NI在航空航天領(lǐng)域的硬件在環(huán)系統(tǒng)架構(gòu)

概覽

　　HIL仿真是一種功能強(qiáng)大的測試方法，可以用于更加有效的測試嵌入式控制系統(tǒng)。當(dāng)測試嵌入式控制系統(tǒng)時(shí)，從安全性，可行性和合理的成本上考慮，使用全系統(tǒng)進(jìn)行所有必要的測試是不現(xiàn)實(shí)的。您可以使用HIL仿真來模擬部分系統(tǒng)以面對這些挑戰(zhàn)，在將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測試之前使您能夠在虛擬環(huán)境下測試嵌入式控制器件。有了這個(gè)功能，即使您要測試的系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，您也可以以一種具有成本效益的方式維持可靠性和市場投放。要更多地了解HIL測試如何改善控制系統(tǒng)驗(yàn)證，請觀看什么是HIL測試網(wǎng)上視頻.本教程討論了各種HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)和如何去實(shí)現(xiàn)它們。

　　一個(gè)HIL測試系統(tǒng)的組成

　　一個(gè)HIL測試系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：一個(gè)實(shí)時(shí)處理器，I/O接口和一個(gè)操作界面。實(shí)時(shí)處理器是HIL測試系統(tǒng)的核心。它提供大多數(shù)HIL測試系統(tǒng)的確定執(zhí)行，例如硬件I/O通信，數(shù)據(jù)資料記錄，激勵(lì)生成和模型執(zhí)行。要精確地仿真測試系統(tǒng)中物理上并不存在的部分，一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是非常必要的。I/O接口是與被測部件交互的模擬，數(shù)字和總線信號。您可以用它們來產(chǎn)生激勵(lì)信號，獲取用于記錄和分析的數(shù)據(jù)，并提供被測的電子控制單元(ECU)與模型仿真的虛擬環(huán)境之間的傳感器/執(zhí)行器交互。操作界面與實(shí)時(shí)處理器相通，提供測試命令和可視化。在大多數(shù)情況下，這個(gè)部件也提供配置管理，測試自動(dòng)化，分析和報(bào)告任務(wù)。

　　圖1.一個(gè)HIL測試系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：一個(gè)操作界面，一個(gè)實(shí)時(shí)處理器和I/O接口。

　　硬件故障插入

　　許多HIL測試系統(tǒng)使用硬件故障插入在ECU和其余要測試的系統(tǒng)之間產(chǎn)生信號故障，來測試，描述和驗(yàn)證在這些情況下的器件性能。要做到這一點(diǎn)，您可以在I/O接口和ECU之間插入故障插入單元(FIUs)，從而允許HIL測試系統(tǒng)在正常運(yùn)行和諸如對地短路或開路之類的故障狀態(tài)之間切換接口信號。

　　圖2.您可以使用硬件故障插入來測試信號故障期間ECU的性能

　　測試多ECU系統(tǒng)

　　一些嵌入式控制系統(tǒng)，例如汽車，飛機(jī)或者風(fēng)力發(fā)電站，使用一起聯(lián)網(wǎng)工作的多ECU協(xié)同運(yùn)行。盡管每一個(gè)ECU最初被獨(dú)立測試過，然而系統(tǒng)一體化HIL測試系統(tǒng)，如整車模擬器或鐵鳥模擬器，還是經(jīng)常被采用以提供更完整的虛擬測試。

　　圖3.汽車，飛機(jī)和風(fēng)力發(fā)電站使用多ECU

　　當(dāng)測試一個(gè)多ECU控制系統(tǒng)時(shí)（甚至一些單ECU控制系統(tǒng)），經(jīng)常出現(xiàn)兩個(gè)需求：附加處理能力和簡化連線。

　　附加處理能力-分布式處理

　　即使采用最新的多核處理能力，一些系統(tǒng)仍要求更多的，超過單底板的處理能力。為應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，您可以使用分布式處理技術(shù)來滿足這些系統(tǒng)的執(zhí)行要求。在高通道數(shù)的系統(tǒng)中，其需求超出了簡單的增加處理能力，額外的I/O也是必不可少的。相比之下，采用大規(guī)模，耗費(fèi)處理器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)常使用附加的底板，僅僅是為了提供額外的處理能力，從而允許那些處理器能以很高的效率應(yīng)用于單個(gè)任務(wù)。根據(jù)仿真任務(wù)的分布情況，可能需要在底板之間共享觸發(fā)和定時(shí)信號，并提供確定的數(shù)據(jù)鏡像來提高協(xié)同運(yùn)作的能力。

　　圖4.當(dāng)為得到附加處理能力采用多重底板時(shí)，在它們之間提供時(shí)間和數(shù)據(jù)同步接口是很有必要的。

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　　簡化連線-分布式I/O

　　實(shí)現(xiàn)和維護(hù)高通道數(shù)系統(tǒng)的連線會(huì)面對昂貴和費(fèi)時(shí)的挑戰(zhàn)。這些系統(tǒng)需要在ECU和HIL測試系統(tǒng)之間連接成百上千個(gè)信號，經(jīng)常為補(bǔ)償空間要求跨越很多米。