仿真测试技术（精选9篇）
仿真测试技术 篇1
1 USB接口的基本特性
USB设备具有操作简单、使用方便、数据传输速度快和稳定性强等特征, 本文主要介绍USB设备的突出特征:
1.1 热插拔性能强大
USB设备具有良好的带电插拔性能, 支持用户在不关闭计算机或停止系统运行的情况下直接带电插入或拔出USB设备, 不会影响系统的正常温度的运行。热插拔性能在系统发生停止、卡死等情况时可以实现立即恢复, 不会损坏USB设备中存储的数据信息。
1.2 支持多设备连接
外围设备可以通过USB的树状连接结构进行连接, 由于USB具有树状图的连接特征, 因此, 可以连接更多的外围设备。USB外围设备连接上限为127 个, USB总线带宽在连接范围内没有任何损耗, 还可以保持固定不变的带宽。
1.3 即插即用功能
当USB设备与计算机进行连接时, 计算机会自动检测集线器上是否出现新的设备连接状态, 如果检测到有新的设备连接计算机, 计算机立即以集线器作为数据通信通道来实现计算机与USB设备的连接。当计算机通过控制指令向USB 设备发送请求时, USB设备马上回应与控制指令相对应的信息, 此时, 计算机与USB设备之间的通信称为枚举操作。USB设备强大的即插即拔功能使其操作使用更加方便快捷, 提高了数据传输的效率。
1.4 国际标准统一
传统的计算机外围设备接口大多数属于特定接口, 包括串行接口、并行接口和IDE接口等, 这些接口技术只能支持特定的计算机外围设备连接, 例如硬盘设备、打印机设备、扫描仪设备等, 在外围设备数量较多的情况下, 复杂的接口技术类型和过少的接口数量使得外围设备的使用非常不便, 而USB接口国际标准的出台对这些计算机外围设备接口进行了统一。
2 USB接口的仿真方案
由于研究最终目的是对USB接口芯片的仿真与测试, 本文针对USB接口的仿真方案和测试方案分别进行介绍。如图1所示, USB接口框架图中包括了三个功能模块, 分别是Controller控制模块、数字PHY物理层模块和模拟PHY物理层模块, 采用不同的仿真方法对这三个功能模块进行仿真。
USB接口的Controller控制模块和数字PHY模块采用Verilog语言进行描述, 其仿真的最终目的是为了检验U SB接口数字逻辑功能的正确性, 我们可以利用输出的仿真波形对代码的逻辑正确性进行验证。本文在Linux操作环境下, 使用VCS编译软件对以上两个功能模块进行仿真, VCS是编译型Verilog模拟器, 支持Verilog语言, VCS编译软件具有仿真速度快、计算精度高、调试方式多等特征优势, 可以从其自带的DVE数字视频特效功能来观察仿真波形。对USB接口的模拟PHY模块进行仿真的目的是为了验证电路原理图参数设计正确与否, 根据验证结果适当优化电路原理图的参数设计。本文采用SPICE软件对电路原理图进行仿真, SPICE是一种功能强大的模拟电路仿真器, 具有开放性强、实用性高、精度较高等特征, 在布置好仿真环境后可以对电路原理图中的全部元器件进行仿真, 根据仿真结果修改元器件配置。
3 USB接口的测试方案
由于只具有USB接口的数字逻辑代码和模拟收发器部分, 针对USB接口的测试过程变得非常复杂, 测试过程不能采用传统的独立芯片测试方法, 无法将USB接口芯片直接连接到计算机和USB设备中间实现数据传输。因此, 必须创建一个完整的USB系统, 用来模拟独立的USB接口芯片功能, 最终完成对USB接口的测试过程。USB系统结构示意图如图2 所示:
如图2 所示, 首先将USB数字逻辑代码全部下载到FPGA芯片中, FPGA芯片由于加载了USB数字逻辑代码, 可以实现USB接口的全部逻辑功能。其次, 选用芯片代替USB模拟收发器, 通过芯片来实现USB模拟收发器物理层的数据收发功能。最后, 选择适当的主机控制器、驱动程序和应用程序代替主机功能。
综上所述, 本文在介绍了USB接口的基本特性基础上, 以对USB接口的仿真与测试为最终目的, 给出了详细的USB接口仿真方案和测试方案。通过对USB接口的仿真与测试, 不但可以确保USB接口芯片的正确性, 还能够有效优化USB芯片的使用状态。
此篇论文系作者在2015~2016年度北京航空航天大学访学期间完成。
摘要：随着计算机技术的快速发展, 以及智能移动终端设备的普及应用, 电子设备接口技术成为了智能移动终端产品升级、更新的重要因素。作为外围设备通信总线标准的USB越来越受到电子设备厂商的关注, USB具有成本低廉、操作简单、数据传输速度快等优势。本文以USB接口作为研究对象, 提出了USB接口的仿真与测试方案。
关键词：电子设备,USB接口,测试与仿真
参考文献
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[3]卢锡铭.电子设备热仿真及热测试技术研究[J].舰船电子对抗, 2013.
[4]董欢, 苗克坚, 陆寅.某型挂架的便携式仿真测试设备的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2012.
