Практическая реализация виртуальных моделей в средствах отладки программного обеспечения радиотехнического комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

АО «Концерн «Созвездие»

Практическая реализация виртуальных моделей в средствах отладки программного обеспечения радиотехнического комплекса

И.Н. Малышева

В настоящее время задача синтеза подсистем управления сложными радиотехническими комплексами связи и управления (РКСиУ) заключается, в немалой мере, в создании нового и адаптации существующего программного обеспечения (ПО), являющегося основой функционирования любой цифровой аппаратуры связи.

Вместе с тем, в соответствии с концепцией цифровой платформы, изложенной в программе правительства РФ [1], которая подразумевает широкое использование технологии виртуализации, предполагается, что реальное изделие формируется только на финальной стадии производства, а отладка и тестирование процессов функционирования и взаимодействия подсистем производится на моделях. Поэтому задача практического использования технологии виртуализации для синтеза ПО подсистем РКСиУ является актуальной. радиотехнический интерфейс контроллер

Формулировка задачи

В ряде случаев практически невозможно проверить всю совокупность факторов, влияющих на функционирование готового изделия, поскольку лабораторные и стендовые испытания не могут в полной мере реализовать эту совокупность факторов, влияющих на устойчивость и безотказность работы ПО. Поэтому требуется программная реализация условий функционирования изделия (возможно, более строгих по сравнению с реальными), чтобы убедиться в работоспособности встраиваемого ПО.

Вопросы моделирования и аспекты создания программной платформы для управления процессами разработки программного обеспечения рассматривались ранее, например, в работах [2-3]. Следует учесть, что разработка встраиваемого ПО для РКСиУ имеет ряд специфических особенностей, обусловленных назначением аппаратуры управляемого микропроцессором устройства. Применительно к рассматриваемой теме следует пояснить вопрос, касающийся ограничений многопоточной реализации.

Для достижения максимальной производительности процесс симуляции микропроцессора выполняется в отдельном потоке, что накладывает определенные ограничения на ход взаимодействия симулятора с моделью окружения. В основном это касается реализации отображения этого взаимодействия в окне модели окружения - для безопасного обновления визуальных компонентов окна модели требуется синхронизация потоков симулятора и модели, что отрицательно сказывается на производительности. Для минимизации потребностей в синхронизации все функции визуального отображения окна модели находятся в одном специализированном интерфейсном методе модели UpdateModel, вызов которого производится достаточно редко и только при необходимости обновления информации в окне. Прочие интерфейсные методы модели не содержат обращений к визуальным компонентам окна и вызываются симулятором непосредственно.

Далее представляется целесообразным более подробно рассмотреть и описать реализацию некоторых моделей интерфейсов, используемых при разработке подсистем, входящих в состав РКСиУ. На программные решения получены свидетельства о государственной регистрации [4-11].

Примеры реализации виртуальных моделей

Контроллер радиоприемного устройства

1. Набор параллельных входов и выходов (рис.1). Окно модели содержит элементы управления, с помощью которых могут имитироваться сигналы с датчиков в ручном и автоматическом режиме. В зависимости от адреса, по которому микроконтроллер производит считывание информации с входов, модель вычисляет соответствующие данные и подставляет в симулятор. Аналогично данные с выходов отображаются в окне модели.

2. Интерфейс UART (рис. 2). Окно модели содержит поля для ввода команд и отображения обмена с контроллером. Технология виртуализации позволяет модели при необходимости транслировать данные непосредственно в управляющую программу, работающую на компьютере.

3. Микросхема специализированного интерфейса управления, подключенная как внешняя память. Окно модели содержит поля для ввода команд и отображения обмена с контроллером. При имитации приема микросхемой команды модель формирует запрос прерывания, после чего симулятор производит чтение регистров микросхемы и получает данные, сформированные моделью. Запись в регистры микросхемы отслеживается моделью для отображения обмена.

Рис. 1. Интерфейс модели параллельных входов и выходов

Рис. 2. Интерфейс модели интерфейса UART

4. Блок хранения параметров работы, подключенный по интерфейсу UART. Модель позволяет загружать содержимое блока из файла позволяет имитировать неисправность и отсутствие блока, а также отображает процесс обмена данными.

5. Процессоры транзитной и оконечной цифровой обработки, подключенные по интерфейсу SPI (рис. 3). Модель позволяет отображать команды, посылаемые процессорам, а также имитировать ответные сообщения. Технология виртуализации позволяет при необходимости транслировать данные непосредственно в симуляторы процессоров цифровой обработки.

6. Цифровой гетеродин, подключенный по интерфейсу SPI. Модель позволяет отображать посылаемые гетеродину управляющие коды.

