專利名稱：計算機實現的模擬并驗證控制系統的模擬系統及方法
技術領域：
本發明涉及計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統，以及計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的方法。更具體地說，本發明涉及例如車輛、飛機、船舶及它們的部件的動態系統的控制系統的快速原型設計。更進一步地，本發明涉及具有計算機可讀介質的計算機程序產品和存儲于計算機可讀介質的具有程序編碼工具的計算機程序，所述程序編碼工具適用于當計算機程序在計算機上運行時實現這樣的過程。
背景技術：
控制系統的快速原型設計普遍地應用于汽車工業、航空工業等，對開發中控制系統的校準功能和實時行為進行早期驗證。同樣，用于例如車輛或者其部件的動態系統的控制策略和算法可以在真實世界條件中進行測試，而不需要控制環的最終實施的存在。
快速原型設計系統的一般的特征為混合硬件/軟件系統，一般由以下主要部件組成；·模擬目標，由具有相對應的存儲模塊的一個或幾個模擬過程組成，每個過程基本上運行開發中控制系統的模型的一部分，·輸入接口，由工廠送入的信號組成(受控制的外部世界)，·輸出接口，由送往工廠的信號組成，以及·通信接口，用于從主機(一般為個人計算機)下載模塊至模擬目標，控制模擬實驗(開始和停止命令等)，分別測量并校準模塊信號和參數。
圖1表示現有技術中已知的模型層面的傳統的模擬系統10。技術上已公知的模擬系統10包括一個或者多個模擬處理器以及對應的存儲器模塊，在對應的存儲器模塊上運行開發中控制系統的模型的部分12a、12b、12c(所謂的子模型)。模擬系統10還包括輸入接口13a和輸出接口13b，用于與所謂的外部世界交換信號。最后，模擬系統10包括通信接口，用于從主機下載模塊至模擬目標，控制模擬實驗，分別測量與校準模塊信號和參數。圖1表示的是模型層面，而不是技術層面。標示為14的刺激信號，用于沒有實際輸入信號可供使用的場合。將在下面結合圖3介紹的通信接口與此分開。若有此要求，本發明的通信接口可增加到圖1的結構中。
輸入接口和輸出接口的信號可以是模擬的(例如溫度或者壓力傳感器)或者數字的(例如CAN之類的通信協議)。在模擬實驗內，快速原型系統被用作控制環的組成部分，就是控制器(電子控制單元)最終將成為的方式。
快速原型設計實驗的準備一般由以下的步驟組成1.創建控制系統的數學模型，行為建模工具借助于例如性能建模工具(比如MATLAB/Simulink或者ASCET-SD2)或者手工建立，2.用高級編程語言(例如，C語言)將所述模型人工變換(手工編碼)或者自動變換(代碼產生)為程序代碼，3.將程序代碼編輯和連接為可執行文件，4.通過主機-目標通信接口從主機下載可執行文件到模擬目標上，以及5.經由通信接口從主機建立并調用實驗。
經常這樣，從一個或者幾個源(例如，行為建模工具、手寫C代碼)來的幾個模型部分(下文稱為模塊)被互相整合，從而構成一個完整的控制系統的模型。在模塊12a、12b、12c之間和所述模塊和輸入或者輸出接口13a、13b(在下文同樣看作為模塊)之間的通信經由連接輸入和輸出端口的信號執行，如圖1中的圓圈所示。
傳統上，這種通信是通過對互相連接的端口共用完全相同的存儲單元達到的，其中一個模塊將信號的現行值寫入給定的存儲單元，而另一個模塊從給定的存儲單元進行讀出。
為了達到這一點，模型變換為可執行的代碼需要以根據實際互連方案的方式進行，例如，實際互連方案表示模塊A的輸出端口a連接模塊B的輸入端口b。在此例中，兩個端口a和b需要被靜態映射到模擬目標上完全相同的存儲單元，從而能實現模塊之間的通信。
在這種靜態互連方法中，信號以不可拆分的方式相互地連接端口。每當在信號之間一個或者幾個連接要被建立、修改或切斷時，就需要進行整個過程模型/代碼變換；，編輯和連接；可執行下載；實驗的建立和啟用。對于真實世界模型，這個過程非常耗費時間，可能要化幾十分鐘或者甚至更多。特別是當校準因疏忽而做出的錯誤連接時，當前周轉時間(current turn-naround time)實在太長。而且，一旦實驗已經下載并開始，所述連接不能再改變、增添或者拆除。