仿真测试技术 篇2
用 鬼 燃 宽 费 池 涮 嘣 画(油画) 揣(怀揣)
逛 丢 雌 枪 破 锌 郑 邹 派(派别) 曾(曾孙)
存 跨 秧 晒 惹 君 绉 司 俩(咱俩) 石(石板)
篇 灭 鳃 讲 肠 筋 浊 虐 别(区别) 捂(捂着)
摸 如 梯 训 翁 枚 舜 秦 雨(雨水) 那(口语音)
苗 逼 闯 自 悬 掐 宋 爷 喝(喝水) 冲(酒味很冲)
毒 恩 雄 略 挺 操 枕 榻 熬(熬煎) 钉(钉扣子)
流 荒 二 挥 润 铝痣 供(供给) 挑(挑战) 番(翻两番)
凝 卧 软 票 乖 荫申 便(顺便) 颈(颈椎) 拗(拗不过)
防 阔 全 催 炕 滴涩 阿(阿姨) 否(否定) 扎(扎裤脚)
二、读词语(共20分)(限时3分钟)
小曲儿 英勇 洽谈 抓阄儿 劳动(体力劳动)
哎呀 圈点 拨子 通过 报复
暧袖 缺乏 状况 车站 贫穷
下本儿平原 让位 伺候 迫切
人群 退学 蕴藏 奶水 油层
上座儿 居民 拐弯 日记 现实
劫持 论文 总得 熊猫 你们
徇私 夸奖 配偶 风力 艰苦
标准 革命 损坏 出口 打扰
儿女 洒脱 生产 进项 往还
三、朗读
书，人们称为人类文明的“长生果”。这个比喻，我觉得就我自己说，特别亲切。
像蜂蝶飞过花丛，像泉水流经山谷，我每忆及少年时代，就禁不住涌起视听的愉悦之感。在记忆的心扉中，少年时代的读书生活恰似一幅流光溢彩的.画页，也似一阕跳跃着欢快音符的乐章。
我的故园是浙东南的鱼米之乡。五十年代初，解放了的家乡天地明媚，我这处于海角小镇的毛丫头，心中一片欢悦。我欢悦，是因为那时我已粗识文字，知道爱读书，接触了书，只觉得自己无知而空荡的脑瓜日益充盈起来。
我最早的读物是被孩子们叫做“香烟人”的小画片，一种比火柴盒略大的硬纸片，正面印画，背面印字，是每盒香烟中的附赠物。遇到大人让孩子买烟，这美差往往被男孩抢了去，我们女孩只落了个眼羡的份。集得多了，就开始比赛用手掌刮“香烟人”，看谁刮得远。这时，我就卖力地呐喊助威，为的是最后能在赢家手里饱览那一大叠画片。这些印着《水浒传》《三国演义》《七侠五义》故事的小画片，就是我最早见到的连环画。
开始我看得津津有味，时长日久，就感到不过瘾了。
仿真测试技术 篇3
一、仿真实验的内容与设计
测试技术课程涉及的知识面广, 学科跨度大。经过广泛调研, 本仿真实验平台以过程控制系统中的液位、温度、压力与流量四个物理量作为测试与控制的目标, 在结构上则采用模块化设计, 安排在同一个系统中。要求仿真实验不但能对各个模块的物理量进行实时测试与监控, 而且还具有目标值设定、参数调整及曲线绘制等功能。在仿真实验的实现上, 通过建立各模块回路的模型, 利用PLC对控制系统进行软、硬件设计, 并基于In Touch开发仿真软件, 实现实验过程的实时监控。
二、实验模型的建立
根据仿真实验的内容与要求, 这里采用机理法建立整个测试控制系统的模型。如图1所示, 实验系统采用双泵源, 其中一个为液位、压力和流量控制回路提供能源, 另外一个为温度控制回路的提供能源, 且每个泵都有低压短路、失压和过载保护。仿真实验选用的介质为水, 12个电磁阀负责控制液流的通断。在液位、压力、流量回路中安有电动调节阀, 控制系统会根据设定值和传感器的测量值自动调节阀的开度进行实时控制。下面以液位仿真实验为例说明各子系统的模型结构和控制过程。
1. 模型结构。
液位控制子系统模型结构如图2所示。液位控制实验开始前, 先将手动阀调节到一定开度, 液位子系统开始运行时, 电磁阀1-3自动打开, 泵将水从下水槽抽到上水槽中。上水槽安有液位传感器, 电动调节阀根据传感器的反馈, 调节阀的开度, 对上水槽的液位进行控制。
2. 控制方框图。
为了使液位快速稳定在目标值, 控制系统采用PLC通过PID方法来实现。如图3所示, 液位控制子系统是一个闭环系统, 通过PLC的PID模块, 调节阀的开度来控制电动阀的流量, 从而改变液位的高度, 当液位传感器检测到液位实际值, 将其反馈给PLC, 从而达到控制上水槽液位平衡的目的。
同理, 流量、温度和压力子系统也采用相同的原理和方法进行建模与控制。
三、仿真实验的实时监控
为了方便教学, 给学生建立直观、形象的认识, 仿真实验开发了基于In Touch的软件平台。In Touch是Wonderware公司的一种工业自动化组态监控软件, 它能高效、快捷地配置用户的应用程序。
1. In Touch与PLC的通讯。
当上位机与PLC通信时, 需要分别在In Touch、OPCLink、PC access中进行设定。本实验选用西门子公司的S7-200型PLC。首先, 在In Touch中设定访问名S7-200, 并将标记名设定为I/O型。然后启动In Touch自带的IO server--OPCLink工具, 并选择西门子的PC access作为OPC server。在PC access中设定的项目名要与In Touch中的设定一致。设定完成后, 在PC access左边窗口中显示与上位机对应的项目名, 右边窗口建立上位机于下位机对应地址的联系, 如图4所示。这时, In Touch与S7-200完成通讯, 可以对实验进行实时监控。
2. 仿真软件的开发与应用。
图5所示为本仿真实验上位机监控的主界面, 在教学中可以根据需要选择实验内容。画面左侧, 是仿真实验的整体系统结构图, 右侧是四个实验系统的缩略图, 单击其任意一个画面就可进入相应的实验界面。如图6所示, 在液位检测控制界面中, 可以对当前的液位子系统的状态进行监控。图的左侧是实时监控画面, 右上方为参数设定区, 包括液位高度的设定及PID调节器中增益值、采样时间、积分时间与微分时间的设定, 右下方是液位曲线显示区。当设定好相关初值后, 点单击“运行”按钮, 左侧结构图能动态显示液流流动过程, 此时图中的电磁阀由红色变为绿色, 这表示PLC已自动打开相应的电磁阀, 液位曲线则表示液位值随时间变化的值。
在液位监控界面, 点击“历史趋势”按钮, 进入“历史趋势曲线”界面, 可以查看和分析实验曲线的历史过程。在实验操作过程中, 为了接近实际生产系统, 界面右上角设置了报警灯, 对操作过程中泵过载等问题进行报警显示。
《测试技术与信号分析》可视化仿真实验平台是改善该课程教学环境的重要手段。这种动态仿真实验不但可以灵活安排在课堂教学中, 丰富教学内容, 有效改善理论教学和实验教学相脱节的现状, 弥补实验设备和实验教学环节的不足, 而且能将枯燥、抽象的知识点变得生动、形象, 有效激发学生的学习兴趣, 提高教学和学习效率, 取得较好的教学效果。
参考文献
[1]杨三青, 王仁明, 曾庆山.过程控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2008.
