al . Design of Real-time Simulation & Test Software Based on Windows/RTX[J]. Journal of System Simulation, 2024, 36(6): 1468-1474.

图/表 6

图1

图2

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表1

图5

参考文献 10

1	邵云峰, 彭涛. 地空导弹综合测试技术发展及展望[J]. 现代防御技术, 2012, 40(5): 1-7.
	Shao Yunfeng, Peng Tao. Development and Prospect of Integrated Test Technology for Surface to Air Missile[J]. Modern Defence Technology, 2012, 40(5): 1-7.
2	张尊. 某型空空导弹飞行控制组件综合测试系统设计[J]. 河南科技, 2019(7): 28-29.
	Zhang Zun. Design of an Integrated Test System for Flight Control Component of Certain Air-to-air Missile[J]. Henan Science and Technology, 2019(7): 28-29.
3	谢侃, 吉亚平. 某导弹自动驾驶仪的自动测试系统实现[J]. 自动化仪表, 2017, 38(6): 75-78, 85.
	Xie Kan, Ji Yaping. Realization of the Automatic Test System for a Missile Autopilot[J]. Process Automation Instrumentation, 2017, 38(6): 75-78, 85.
4	马玉璘, 陈文浩, 刘伟, 等. 长征六号运载火箭动力测发控系统仿真测试平台的设计[J]. 计算机测量与控制, 2017, 25(5): 1-3.
	Ma Yulin, Chen Wenhao, Liu Wei, et al. Design of Power Control and Testing Simulation System for CZ-6 Rocket[J]. Computer Measurement & Control, 2017, 25(5): 1-3.
5	常晓飞, 李信淦, 符文星. 一种便携式导弹飞控系统外场实时仿真测试系统设计[J]. 航空兵器, 2020, 27(3): 93-97.
	Chang Xiaofei, Li Xingan, Fu Wenxing. Design of a Portable Outfield Real-time Simulation Test System for Missile Flight Control System[J]. Aero Weaponry, 2020, 27(3): 93-97.
6	王承军, 谢侃, 华伟. 地空导弹飞行控制系统的综合仿真测试装置搭建[J]. 自动化仪表, 2018, 39(10): 88-91, 95.
	Wang Chengjun, Xie Kan, Hua Wei. Establishment of Integrated Simulation Test Equipment for Flight Control System of the Surface-to-air Missile[J]. Process Automation Instrumentation, 2018, 39(10): 88-91, 95.
7	张培忠, 高坤, 宁金贵. 基于Simulink的RTX实时环境导弹半实物仿真编程技术研究[J]. 兵器装备工程学报, 2018, 39(11): 1-6.
	Zhang Peizhong, Gao Kun, Ning Jingui. Research on the Missile Hardware-in-loop Simulation Programming Technology Based on Real-time Extension of Simulink[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2018, 39(11): 1-6.
8	崔佳, 霍鹏飞, 祁克玉. 基于实时性扩展的多线程半实物仿真方法[J]. 探测与控制学报, 2013, 35(3): 12-16.
	Cui Jia, Huo Pengfei, Qi Keyu. Multi-threaded Hardware-in-loop Simulation Method Based on RTX[J]. Journal of Detection & Control, 2013, 35(3): 12-16.
9	鲁森魁. 基于RTW的嵌入式半实物仿真系统的研究与实现[D]. 大连: 大连海事大学, 2016.
	Lu Senkui. The Research and Implementation of Embedded Semi-physical Simulation System Based on RTW[D]. Dalian: Dalian Maritime University, 2016.
10	田传艳, 胡军照, 刘继奎, 等. 一种低成本的半实物飞行仿真系统[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(6): 1123-1127.
	Tian Chuanyan, Hu Junzhao, Liu Jikui, et al. Low-cost Hardware-in-the-loop Flight Simulation System[J]. Journal of System Simulation, 2019, 31(6): 1123-1127.

指标	传统仿测软件	新仿测软件
单步耗时平均值/ms	0.49	0.29
仿真步长平均误差/μs	0.43	0.28

[1]	刘泽森, 毕盛, 郭传鈜, 王延葵, 董敏. 基于深度学习的机器人局部路径规划方法[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(5): 1199-1210.
[2]	邵磊, 严小天, 刘剑, 刘玉明. 基于OSG引擎的森林火势蔓延仿真系统关键技术研究[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(5): 1232-1241.
[3]	刘立强, 孙文磊, 王一, 王炳楷. 基于Unity3D的油田抽油机三维可视化监控系统设计[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(2): 463-475.
[4]	徐艺博, 于清华, 王炎娟, 郭策, 冯世如, 卢惠民. 基于多源信息融合的巡飞弹对地目标识别与毁伤评估[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(2): 511-521.
[5]	豆建斌, 王小兵, 杨红坚, 高玉龙. 成像制导导弹试验鉴定半实物仿真系统设计与应用[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(2): 522-532.
[6]	常晓飞, 焦佳玥, 陈康, 符文星, 闫杰. 制导控制系统半实物仿真总体方案设计及集成联试[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(1): 83-96.
[7]	吕楠, 王琪冰, 陆佳炜, 陈军统, 肖刚. 基于数字孪生的自动扶梯乘客行为监测方法研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(8): 1737-1747.
[8]	刘杨杨, 丁刚毅, 闫大鹏, 薛彤. 超高清视频纹理的实时仿真方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(8): 1748-1756.
[9]	李阳, 张惠娟, 葛晨晨, 谢康, 李庄, 贾金原. 轻量级WebVR地铁站大规模火灾情景实时仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(3): 646-657.
[10]	王天峥, 汤健, 夏恒, 乔俊飞. 城市固废焚烧过程的回路控制半实物仿真平台[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 241-253.
[11]	史佳洁, 杨鹏, 皮雁南. 基于机器学习的地铁行人流在线优化控制研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 386-395.
[12]	刘紫寒, 侯凌霄, 李杨, 王智广, 张武龙. 基于自定义向导的通用实时半实物仿真代码自动生成方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(10): 2279-2287.
[13]	刘建磊, 焦学健, 王怀谦. 基于CarSim的车辆动力学虚拟仿真系统开发[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(8): 1847-1854.
[14]	刘逊韵, 徐新海, 朱成璋, 李豪, 曾蕾. 面向多视角渲染任务的超实时可视仿真系统[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(7): 1619-1628.
[15]	于帆, 罗东琦, 司宾强, 朱纪洪. 可交互式相控阵雷达DOA估计仿真系统设计[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 964-977.