[发明专利]一种基于分布式I/O接口的实时仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时仿真系统，更具体地说，涉及一种基于分布式I/O接口的实时仿真系统。

背景技术

目前，工程系统特别是如飞机、卫星、汽车、船舶等复杂系统，在设计阶段和验证阶段都需要进行大量的试验和测试。在实验室内，试验和测试所需要的外部环境通常采用半实物仿真系统来模拟。实时仿真系统是半实物仿真系统的重要组成部分之一。半实物仿真系统采用实时仿真系统对物理系统的数字模型进行实时解算，通过硬件I/O系统进行激励信号的采集和响应信号的生成，从而实现与外部真实系统的信号交联。实时仿真系统提供物理系统的数字模型实时解算的功能。

现有的实时仿真系统主要可以分为以下几类：1、单机仿真系统。如图1所示，半实物仿真系统只有一个实时仿真单机。该实时仿真单机包括了一个模型解算单元和一个硬件I/O系统。模型解算单元用于实现物理系统的数字模型的实时解算，一般采用通用的运算处理设备，比如具有中央处理器CPU硬件设备等。硬件I/O系统用于实现真实电气信号（包括数字信号、模拟信号和总线信号）的采集和发生，比如模拟输入/输出板卡、数字输入/输出板卡、总线通讯板卡等。信号调理系统则用于实现实时仿真系统中硬件I/O系统的标准输入/输出信号与外部系统的各种信号的电气特性匹配以及接口保护等功能。物理系统的数字模型的实时解算全部在这个实时仿真单机中完成。模型解算单元与硬件I/O系统之间通常采用板级高速数据总线（比如PCIe、PCI、PXI、VME、ISA等）进行数据传输，硬件I/O系统与信号调理系统之间采用电缆进行电气信号传输。

2、分布式多机仿真系统。如图2所示，半实物仿真系统具有多个实时仿真单机。每个实时仿真单机包括了一个模型解算单元和一个硬件I/O系统。物理系统的数字模型将拆分为多个子模型，分别在各个实时仿真单机中进行解算。各个实时仿真单机之间采用反射内存等方式进行子模型与子模型之间的数据实时交互。多个实时仿真单机之间可以是主从关系，也可以是并行关系，还可以是既有主从又有并行的混合方式。

但是，上述的两种仿真系统均存在缺陷。如图1所示的单机仿真系统仅有一个模型解算单元，能提供的运算能力有限，对于大规模的数字模型，仿真实时性较差。同时，单机仿真系统由于受机箱等结构等因素限制，能提供的I/O数量有限，无法模拟具有大量I/O的物理系统。虽然可以采用一些I/O扩展的方式，比如采用背板总线扩展板卡实现多个I/O机箱的级联，但是实现成本较高。

如图2所示的分布式多机仿真系统，虽然可以解决如图1所示的单机仿真系统存在的两个主要问题，但是分布式多机仿真系统的实现成本较高：一方面需要多个仿真单机，另一方面各个仿真机之间需要采用额外设备（如反射内存卡）来构建分布式网络。同时，分布式多机仿真时，需要对原有的物理模型进行拆分和改造，以适应分布式仿真的网络拓扑结构，这又提高了系统复杂度，增加了工作量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于分布式I/O接口的实时仿真系统，无需对原有的物理系统的数字模型进行拆分和改造，能够实现实时仿真系统中的一个主机系统与多个I/O接口系统连接。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于分布式I/O接口的实时仿真系统，包括：主机系统和两个或两个以上的I/O接口系统；其中：

所述主机系统通过可远程传输的总线与所述I/O接口系统连接。

优选地，所述主机系统包括：模型解算单元和与所述模型解算单元连接的主机数据收发单元。

优选地，所述I/O接口系统包括：节点数据收发单元和与所述节点数据收发单元连接的节点硬件I/O单元；

所述每个I/O接口系统中的所述节点数据收发单元分别与所述主机数据收发单元通过所述可远程传输的总线连接。

优选地，所述可远程传输的总线为：采用消息中间件技术的以太网总线或实时以太网总线或多点互连总线。

优选地，所述系统还包括与所述I/O接口系统个数相同的信号调理系统；

所述每个信号调理系统分别通过电缆与所述每个节点硬件I/O单元形成一对一连接，或所述每个信号调理系统分别集成在所述I/O接口系统中，并通过导线与所述节点硬件I/O单元连接。