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[5]黄忠霖编译.自动控制原理的MATLAB实现[M].北京:国防工业出版社, 2007.
[6]尹一鸣.基于LabVIEW和PLC的过程控制系统的设计.仪表技术与传感器[J], 2010 (3) :39-41.
[7]方赟, 虎恩典, 李帅, 李晓婷.西门子PLC与组态王在葡萄酒发酵过程控制系统中的应用.制造业自动化[J], 2011 (3) :39-43.
仿真测试技术 篇4
学生员工角色递进，塑造学习过程真度。我们和山西省第二建筑工程公司签订协议书共同开展学生的综合实训，企业专业人士参与评价，企业技术人员的介入，使综合实训按照企业经营模式计算造价，图7王清娥等专家评价教学 图8教师指导学生综合实训
产教融合的实训模式，塑造学习过程真度，实施过程评价和结果评价结合，建立评价主体多元评价模式。
五、“工学交替”工作场所的变换，快速提高“双师”技术应用能力，参与企业科研项目成效显著
提高了团队“双师”素质。“工学交替”教学节奏，要求教师
密切跟随学生学习场所的变化，教师和学生一同参与企业实践，教师角色在师傅和教师之间转化，使得教师团队贴近行业企业、贴近生产实际、贴近真实工作，全方位得到锻炼，3年来，培养了1名省级职业教育名师、2名专业带头人、5名国家级注册造价师，10名骨干教师。
校企合作开发校本教材。2014年共有12名专业教师和王清娥、杨纯钢等10名专家携手开发了适合工学交替模式的《建筑施工图识读》等8本特色教材，编写了16门课程标准、教学设计和学生工作页，为教学模式的落地提供了教材资源和学习资料，2014年《建筑工程计量与计价》教材以真实案例为特色被山西省建设教育协会评为年度教学成果“一等奖”。
仿真测试技术 篇5
关键词：卫星导航,灵敏度,定位时间,定位精度
0 引 言
近年来,卫星导航产品的应用日益广泛,通常是以PND(个人导航设备)等独立导航系统而大量出现,目前伴随车载系统与导航系统的结合使用,产品应用日益广泛,同时,卫星导航已纳入新兴产业“十二五”规划,随着未来北斗、伽利略、GLONASS等其他卫星导航系统的投入使用,基于卫星导航的应用将获得广泛和长足发展[1,2,3]。
与卫星导航产品技术发展相匹配的产品测试技术也在不断进步,针对卫星导航产品的整体质量进行测试,特别是针对接收机的性能进行评价,以及导航软件与接收机硬件相配合的符合性测试,是目前该类产品测试的主要方面。但是,由于导航产品定位测试受多种因素影响,而实际路测又无法保证测试信号是受控的、可重复的,无法达到客观性、公平性和一致性的要求,而卫星模拟仿真可以合成多通道信号,可以灵活设置时间、仿真大气效应和车辆运动状态,并且可以对功率变化及误差效应进行控制,所以目前在实验室中基于仿真模拟器对卫星导航产品进行测试是较为普遍的方法。
本文在卫星模拟仿真环境下,针对卫星导航产品的主要性能项目的测试技术展开研究,得到基于卫星模拟仿真平台的导航产品测试项目及测试方法。
1 测试技术的研究
基于卫星模拟仿真平台的导航产品测试技术研究的关键是确定测试项目、研制测试场景及提出测试方法,技术路线图如图1所示。
通过将信号采集到的数据编码生成测试场景,利用场景对导航产品性能进行测试。基于卫星模拟仿真平台的导航产品测试项目包括灵敏度测试、定位时间测试、定位精度测试和综合性能测试。
1.1 灵敏度测试
高灵敏度的导航产品接收机在室内或者其他信号较弱的环境下仍然能实现定位和追踪,因此灵敏度成为评价导航产品接收机性能的重要指标之一。目前灵敏度可以分为跟踪灵敏度和捕获灵敏度,导航产品接收机完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度,在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度[4,5]。
由于灵敏度测试需要准确控制卫星信号发射功率,因此针对捕获灵敏度和追踪灵敏度的测试需要完全在模拟仿真环境下进行。
1.1.1 捕获灵敏度测试
在仿真平台环境下,捕获灵敏度的测试需实现卫星模拟器信号输出功率由一个较低的值逐渐增加,直到导航产品接收机完成捕获为止,通常在静态测试场景中设置功率初始值为-160 dBm。
1.1.2 跟踪灵敏度测试
在仿真平台环境下,跟踪灵敏度的测试需实现逐渐降低卫星模拟器信号输出功率,直到导航产品接收机无法实现捕获为止。通常在静态测试场景中设置功率初始值为-120 dBm,以保证导航产品接收机处于捕获状态。
灵敏度的测试需要实现对信号强度的准确控制,因此,灵敏度测试中输出功率的增加或者降低,应尽量符合产品性能的输出要求,以0.5 dB或1 dB的速率为宜。
1.2 首次定位时间测试
首次定位时间是指导航产品接收机第一次输出PVT(位置、速度、时间)的时间,目前对于首次定位时间的测试主要包括冷启动首次定位时间、温启动首次定位时间和热启动首次定位时间[6]。
