1.本发明涉及航天软件数字化测试领域，具体涉及一种适应于航天软件测试的数字化系统。
背景技术：2.航天软件具有功能实现复杂、内外部接口繁多、控制耦合度高、实时性要求强等特点。为了对航天软件开展充分的测试，需要多个相关软件进行配合测试，并向被测软件注入故障模式，考察被测软件在各种工况下的运行情况，从而判断其是否达到设计要求。
3.当前的航天软件测试方法主要依赖于实物环境或半实物仿真环境。在此类环境下，测试手段和测试方法的实施会受到很大制约，经过精心设计的测试用例很可能因为需要维护实装产品的安全性而无法执行，从而无法进行更为充分的测试。
技术实现要素：4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适应于航天软件测试的数字化系统，能够使得开发人员有效充分地开展航天软件的测试工作。
5.为达到以上目的，本发明提供的一种适应于航天软件测试的数字化系统，包括：
6.虚拟目标机单元，所述虚拟目标机单元用于实现航天软件测试所使用的虚拟cpu的数字化仿真，所述虚拟cpu用于运行被测航天软件；
7.硬件通信单元，所述硬件通信单元用于实现虚拟cpu外围接口设备的数字化仿真；
8.总线控制单元，所述总线控制单元用于实现数字化系统中各硬件通信单元间通讯机制的模拟；
9.环境仿真单元，所述环境仿真单元用于对配合航天软件测试的外围环境参数和控制参数进行仿真模拟；
10.时间调度单元，所述时间调度单元用于控制各仿真节点间的时间同步。
11.在上述技术方案的基础上，所述虚拟目标机单元均为单cpu处理器模式，被测航天软件根据测试需要运行在一个或多个虚拟目标机单元上。
12.在上述技术方案的基础上，所述硬件通信单元包括外部接口芯片、内存存储器、控制寄存器和i/o设备。
13.在上述技术方案的基础上，
14.所述硬件通信单元基于外部接口芯片的通讯协议对通讯数据进行组包/解包操作，进行虚拟目标机单元与外部通讯消息的收发；
15.所述硬件通信单元模拟内存存储器、控制寄存器或i/o设备的读写操作，执行预设业务流程，所述预设业务流程包括初始化、设置中断标志、错误监控和故障注入。
16.在上述技术方案的基础上，所述虚拟目标机单元和硬件通信单元均为多个，且每个虚拟目标机单元对应一组硬件通信单元。
17.在上述技术方案的基础上，所述航天软件通过总线控制单元与包括环境仿真单元
的陪测环境进行通讯数据交互，并通过共享存储体实现数字量交互。
18.在上述技术方案的基础上，所述环境仿真单元进行仿真模拟的模型包括动作实时仿真模型、姿态实时仿真模型、设备状态反馈模型、电压与开入开出量模型、故障状态模型和测试用例模型。
19.在上述技术方案的基础上，所述环境仿真单元基于matlab/simulink软件、labview软件或自研软件进行搭建。
20.在上述技术方案的基础上，
21.当所述数字化系统开始运行后，所述数字化系统的仿真时间步进由时间调度单元控制，以微秒级为周期进行时间轮询；
22.当虚拟目标机单元仿真时间大于时间调度单元仿真时间时阻塞虚拟目标机单元运行，当所述数字化系统的各虚拟目标机单元运行时间均大于时间调度单元运行时间时，则实现所述数字化系统仿真时间步进。
23.在上述技术方案的基础上，
24.所述数字化系统初始化时创建可被硬件通信单元访问的共享存储体；
25.所述共享存储体为一组用于维护数字化系统通讯数据的交换内存，且硬件通信单元和环境仿真单元经打包操作形成的通讯数据均存储在交换内存中；
26.对于各个虚拟目标机单元需要发送的通信数据，首先传送至对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元将通讯数据存放至共享存储体中；
27.对于存储在共享存储体中的通讯数据，根据通讯数据的特征信息，将共享存储体中的通讯数据分发给各个虚拟目标机单元所对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元传送至各个虚拟目标机单元。
28.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过虚拟目标机单元、硬件通信单元、总线控制单元、环境仿真单元和时间调度单元的设置，构建了一套适应于航天软件测试的数字化系统，使得测试人员在不依赖实物产品的条件下，也能够有效充分地开展航天软件的测试工作。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明实施例中一种适应于航天软件测试的数字化系统的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.参见图1所示，本发明实施例提供的一种适应于航天软件测试的数字化系统，包括
虚拟目标机单元、硬件通信单元、总线控制单元、环境仿真单元和时间调度单元。具体的，虚拟目标机单元和硬件通信单元均为多个，且每个虚拟目标机单元对应一硬件通信单元。
