什么是硬件在環(huán)仿真呢?

【專家解說】：硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)是一套實(shí)時(shí)性要求較高的軟硬件系統(tǒng)，它的發(fā)展依賴于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。硬件在環(huán)仿真的研究和開發(fā)也是隨著近幾年電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。 國(guó)外企業(yè)及研究院所在這方面的研究起步較早，目前取得了一些實(shí)用性的成果，比較有代表性的主要有dSPACE公司，ADI公司等。 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)是由處理器模板與外圍I/O板通過ISA總線構(gòu)成的多處理器系統(tǒng)。處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Gb/s以上。I/O板和處理器之間可通過共享內(nèi)存/光纖接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。用戶可以根據(jù)自己的需要擴(kuò)展處理器模板，以構(gòu)建合適的仿真系統(tǒng)。在軟件方面，采用Mathworks公司的、Stateflow進(jìn)行算法的開發(fā)、系統(tǒng)的建模、離線仿真;利用實(shí)時(shí)接口(RTI)作為連接dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)與軟件開發(fā)工具M(jìn)atlab/Simulink之間的紐帶;通過實(shí)時(shí)工作間(RTW)實(shí)現(xiàn)從Simulink模型到dSPACE實(shí)時(shí)運(yùn)行硬件代碼的無縫自動(dòng)下載。另外，dSPACE還提供了綜合試驗(yàn)環(huán)境ControlDesk，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行綜合管理。 是一個(gè)基于VME總線的分布式處理器仿真系統(tǒng)，它由高速計(jì)算機(jī)和高速I/O系統(tǒng)組成，而且可以連接成局域網(wǎng)。仿真系統(tǒng)中的通信處理器在運(yùn)行中就像VME總線的主模板一樣，為總線上的所有處理器之間的通信服務(wù)。在軟件方面，ADRTS是由ADI公司自己開發(fā)的仿真語言提供支持。ADSIM不僅具有很高的執(zhí)行速度，而且還具有在線人機(jī)對(duì)話功能，可以在不重新編譯的情況下改變參數(shù)或積分算法、選擇變量進(jìn)行繪圖和顯示等。 以上的仿真平臺(tái)都需要獨(dú)立的處理器模板來實(shí)現(xiàn)對(duì)高實(shí)時(shí)性能的要求，但是為了開發(fā)支持不同應(yīng)用場(chǎng)景的仿真系統(tǒng)，需要擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，這大大提高了設(shè)備的成本，一般應(yīng)用在科研領(lǐng)域，而對(duì)于規(guī)模較大的應(yīng)用將使成本難以承受。 在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)已經(jīng)開發(fā)出仿真支撐系統(tǒng)VCS3，它基于PC平臺(tái)，有效地降低了設(shè)備成本，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。但是在圖形界面方面，VCS3并沒有支持三維視景。 本文查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，了解了目前國(guó)內(nèi)外硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和方向。研究了相關(guān)技術(shù)，提出了切實(shí)可行又有一定前瞻性的仿真測(cè)試平臺(tái)開發(fā)方案，降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，提高了系統(tǒng)的用戶界面的互操作性和直觀性。 基于西門子全集成自動(dòng)化體系的軟硬件環(huán)境，分析當(dāng)前仿真測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際系統(tǒng)功能需求和質(zhì)量需求，給出了仿真測(cè)試平臺(tái)的軟件體系結(jié)構(gòu)。 對(duì)滿足系統(tǒng)功能和質(zhì)量屬性的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，提出一組實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了仿真測(cè)試平臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)及多種設(shè)計(jì)模式以屏蔽變化，實(shí)現(xiàn)粗粒度的復(fù)用。 在仿真測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)實(shí)際性能及開發(fā)效率做了評(píng)估。 本章主要闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中所涉及的主要相關(guān)理論和核心技術(shù)。平臺(tái)在全集成自動(dòng)化的概念框架下，實(shí)現(xiàn)了與西門子自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟硬件的兼容，硬件方面實(shí)現(xiàn)對(duì)多型號(hào)可編程邏輯控制器的支持;軟件方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)西門子Step7集成開發(fā)環(huán)境，及WinCC組態(tài)等軟件的兼容。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)在界面交互上的不足，平臺(tái)集成了三維圖形引擎，以實(shí)現(xiàn)三維視景仿真。在平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)粗粒度的復(fù)用，運(yùn)用了軟件體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)模式相關(guān)知識(shí)。