1.2.1 冷启动首次定位时间
冷启动首次定位时间定义为导航产品接收机从开启电源到第一次获得有效导航数据的时间。导航产品接收机需要满足以下要求:时间未知;历书和星历未知;位置未知。冷启动首次定位时间主要用于测试导航产品接收机初次使用、电池耗尽或长期未使用的状态下实现定位的快慢程度。
在仿真平台环境下,设置卫星模拟器发射一个测试场景A的卫星信号,在导航产品接收机完全定位至少12.5 min之后关闭导航产品接收机,同时更换卫星模拟器测试场景至B,重新启动导航产品接收机,记录第一次输出有效导航数据的时间。为保证导航产品接收机冷启动,可保证测试场景A与测试场景B满足1 000 km以上距离,以实现前提条件。
1.2.2 温启动首次定位时间
温启动首次定位时间定义为导航产品接收机从开启电源到第一次获得有效导航数据的时间,导航产品接收机需要满足以下要求:时间可知;历书可知;星历未知;距离上次定位在100 km以上。温启动首次定位时间主要用于测试导航产品接收机在距离上次定位时间超过2 h后启动,实现定位的快慢程度。
在仿真平台环境下,设置卫星模拟器发射一个测试场景A的卫星信号,在导航产品接收机完全定位至少12.5 min之后关闭导航产品接收机,同时更换卫星模拟器测试场景至B,开启导航产品接收机,记录第一次输出有效导航数据的时间。为保证导航产品接收机温启动,可保证测试场景A与测试场景B满足100 km以上距离,以实现前提条件。
1.2.3 热启动首次定位时间
热启动首次定位时间定义为导航产品接收机从开启电源到第一次获得有效导航数据的时间,导航产品接收机需要满足以下要求:时间可知;历书可知;星历可知;距离上次定位在100 km以内。热启动首次定位时间主要用于测试导航产品接收机在距离上次定位时间小于2 h后启动,例如定位后重新启动,实现定位的快慢程度。
在仿真平台环境下进行热启动首次定位时间的测试不需要清空导航产品接收机的接收数据,不需要进行测试场景的变换,只需在将导航产品接收机成功捕获卫星信号至少12.5 min后重新启动,计算从重新启动到定位的时间即为热启动首次定位时间。
1.2.4 重捕获时间
重捕获时间是导航产品接收机完全丢失所有信号之后再次捕获到有效导航数据的时间。该项目主要测试导航产品接收机在丢失信号后重新捕获信号的能力,主要应用场景为汽车通过较长隧道丢失卫星信号,在驶出隧道后需要能够快速捕获到卫星信号,以保证行驶正确。
在仿真平台环境下,首先使得导航产品接收机完全接受到全部的卫星信号,然后一次性关闭所有卫星信号,直到导航产品接收机完全失去卫星信号,此时重新打开所有卫星信号并恢复到正常接收水平,当导航产品接收机重新捕获到信号并输出PVT时计时结束,此时间为重捕获时间。
1.3 定位精度测试
1.3.1 静态定位精度
静态定位精度是导航产品接收机对于一个已知位置测量的准确程度。在仿真平台环境下,使用卫星模拟器模拟一个静态场景信号,保持输出功率在-120～-130 dBm之间,使导航产品接收机实现定位,并记录位置数据,通常需要至少记录10 000个位置数据点[7,8,9,10]。
1.3.2 动态定位精度
动态定位精度是导航产品接收机在运动过程中进行位置测量的准确程度。在仿真平台环境下,使用卫星模拟器模拟一个动态场景信号,保持输出功率在-120～-130 dBm之间,使导航产品接收机实现定位,并记录位置数据,通常需要至少记录10 000个位置数据点。
1.4 综合性能测试
综合测试导航产品接收机在不同环境下的综合导航性能,该部分测试场景中需包含多径、卫星遮挡和隧道等多重复杂环境。
2 结 语
基于卫星模拟仿真平台的导航产品测试,通过保证测试环境的一致性,实现测试过程的客观性和测试结果的准确性。测试项目和测试方法的提出对导航产品接收机性能进行质量评价提供了统一的、有效的途径。卫星导航产品的质量控制离不开从技术到管理各个层面的努力,就其质量现状而言,只有规范产品的检测方法,加强企业的质量意识,才能够形成一种有效的质量控制方法,从而更好地为企业产品把关,为消费者利益护航。
参考文献
[1]李丽.GPS在车辆定位系统中的应用[J].高师理科学刊,2006(3):46-49.
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[3]罗建政.汽车GPS导航技术及产业前瞻[J].现代商业,2008(36):174.
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[5]蔡昌听.高灵敏度GPS技术的研究进展[J].全球定位系统,2006(2):1-4.
[6]工业和信息化部.GB/T19392-2003汽车GPS导航系统通用规范[S].北京:中国标准出版社,2003.
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[9]何其畏.GPS定位精度的提高及其应用[J].微计算机信息,2006,12(z5):132-133.