如上所述，控制系統的快速原型設計普遍地應用于汽車工業、航空工業等，對開發中控制系統的校準功能和實時行為進行早期驗證。同樣，用于例如車輛或者其部件的動態系統的控制策略和算法可以在真實世界條件中進行測試，而不需要進行控制環的最終實施。
在快速原型設計后，控制系統的最終軟件得以開發。其結果是作為目標的電子控制單元可執行的生產質量軟件。尤其是，這個階段涉及軟件編碼、在真實世界條件下測試和觀察所述軟件以及校準其參數，從而根據給定的要求調整行為。后兩個步驟的基礎是測量與校準(M&C)技術。
使用具有主機/目標體系結構的M&C技術，其中·主機一般是運行M&C工具的PC，·目標絕大多數是運行控制器的嵌入式計算機，例如，·用于快速原型設計的專用實驗硬件或者·用于軟件開發的電子控制單元(ECU)，以及·主機和目標通過專用M&C通信接口相互連接。
關于主機和目標，在分布式M&C系統中可以包含幾種實例。
M&C工具通常執行以下的任務·測量控制系統軟件中的變量值，以例如范圍、刻度盤、量具或者數字顯示的圖形形式顯示變量值，并將變量值記錄在存儲盤中，以及·校準例如標量、矩陣或者內插圖(interpolated maps)的參數值，通過以圖形輸入裝置的形式顯示參數值(例如為滑動尺、按鈕、旋鈕、曲線和3D圖或者數字顯示)，并且發送用戶對控制系統的軟件所做的對現行值的任何改變。
M&C工具依賴于若干個作為真實的或事實上的標準(尤其是在汽車工業中)的標準化M&C接口。在用于快速原型設計或者軟件開發的汽車硬件(尤其是在A-步驟和B-步驟ECU)中能夠呈現這些接口的可用性。在此語境中，用于快速原型設計的實驗環境也被認為是M&C工具，盡管具有受限的或有部分不同的功能。無論在主機上，還是在目標上，M&C工具需要受到軟件和硬件兩者的支持。兩者通過運行一些通信協議經由一些物理互連來相互連接。為此目的，在主機上M&C工具一般使用軟件驅動程序，而目標硬件運行專用協議處理程序(handlers)。M&C協議的例子是CCP、XCP、KWP2000或者INCA1、ASAP1b2/L11和Distab1協議。物理互連例如是CAN、ETK3、以太網、FlexRay、USB、K-Line、WLAN(IEEE802.11)或者藍牙。對于嵌入式控制系統的開發，常常使用行為建模工具，例如ASCET4、MATLABR/SimulinkR5、Statemate MAGNUMTM6和UML或者SDL工具。一般說，這些工具提供一些圖形用戶接口，1 INCA、L1和Distab協議是ETAS有限公司(Robert Bosch有限公司的子公司)專有的通信協議。
2 ASAP1b通信協議已由ASAM協會標準化。
3 ETK是ETAS專有的物理連接。
4 ASCET是ETAS有限公司的產品系列。
5 MATLAB、Simulink和Real-Time Workshop是Mathworks公司的注冊商標。
6 Statemate MAGNUMTM是I-Logix公司的注冊商標。
用以借助方框圖、狀態機、消息序列圖(message sequence charts)、流程圖等描述控制系統的結構和行為。同樣，可以建立控制系統的數學模型。一旦該模型可供使用，就可以進行運用一些高級編程語言(例如，C語言)將所述模型自動變換程序代碼(代碼產生)，最終變換為可執行的程序，或者用于快速原型設計或者用作生產質量ECU軟件。
作為測試和調試控制系統軟件或者模型本身的便利方法，許多建模工具提供在其模擬或執行期間將模型動畫化的手段，使其行為可視化，例如通過以下操作·在信號線的上方顯示現行信號值，·在圖形裝置中顯示現行信號值，或者·直接在建模環境內將有效的和前一有效的機器狀態加亮。
同樣，無需單獨的實驗環境。而且，一些工具利用建模工具的正常用戶接口，提供通過建模環境直接校準參數值的可能性。
至今，這種模型動畫化的和模型內校準的傳統方法僅僅在實驗硬件上可供使用，例如，在同時運行建模工具和實驗兩者(脫機模擬)的PC上，或者與專用快速原型設計硬件(聯機模擬)一起。而且，所使用的專有通信協議例如是MATLAB/Simulink的外部模式協議或者ASCET中的L1協議。
上述的這種傳統方法在圖6中示出。