33.对于本发明实施例中的虚拟目标机单元，虚拟目标机单元虚拟目标机单元用于实现航天软件测试所使用的虚拟cpu(central processing unit，中央处理器)的数字化仿真，所述虚拟cpu用于运行被测航天软件，即通过虚拟目标机单元实现被测试的航天软件的运行环境。基于虚拟目标机单元，多个不同的单核cpu能够运行在同一个pc(personal computer，个人计算机)上，从而脱离硬件平台，实现该测试系统的通用性设计。虚拟目标机单元均为单cpu处理器模式，被测航天软件根据测试需要运行在一个或多个虚拟目标机单元上。
34.对于本发明实施例中的硬件通信单元，硬件通信单元用于实现虚拟cpu外围接口设备的数字化仿真。硬件通信单元包括外部接口芯片、内存存储器、控制寄存器和i/o(input/output，输入/输出)设备等所有与虚拟目标机单元产生数据交互的设备。硬件通信单元基于外部接口芯片的通讯协议对通讯数据进行组包/解包操作，进行虚拟目标机单元与外部通讯消息的收发；硬件通信单元模拟内存存储器、控制寄存器或i/o设备的读写操作，执行预设业务流程，所述预设业务流程包括初始化、设置中断标志、错误监控、故障注入等。
35.即在本发明中，硬件通信单元一方面可以按照真实外部接口芯片的通讯协议对通讯数据进行组包/解包操作，进行虚拟目标机单元与外部通讯消息的收发；另一方面可以模拟内存存储器、控制寄存器或i/o口的读写操作，执行预设业务流程。虚拟目标机单元和硬件通信单元均为多个，且每个虚拟目标机单元对应一组硬件通信单元。
36.对于本发明实施例中的总线控制单元，总线控制单元用于实现对数字化系统中各硬件通信单元间通讯机制的模拟。总线控制单元与包括环境仿真单元在内的陪测环境进行通讯数据交互，并通过共享存储体实现数字量交互。数字化系统初始化时创建可被硬件通信单元访问的共享存储体。共享存储体为一组用于维护数字化系统通讯数据的交换内存，且硬件通信单元和环境仿真单元经打包操作形成的通讯数据均存储在交换内存中。对于各个虚拟目标机单元需要发送的通信数据，首先传送至对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元将通讯数据存放至共享存储体中。对于存储在共享存储体中的通讯数据，根据通讯数据的特征信息，将共享存储体中的通讯数据分发给各个虚拟目标机单元所对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元传送至各个虚拟目标机单元。
37.对于本发明实施例中的环境仿真单元，环境仿真单元用于对配合航天软件测试的外围环境参数和控制参数进行仿真模拟。环境仿真单元采用matlab/simulink软件、labview软件或自研软件等所有可能形成陪测逻辑的方式进行搭建。
38.环境仿真单元进行仿真模拟的模型包括动作实时仿真模型、姿态实时仿真模型、设备状态反馈模型、电压与开入开出量模型、故障状态模型和测试用例模型。
39.对于本发明实施例中的时间调度单元，时间调度单元用于控制各仿真节点间的时间同步。当数字化系统开始运行后，整个数字化系统的仿真时间步进由时间调度单元控制，以微秒级为周期进行时间轮询。当虚拟目标机单元仿真时间大于时间调度单元仿真时间时阻塞该虚拟目标机单元运行，当整个数字化系统的各虚拟目标机单元运行时间均大于时间调度单元运行时间时，则实现数字化系统仿真时间步进，从而确保系统时间的一致性。
40.本发明采用数字化芯片技术进行cpu和外设芯片的仿真，形成虚拟目标机和硬件通信单元，具有跨平台优势。被测航天软件根据测试需要运行在一个或多个虚拟目标机单元上。虚拟目标机单元模拟每条指令在目标处理器上的执行效果，解释并执行目标处理器硬件结构上可执行的程序；硬件通信单元实现对目标cpu外围硬件寄存器、内存空间、业务逻辑的模拟，并提供外部调用接口。
41.本发明采用共享存储体技术搭建总线控制单元来实现收发调度各节点消息。在内存中选取一块可被多节点访问的地址空间，空间内数据以消息队列形式存在，各虚拟目标机单元将要发送的通信数据以固定格式推送到队列中，总线控制单元以微秒级时间周期对通信数据进行调度，根据数据特征将通信数据发送到各虚拟目标机单元对应的硬件通信单元节点。
42.本发明搭建环境仿真模型模拟被测航天软件外部环境的行为动作，与被测航天软件进行数据交互从而脱离硬件形成闭环仿真。仿真模型模拟包括动作实时仿真模型、姿态实时仿真模型、设备状态反馈模型、电压与开入开出量模型、故障状态模型和测试用例模型等。
43.本发明采用节点调度机制来实现各仿真节点的时间同步。当数字化系统开始运行后，全系统仿真时间步进由时间调度单元控制，以微秒级为周期进行时间轮询。当虚拟目标机单元仿真时间大于时间调度单元仿真时间时阻塞该虚拟目标机单元运行。当全系统各虚拟目标机单元运行时间均大于时间调度单元运行时间时，则实现全系统仿真时间步进，从而确保系统时间的一致性。