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仿真测试技术 篇6
RTEMS[1]是80年代美国研制的军用实时操作系统且被运用于导弹控制系统。1994年源码开放后,多被应用于卫星探测系统、武器控制系统和工业中控系统。因此一般运用RTEMS系统的领域都对系统可靠性和实时性有很严格的要求,然而RTEMS在真实环境下测试难度和风险都很大。由Fabrice Bellard主要编写的一套二进制指令动态翻译器QEMU[2],是一款跨平台、仿真速度快、开源并且支持多种CPU架构的虚拟软件。
1仿真测试平台设计
RTEMS多应用于一些要求质量和可靠性很高的领域,并且其使用的硬件和仪器都十分精密和昂贵,有的甚至需要保密,所以直接在目标环境下运行和测试RTEMS不是特别合适的选择。嵌入式仿真测试可以构建一个不需要真实目标机参与的测试环境,利用QEMU模拟真实的嵌入式系统、CPU架构和外围设备等,从而建立RTEMS仿真测试环境。
与其他嵌入式测试不同,基于RTEMS仿真测试是在同一宿主机下搭建测试环境,可以是Windows平台或者Linux平台。本文研究的是Windows平台下,通过全数字仿真测试策略完成对RTEMS嵌入式软件的黑盒测试。如图1所示,QEMU模拟出指定的CPU架构和I/O,并且不需要修改和特殊编译的RTEMS应用程序就直接能运行在虚拟目标机上。测试代理上解析扩展的Python实时测试脚本,通过外围激励相关技术和重定向读写技术[3],完成开环测试、闭环测试、混合测试以及多路并发测试4种外围激励模式,从而达到对RTEMS嵌入式软件自动、实时、非侵入性的黑盒测试。
面对复杂而繁多的嵌入式硬件接口,如果靠修改QEMU源码来修改需要的I/O和外围设备效率很低,另外,为了保证RTEMS嵌入式软件的高可靠性和鲁棒性,通过设计SystemC下的虚拟I/O仿真模块[4],从而方便并且灵活地进行黑盒测试和故障注入测试,方便地收集RTEMS在正常和异常情况下的测试数据。
测试代理是衔接上层用户UI接口和下层测试实施接口的测试执行管理器,根据QEMU特性,测试代理与QEMU上的Monitor进行通信。由于测试代理内各个模块之间的数据需要频繁交换,保证测试代理的高效性、数据精准及整个系统各模块间无误的工作,基于C++面向对象程序设计,设计了仿真代理模块数据传输类,对各个模块间的数据进行包装,保证数据传输时协调和准确[5]。
2仿真测试控制
仿真平台控制模块是黑盒测试当中最基本、也是最重要的一个部分,它负责连接虚拟环境,加载相关参数操作,在测试过程中负责与QEMU Monitor交互通信,控制QEMU的启动、停止和挂起,并且可以从QEMU Monitor中读取虚拟环境运行状态。相关参数操作环节主要是启动环境参数配置,其中包括虚拟目标机IP地址、文件系统类型、测试代理工作端口号、RTEMS的elf 二进制文件映像绝对地址和外围设备参数等。仿真平台控制视图如图2所示。
Python[6]是一种解释型、面向对象、动态语义、语法优美、跨平台的开源脚本语言。结合QEMU黑盒测试的特点,使用C或C++对其核心命令集和数据集进行扩展。通过上述激励方式介绍,Python的扩展[7]需要与仿真激励控制的数据保持同步,包括仿真时钟标识、仿真激励方式和仿真I/O标识等,同时,指令集的扩展包括激励控制、数据收集和生成xml测试报告等。
3外围设备仿真
QEMU自身提供的仿真I/O外围设备少而简单,而RTEMS使用的都是复杂或者在测试过程中需要修改的外围设备。如果通过修改QEMU的硬件抽象层源代码来实现仿真I/O等外围设备功能,不仅开发效率低耦合度高,而且系统可扩展性和可复用性也很差,所以使用SystemC仿真外围虚拟设备。SystemC是一种非常著名的系统级描述语言,QEMU和SystemC之间的通信机制可以分为分布式系统和单一系统[8] 2种。本文是在同一系统平台下进行黑盒仿真测试, QEMU与SystemC的通信机制主要通过Socket API实现。嵌入式仿真测试重点在于激励的注入、采集和虚拟I/O外围设备,SystemC不像其他硬件仿真语言,它可以提供多种抽象层次的仿真,包括寄存器传输层和功能参数层。对于黑盒仿真测试只关注虚拟I/O的功能参数层就够了,不需要其精确的行为描述,所以SystemC非常适合黑盒仿真测试虚拟I/O编写。通过修改虚拟的I/O设备运行状态、功能和参数,可以快速地进行激励控制,同时,还可以方便地进行故障注入测试。QEMU本身没有包含任何与SystemC通信的接口,通过Socket APIs生成TLM(Transaction Level Modeling)[9]通道连接QEMU和SystemC,如图3所示。
外围激励是驱动黑盒测试重要部分,外围仿真激励主要分为2种:向虚拟CPU发送外部中断和向虚拟I/O端口发送信号。RTEMS是实时操作系统,激励的注入应考虑到逻辑、时序和实时问题,为了尽可能地满足仿真激励注入的正确和有效,保证仿真系统和宿主机平台数据一致性和实时性,设计了以CPU滴答时钟为基础的仿真时钟(Simulation Clock,ST)[10]。仿真时钟频率(Simulate Timer Frequency,STF)与计数初值之间的关系为:
STF=输入时钟频率/计数初值。
这样做也是为了方便在今后工作中需要对RTEMS应用性能评估和基准测试起到铺垫作用。ST仿真时钟有5元组:ST{STI(仿真时钟标记),SF(仿真频率),SL(仿真激励发射器),SII(仿真I/O标记),SSU(仿真激励更新)}。仿真时钟工作模式如图4所示。
4外围激励注入
设计了4种激励模式:开环激励模式、闭环激励模式、混合外围激励模式和多路并发激励模式。其中开环激励模式较为简单,闭环激励模式较为复杂,混合外围激励和多路并发是建立在开环和闭环之上的。
更新的激励种子来自于仿真模型的激励计算器,仿真模型可以是开发人员根据实际项目定制的各种模型,也可以是由第三方提供的如事件模型、中断模型、重力模型或运动模型等等[11]。将第一轮产生的激励反馈逻辑写入激励控制器计算出下一轮的激励种子,根据仿真时钟的属性再次加载注入到指定I/O里,直到仿真模型激励计算器计算结束,退出闭环激励模型。多路闭环外围激励模型如图5所示。
5结束语