Рис. 3. Интерфейс модели обращения к процессорам транзитной и оконечной цифровой обработки

Процессор транзитной цифровой обработки

Аппаратное окружение процессора составляют следующие компоненты.

1. Цифровой генератор сигнала (рис. 4). Окно модели содержит элементы управления для задания параметров полезного сигнала, помех и шума. Результатом работы генератора является последовательность отсчетов комплексного сигнала, адекватная реальным условиям работы.

Рис. 4. Интерфейс модели цифрового генератора сигнала

2. Входной порт данных, использующий прямой доступ к памяти. При поступлении от симулятора запроса данных цифровой генератор производит расчет требуемого количества отсчетов сигнала и эти данные используются как источник для прямого доступа к памяти.

3. Выходной порт данных, использующий прямой доступ к памяти. Данные, предназначенные для вывода во внешнее устройство (процессор оконечной цифровой обработки), могут быть сохранены моделью в файл для последующей обработки.

4. Управляющий контроллер, подключенный по интерфейсу SPI (рис. 5). Окно модели содержит поля для ввода команд и отображения обмена с контроллером, предусмотрено автоматизированное управление. Технология виртуализации позволяет при необходимости транслировать данные непосредственно в симулятор управляющего контроллера.

Процессор оконечной цифровой обработки

Аппаратное окружение процессора составляют следующие компоненты.

1. Цифровой генератор сигнала. Реализация аналогична описанной выше.

Рис. 5. Интерфейс модели управляющего контроллера

2. Входной порт данных, использующий прямой доступ к памяти. Реализация аналогична описанной выше. В качестве источника данных кроме цифрового генератора может быть использован файл, полученный в результате работы модели процессора транзитной цифровой обработки.

3. Управляющий контроллер, подключенный по интерфейсу SPI. Реализация аналогична описанной выше. Посылаемые контроллеру запросы на установку частоты цифрового гетеродина обрабатываются моделью, значение запрошенной частоты используется цифровым генератором при расчете сигнала.

Заключение

Основные преимущества предложенных моделей заключаются в возможности их многократного использования для имитационного моделирования всевозможных вариантов поведения РКСиУ с целью выработки оптимальных решений в случаях попадания объектов в чрезвычайные или нетривиальные ситуации, характеризуемые как состояния информационного конфликта.

Таким образом, представленный подход к проектированию виртуальных моделей подсистем РКСиУ позволяет повысить эффективность синтеза программного обеспечения за счет уменьшении времени проектирования, предварительных оценок и обоснованного выбора последовательности действий в случаях конфликтных ситуаций.

Литература

1. Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» (утв. Распоряжением Правительства РФ от 28.07.2017 №1632-р.

2. Козирацкий Ю.Л., Малышева И.Н., Панов С.А. К вопросу о синтезе автоматической системы управления в комплексах критических приложений / Теория и техника радиосвязи. 2017. №2. - С.72-77.

3. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Моделирование аппаратного окружения для радиоканалов управления / Сборник трудов XXV научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 16-18 апреля 2019 г. - Т.1. - С.172-178.

4. Плахотнюк Ю.А., Середа В.А. Модуль конфигурирования четырехканального цифрового приемника: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018661581, заявл. 23.08.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.09.2018.

5. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А., Погожев В.В. Модуль управления цифровым гетеродином: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018661603, заявл. 28.08.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.09.2018.

6. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения контроллера мультисервисной сети: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666544, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 18.12.2018.

7. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения контроллера радиоприемного устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 201866424, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.12.2018.

8. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения контроллера многоканального радиоприемного устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018665757, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.12.2018.

9. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения контроллеров многоканального комплекса радиосвязи: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666355, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.12.2018

10. Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения сигнального процессора технологического приемопередающего устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666359, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.12.2018.

11. Плахотнюк Ю.А. Модуль имитатора аппаратного окружения сигнального процессора радиоприемного устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666358, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.12.2018.

Аннотация

Рассматриваются примеры реализации виртуальных моделей, используемых для синтеза программного обеспечения радиотехнического комплекса. Предлагается описание унифицированной структуры и функций моделей подсистем радиотехнического комплекса, обеспечивающих процесс исследования поведения интерфейсов в реалистичных условиях функционирования.

Ключевые слова: встраиваемое программное обеспечение; виртуальная модель; аппаратное окружение; радиотехнические комплексы.

Examples of implementation of the virtual models used for synthesis of the software of a radio communication complex are considered. Unitized structure declaration and the functions of models of subsystems of a radio communication complex providing process of research of behavior of interfaces in realistic operating conditions is offered.

Keywords: embedded software; virtual model; hardware environment; radio communication complexes.

Размещено на Allbest.ru