44.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
45.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
技术特征：1.一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于，包括：虚拟目标机单元，所述虚拟目标机单元用于实现航天软件测试所使用的虚拟cpu的数字化仿真，所述虚拟cpu用于运行被测航天软件；硬件通信单元，所述硬件通信单元用于实现虚拟cpu外围接口设备的数字化仿真；总线控制单元，所述总线控制单元用于实现数字化系统中各硬件通信单元间通讯机制的模拟；环境仿真单元，所述环境仿真单元用于对配合航天软件测试的外围环境参数和控制参数进行仿真模拟；时间调度单元，所述时间调度单元用于控制各仿真节点间的时间同步。2.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述虚拟目标机单元均为单cpu处理器模式，被测航天软件根据测试需要运行在一个或多个虚拟目标机单元上。3.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述硬件通信单元包括外部接口芯片、内存存储器、控制寄存器和i/o设备。4.如权利要求3所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述硬件通信单元基于外部接口芯片的通讯协议对通讯数据进行组包/解包操作，进行虚拟目标机单元与外部通讯消息的收发；所述硬件通信单元模拟内存存储器、控制寄存器或i/o设备的读写操作，执行预设业务流程，所述预设业务流程包括初始化、设置中断标志、错误监控和故障注入。5.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述虚拟目标机单元和硬件通信单元均为多个，且每个虚拟目标机单元对应一组硬件通信单元。6.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述航天软件通过总线控制单元与包括环境仿真单元的陪测环境进行通讯数据交互，并通过共享存储体实现数字量交互。7.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述环境仿真单元进行仿真模拟的模型包括动作实时仿真模型、姿态实时仿真模型、设备状态反馈模型、电压与开入开出量模型、故障状态模型和测试用例模型。8.如权利要求7所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述环境仿真单元基于matlab/simulink软件、labview软件或自研软件进行搭建。9.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：当所述数字化系统开始运行后，所述数字化系统的仿真时间步进由时间调度单元控制，以微秒级为周期进行时间轮询；当虚拟目标机单元仿真时间大于时间调度单元仿真时间时阻塞虚拟目标机单元运行，当所述数字化系统的各虚拟目标机单元运行时间均大于时间调度单元运行时间时，则实现所述数字化系统仿真时间步进。10.如权利要求1所述的一种适应于航天软件测试的数字化系统，其特征在于：所述数字化系统初始化时创建可被硬件通信单元访问的共享存储体；所述共享存储体为一组用于维护数字化系统通讯数据的交换内存，且硬件通信单元和环境仿真单元经打包操作形成的通讯数据均存储在交换内存中；
对于各个虚拟目标机单元需要发送的通信数据，首先传送至对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元将通讯数据存放至共享存储体中；对于存储在共享存储体中的通讯数据，根据通讯数据的特征信息，将共享存储体中的通讯数据分发给各个虚拟目标机单元所对应的硬件通信单元，再由硬件通信单元传送至各个虚拟目标机单元。
技术总结本发明公开了一种适应于航天软件测试的数字化系统，涉及航天软件数字化测试领域，包括虚拟目标机单元、硬件通信单元、总线控制单元、环境仿真单元和时间调度单元，所述虚拟目标机单元用于实现航天软件测试所使用的虚拟CPU的数字化仿真，所述虚拟CPU用于运行被测航天软件；所述硬件通信单元用于实现虚拟CPU外围接口设备的数字化仿真；所述总线控制单元用于实现数字化系统中各硬件通信单元间通讯机制的模拟；所述环境仿真单元用于对配合航天软件测试的外围环境参数和控制参数进行仿真模拟。本发明能够使得开发人员有效充分地开展航天软件的测试工作。天软件的测试工作。天软件的测试工作。
技术研发人员：原野 刘梦达 刘丹 高荇 莫小杰 杨坤 张朋 张卫平
受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