本文实现了基于虚拟机QEMU搭建RTEMS系统仿真平台,使测试用例通过测试代理模块将外围激励注入,从而驱动测试执行,并通过重定向端口来收集测试数据。在取得一定成果的同时,还存在很多工作需要改进和完成,测试代理内的数据交换频繁,需要一个实时、准确并且与仿真平台同步的数据传输协议,同时需要优化仿真I/O外围设备性能。为了尽可能地达到与真实环境一致的条件,准备基于RTEMS应用进行性能基准测试,一是使仿真环境接近真实环境,二是可以采集RTEMS应用性能测试数据以备分析。
摘要：多处理系统实时内核(Real Time Executive for Multiprocessor Systems,RTEMS)多应用于航空和武器控制系统。通过虚拟化技术设计了QEMU虚拟机下仿真RTEMS嵌入式操作系统,同时使用Socket API生成TLM通信信道连接SystemC进行虚拟I/O设备仿真,测试代理控制和驱动测试,使测试在早期阶段就可以进行,让潜在的缺陷和问题尽早地暴露出来,增强系统的安全性和可靠性。
关键词：RTEMS,QEMU,测试代理,SystemC
参考文献
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仿真测试技术 篇7
STM32单片机是基于高性能Cortex-M3内核的32位单片机,外设功能强大,最大工作频率72MHz。 本文选用的STM32103VET6芯片,有多达5个USART、3个SPI口和2个I2C口,便于产品与上位机的通信。采用基于库函数的编程方法,能很快地进行产品开发。目前公开的文献没有提及无硬件平台情况下对STM32进行多串口调试的方法,部分文献有介绍用虚拟串口仿真51单片机,但没有提及怎样仿真串口接收通信的情况[1,2,3]。本文采用基于Real View MDK、VSPD( 虚拟串口) 和串口调试软件的联合仿真调试技术,可以在没有硬件平台的情况下, 完成多串口收发通信软件的开发和测试。
1多串口通信的软件设计原理
软件流程图如图1所示。
本文使用的STM32芯片有多达5个USART,使用其中的3个USART(USART1 ~ USART3)。在不进行管脚 重映射的 情况下,USART1 _ Tx管脚为PA9,USART1_Rx管脚为PA10,USART2 _Tx管脚为PA2 ,USART2 _Rx管脚为PA3 ,USART3 _Tx管脚为PB10,USART3_Rx管脚为PB11。软件的设计采用模块化,包括RCC时钟配置模块,NVIC中断向量配置模块,USART1 ~ USART3管脚配置 模块、 USART1 ~ USART3初始化模块,USART1 ~ USART3通信模块等。
1.1RCC时钟设置模块
采用8 MHz外部晶振作为PLL时钟,再倍频到72 MHz。该时钟作为系统时钟,待系统时钟稳定后,再进行各模块时钟的分配[4]。时钟初始化模块部分代码如下:
1.2UASRT通信管脚配置模块
STM32单片机功能管脚由GPIO管脚进行映射,这里仅给出USART1_Tx和USART1_Rx管脚配置的软件代码,USART2和USART3的管脚配 置类似[5]。
1.3NVIC中断向量模块的配置
NVIC是中断向量控制器,用来控制多个中断向量的优先级,在NVIC中设置USART1中断为最高优先级,USART2次之,USART3中断优先级最低。 本文设置发 送为顺序 发送,接收为中 断响应接 收[6]。代码如下:
USART1 ~ USART3的抢占优 先级相同,USART1的从优先级值最小,所以USART1的优先级别最高。
1.4USART的通信配置模块
采用全双工通信,对USART1进行配置,USART1的波特率115 200 bit / s,数据位8位,停止位1位,无校验位,无流量控制,接收、发送使能,采用接收中断方式,USART2和USART3的配置类似。
1.5USART的中断接收模块
在该中断响应函数中,当USART1接收事件完成时,产生中断信号,通知微处理器进行串口通信的接收处理[7,8]。
当USART2和USART3产生接收中断时,进入相应的中断函数进行处理。
2虚拟串口和仿真串口的绑定
传统的USART调试必须有相应的开发板,连接开发板的串口和上位机的串口,开发软件Real View MDK在调试时,有3个串口的仿真输出窗口UART# 1,UART# 2,UART #3,但这3个窗口只能仿真串口输出,不能仿真串口的接收通信。采用虚拟串口软件VSPD(Virtual Serial Port Driver),可以虚拟出多对串口,如图2所示。分别把每一对虚拟串口中的一个与STM32单片机的每个串口进行绑定,就可以进行串口的通信仿真测试。
本文用VSPD软件虚拟了3对串口,分别是COM4和COM5、COM6和COM7、COM8和COM9。 COM4发送数据时,COM5接收数据,反之亦然。为了仿真STM32单片机3个串口的 收发通信,把UART1和COM4绑定在一起,把UART2和COM6绑定在一起,把UART3和COM8绑定在一起。因为虚拟串口COM4和COM5互相通信,所以用COM5发数据,可以模拟串口COM4的中断接收数据。配置文件为COM4_OUT. txt,把后缀名改为. ini。内容如下[9,10]:
文件的作用是配置COM4的波特率为115 200 bit / s,8个数据位,1个停止位,无校验位,把COM4和STM32的第1个串口绑定在一起,配置COM6的波特率与COM4一样,绑定COM6和STM32的第2个串口在一起,依次类推。把COM4_OUT. ini文件放在工程文件 中,编译后,就可以利 用Real View MDK软件和串口调试软件进行串口的通信仿真测试。
3USART通信发送、接收数据测试
3.1发送数据测试
设置3个发送数组,uart1 _ tx[64 ]、uart2 _ tx [64]、uart3_tx[64],因为COM4和COM5相连接, 当COM4发送数据时,COM5接收数据,由图3可知,当COM4发送数组uart1 _ tx[64]的数据时, COM5的接收区正确显示数组uart1_tx[64]的数据。 COM8和COM9相连,由图4可知,COM9的接收区正确显示数组uart3_tx[64]的数据[11]。
3.2接收数据测试
用uart1_rx[64]、uart2_rx[64]和uart3_rx[64] 分别模拟COM4、COM6和COM8中断接收数据,这时COM5、COM7和COM9分别发出数据。该实验用于测试多串口中断接收通信的准确率[12]。
对比图5和图7可知,uart1_rx[64]正确接收到COM5发出的64个数据,表明COM4中断接收通信正确。对比图6和图8可知,uart2_rx[64]正确接收到COM7发送的64个数据,表明COM6中断接收通信正确。
4结束语
仿真测试技术 篇8
1 Cult3D功能简介
Cult3D是一种全新的Web3D技术,一个跨平台的3D引擎,虚拟现实技术在互联网上的一种应用,运用该技术制作的具有交互功能的3D课件。[4]利用C u l t 3 D技术可以使网页设计者制作出3 D立体的产品,同时可以用视觉的方式显示不同事件和功能的交互性,并且放置在网页中用鼠标控制3D产品的旋转、移动以及放大、缩小。由于Cult3D本身并没有自己的建模工具,所以常常要借助于其他软件完成建模工作,因此就需要Cult3DExporter插件,利用它可以将3DS Max或者Maya等三维软件中的文件导入Cult3D。[5]Cult3D中还有Cult3DDesigner插件和Cult3D player插件,其中Cult3DDesigner为Cult3D主要的设计平台,通过这一平台可建立具有交互性能的对象;Cult3Dplayer主要用于Cult3D文件的网络发布,使浏览器可以播放Cult3D对象并展示其交互功能。
2 汽车变速器振动与噪声测试的网络虚拟技术实现
2.1 虚拟化工作流程
Cult3D基于面对对象的思想进行开发。三维物体作为一个对象,模型下每个节点都可以作为一个对象,每个对象具有一定的属性(如颜色、纹理等)。对象可进行一定的动作(如运动、旋转、放大缩小、粒子特效、动画播放、声音播放、粒子系统、复位等)。事件发生在对象身上,可触发对象的某个属性或动作的改变。
一个完整的Cult3D例程可以通过以下步骤实现,流程如图1所示。[6]
2.2 汽车变速器三维模型的构建
采用专业三维建模软件(如3DS Max,Pro E,Solid Works等)制作物体的三维模型,然后利用插件Cult 3D Exporter for 3D MAX导出文件,输出Cult3DDesigner的.c3d格式文件。若采用其他建模软件(如Solid Works,Pro /E等)可在软件中另存为.stl格式文件,然后在3DS Max中导入,再导出.c3d文件,或者采用Poly Trans模型转换软件将文件格式变换为3DMax可读出的格式,作为中转,转化为.c3d格式。本次汽车变速器建模,首先采用Solid Works软件进行三维模型的构建,然后将其保存为.stl格式文件,导入3DS Max进行渲染或剖切等操作,最后将其输出为.c3d格式文件,此文件格式可直接载入到Cult3D软件中进行虚拟。汽车变速器三维模型构建的流程如图2所示。
2.3 三维模型交互设置
启动Cult3D Designer,点击“fi le”按钮,选择添加Cult3D Designer文件,将之前保存好的.c3d格式文件导入,为三维模型加入互动效果、事件和声音等。Cult3D Designer已经将很多基本的命令模块化。即使不懂编程语言也可以很方便地制作出不错的效果。Cult3D中为了提高用户的交互体验,使用了面对对象的开发方法。可以按照用户动作、事件、浏览对象三方面去设计浏览过程中的交互环节,触发对象完成某种动作。动作的完成主要有以下两种实现途径。
2.3.1 开发平台中自带动作
对象运动有绕xyz轴旋转、平移、缩放、复位、动画播放、动画停止等动作。交互运动有鼠标球运动、鼠标扩展、鼠标和键盘导航。可选择不同摄像机进行视角跳转。可进行图形窗口的渲染设置,例如更改背景、隐藏对象、显示对象、双线性过滤等。可使用粒子系统进行特效模拟。用于触发的事件包括世界启动、世界停止、鼠标左键点击、鼠标右键点击、键盘按键按下、键盘按键弹起等。也可自定义事件。
本次实例的大多数动作都是通过此途径实现的,所以在这里主要介绍一下此途径的一些核心操作和注意点。
(1)对于载入的.c3d文件,首先建立一个虚拟物,将其作为一个整体,与事件启动、控制球组成一个最简单同时也是最有效的事件控制,通过此设置,可以实现对整体结构的旋转、移动以及放大、缩小,便于设计者对整体场景有比较好的把握,同时有利于形成对后续事件的设计思路。就交互性而言,这一步操作至关重要,同时也是后续事件设计的基础。
(2)在进行交互功能的设计之前,设计者需要做一个大概的流程规划,流程规划在一定程度上直接影响交互体验的感受,而且好的流程规划更节省内存。
(3)在交互功能的设计过程中,事件窗口和演示窗口要同时进行,以便及时发现问题进行改正,否则到最后发现问题时,又要从头开始找,降低了设计效率。对于设计的交互控制,最好能做到易读性,这样不仅便于自己的修改,而且也便于其他人的阅读和改正。此实例的交互设计过程如图3所示。
2.3.2 利用Java自编程动作
由于Cult3D是使用Java语言开发,所以借助J a v a使用C u l t 3 D可以获得更强大的交互功能。为Cult3D编Java类,必须使用Cult3D专用类包C u l t 3 D D e v e l o p . j a r ,这个文件一般放在C u l t 3 DDesigner的安装目录下。
编写好Java类并用编译工具生成*.class文件后,就可在Cult3D Designer中通过拖拉操作使用Java类的功能了。具体在Cult3D Designer中,点击View JavaAction打开对话框,添加要用的Java类。
2.4 导出.c3p和.co格式文件
交互设计完成后,将其保存为Cult3DProject文件,文件格式是.c3p,便于以后的修改,然后利用file菜单下的Save Internet f ile,把3D模型导出为.co格式文件。
在Cult3D Designer演示窗口的汽车变速器虚拟物体如图4所示(将此虚拟物在Cult3D中保存得到.c3p格式文件,可在Cult3D中进行反复修改)。
2.5 发布.co格式文件
发布.co格式的文件,插入到Html文件中在网上发布。
3 结束语
基于Cult3D技术的网络虚拟测试技术,将Cult3D技术有机地融入多媒体教学资源和教学情境的设计、开发之中,可以为学生创建更多、更好、更真实的操作环境,其生动、逼真的感性测量可以增加学生学习兴趣,打破硬件设备的限制,完成机械工程测试技术工程实例的测试任务,真正做到无硬件支撑环境下的实践教学,同时在不用增加实验学时的情况下培养学生工程实践能力和创新能力。
摘要：以理论教学为主导的传统教学模式使机械工程测试技术课程脱离工程实践。针对这一情况,提出了基于Cult3D技术的工程测试技术实例虚拟仿真研究,将教师的工程项目整合为虚拟测试环境,使学生跨越硬件设备资源的限制,通过交互性工程实例的测量过程,提高学生的工程实践能力、动手能力以及知识运用能力。
电力电缆故障测试仿真培训系统 篇9
电力电缆 (以下简称电缆) 多埋于地下, 一旦发生故障就需花费大量时间来查找故障点, 且会造成难以估量的停电损失。如何准确、迅速、经济地查寻电缆故障便成了供电部门日益关注的问题。根据经验可知, 电缆故障探测不能仅依靠先进仪器, 而要重视操作人员的培训工作, 提高电缆故障探测技术人员整体水平。但由于电缆试验装置费用比较昂贵, 加上测量时的安全性要求很高, 因此导致电缆试验的困难性与复杂性。本文以国内比较典型的电缆故障测距仪为试验仪器仿真对象, 根据高压电气理论建立起来的仿真数学模型, 研制出相应的仿真培训系统。
1 系统简介
电力电缆故障测试仿真培训系统包括电缆故障测距仿真硬件系统、 电缆试验仿真软件系统、 电缆故障数学模型、教练员站系统和学员能力评价系统。
1.1 硬件系统
电力电缆故障测试仿真培训硬件设备的外观、功能设计源自国内市场占有率较大且易于使用的便携式典型产品。仿真测试仪器内部的电子线路采用单元电路模块组合, 通用的电路模块有MPU单元、键盘、显示单元、多功能信号产生单元、 通信接口单元、AD/DA转换单元、信号预处理单元、AC/DC电源单元等。 电力电缆故障测试仿真培训系统硬件组成如图1所示。
数学模型与硬件平台数据交互的可选媒介分别有有线和无线。基于这两种媒介, 又可实现RS-485总线、CAN总线、TCP/IP、 蓝牙、 WiFi、ZigBee等多种协议通信。虽然有线的通信质量高, 但需要布置通信电缆, 而教学平台有空间上的约束, 所以本系统拟采用无线通信方式。另外, 本硬件系统是一个可移动平台, 采用电池供电, 而且有多个教学终端, 对节点数量要求比较苛刻, 从通信距离、网络规模和功耗上分析, 虽然ZigBee的通信速率不是很高, 但对于教学平台影响不大, 因此ZigBee更适合作为本系统的通信协议。
1.2软件系统
电缆故障仿真培训软件系统作为一个独自高效的运行平台, 本身具有完整的结构, 在3D图形引擎的基础上, 可提供多种灵活的功能, 从而能方便地实现电缆故障测距试验三维仿真系统相关的应用。该架构在设计上, 秉承操作方便、功能健全、易于维护和可扩充性强的原则, 使整个平台作为一个基础, 能支撑起整个三维模块的技术要求和运用要求。
1.3电缆故障数学模型
电缆故障数学模型开发平台由以下部分组成。
(1) 内核:模型数据库, 算法数据库, 模型的执行与调度, 进程、线程的管理与调度等。
(2) 实时数据库:提供高效的数据访问和存储。
(3) 工程师台功能:提供各种手段辅助模型的开发与调试, 如模型的建立、删除、修改、插入、移动, 变量的交叉参阅, 动态参数监视, 曲线等。
(4) 通信:建立并控制与客户端三维操作界面程序的双向数据交换, 提供通信测试手段。
1.4 教练员站系统
(1) 构建故障设置系统 (设置试验状态) : 可设定电缆的故障点距离、故障的类型和程度等。
(2) 无线通信监视:可对试验时的通信数据进行实时监视, 出现干扰等因素引起的通信误码时, 系统可自动识别和排除, 不会影响试验结果。
(3) 学员操作监视:可对学员的所有仪表操作进行记录和监视, 并记录每一步操作发生的时间, 操作结果可打印或保存为文本文档。
(4) 工程师站功能:工程师站集成模块化仿真支撑软件的内核, 可在线修改和调试仿真模型的所有动态参数, 并可用动态曲线方式监视每个变量的趋势变化, 极大方便了仿真模型的开发和调试。
(5) 仪表参数监视: 可对试验仪表的所有DI、DO、AI、AO值进行实时监视, 并可打印试验结果。
(6) 运行/冻结功能:试验状态设置和接线状态检查完成后, 若接线正确, 则可运行仿真试验模型, 并可在任意时刻冻结该模型, 即暂停试验, 再次运行后继续该试验。
(7) 测试数据的曲线显示及打印。
1.5 学员能力评价系统
(1) 可对考核和练习部份提供标准参考答案及标准操作流程, 并根据标准对用户的操作流程进行打分, 即时给出分数。
(2) 操作流程监督: 用于监督学员操作的所有过程, 当学员出现错误的时候, 及时进行正确的指导, 纠正学员的错误及习惯。
(3) 操作错误记录: 用于对学员进行考核评分, 在整个操作过程中, 需要记录学员的错误操作, 最后用于评分记录。
(4) 在完成系统主体功能的基础上, 还需要添加培训相关辅助功能, 如成绩统计、日常查看、成绩分析、历史查看等。
2结束语
电力电缆故障仿真培训系统采用理论计算及现场试验数据相结合的方法构建故障数学模型, 在主机上根据电气理论及现场试验数据建立仿真数学模型, 利用无线通信技术和仿真的电缆故障测距仪进行双向数据交换, 在低压电气工作条件下实现等效的高压试验测量, 并通过内部产生的低压电气信号来模拟高压试验测量的过程与结果, 完成故障点的判断学习过程。该系统应用于电力电缆工种相关从业人员技能培训、考核, 采用 “软硬结合”、 “虚实结合”的开发模式, 学员可通过试验现象和数据进行电力电缆故障分析和诊断, 并写出试验报告, 并具备可扩展能力。
摘要：针对电力电缆故障探测存在的问题, 设计了电缆故障仿真培训软件系统。该系统基于以计算机为依托的仿真技术, 结合先进的集成电路器件, 利用计算机处理根据高压电气理论建立起来的仿真模型, 通过无线通信技术和仿真的试验仪器进行数据交换, 在低压电气工作条件下实现等效的高压试验测量。
关键词：电力电缆,故障探测,虚拟现实,仿真培训
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