至今已知這種傳統方法已被一些快速原型設計系統使用，例如ETAS有限公司(ASCET-SD產品系列)和Mathworks公司的(MATLAB/Simulink、Real-Time Workshop、xPC Target)，估計可能還有其它的系統。
現有技術中已知的這種靜態互連如圖2a中所示。圖2a表示第一模塊12d和第二模塊12e共用一個存儲在靜態存儲單元81的變量。
因此，本發明的目的在于提供比至今的靜態互連更為靈活的互連，使得已在進行的模擬可以容易地改正、截取或者修改。本發明的另一個目的在于改善模擬系統的單部件之間的通信以及模擬模型的單模塊之間的通信，從而提供車輛控制系統的快速原型設計。
通過提出具有各獨立權利要求所述特征的用于模擬并驗證控制系統的模擬系統和計算機實現的方法來達到上述這些目的。
本發明的優點與如上所述的現有技術的方法相比較，本發明的動態互連方法不依賴于互連方案專用模型/代碼變換。確實，這種變換總體上與所使用的實際模塊互連無關。而且，通過使用不同的存儲單元而不是共用存儲單元，并且在需要時從一個存儲單元拷貝或者復制信號值至另一個存儲單元，模塊之間的通信以顯式進行。
因此，不無益處地展示計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統，其中，所述模擬系統包含普通模型動畫化和模型內校準接口，所述接口使用具有主機-目標體系結構的測量與校準技術，其中主機包含至少一個相應的建模工具，并在目標上執行控制系統的軟件。本發明還有一部分是運用這種模擬系統模擬并驗證開發中控制系統的計算機實現方法，以及具有程序編碼工具的計算機程序，所述程序編碼工具適用于當計算機程序在計算機上運行時實現這個方法，還有具有計算機可讀介質和計算機程序的計算機程序產品，所述計算機可讀介質例如是RAM、DVD、CD-ROM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等，所述各個計算機程序存儲在計算機可讀介質上。
此外，在一個優選實施例中，目標服務器用于將建模工具與目標連接，并且目標服務器包含與目標通信用的通信協議的協議驅動程序。
在另一個實施例中，模擬系統包含具有對應的存儲器和接口模塊的多個模擬過程，所述模塊包含用于模塊間通信的不同的存儲單元，并且其中通過運行控制系統模擬模型來執行模擬，所述模擬模型包括多個分別在多個模塊中的一個模塊上進行的子模型，其中至少一些模塊可以通過不同的存儲單元通信動態重新配置。
本發明還有一部分是用于計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統的主機，所述主機包含普通模型動畫化和在模型內的校準接口，所述校準接口使用測量與校準技術用于主機-目標體系結構，因而主機包含至少一個相應的建模工具，而目標服務器將建模工具與目標連接。
因為互連方案不僅僅為可執行的模擬所反映，它需要被不同地傳遞給模擬目標。這是通過在已下載可執行文件以后，在實驗建立時經由主機-目標通信接口動態調整實際的模塊互連而達到的。
按照相應的互連方案，進行信號值的交換。無需隱式命名準則或類似準則，這同靜態存儲共用方法的情況一樣。更恰當地說，給定信號的現行值從輸出接口分發至任何連接的輸入端口是通過從與輸出接口相關的存儲單元明確地讀出所述值，再將所述值復制到與相關輸入端口所對應的任何存儲單元。
這種方法的主要優點(在文中將詳細聲明)如下·因為這個方法基于標準解決方案，可以在相關的硬件和軟件中呈現M&C技術形式的所需接口的可用性。
·無需對目標硬件和物理互連的各組合移植任何軟件，否則會耗費極大的工作量。
·在脫機和聯機實驗時以及ECU運行時，對于模型動畫化和模型內校準可以使用相同的建模工具接口。
·因為無需外加的專用協議處理程序，在目標硬件上既沒有存儲器上的也沒有運行時間上的開銷。
·因為無需運行外加的專用協議，在物理互連上沒有任何帶寬開銷。
·因為對通信無需后臺任務或類似任務，在目標硬件上的模型的運行時間行為不受影響。
·因此，尤其是ECU(一般提供很少的存儲和運行時間資源并大量的各種硬件和接口上固有地支持M&C技術)理想地得到支持。
·記錄與重放的脫機調試功能得到支持。
·因為不再需要重復進行模型/代碼變換、編輯和連接以及可執行文件下載的耗時過程，在改變互連方案后轉接時間明顯減少。這極大地支持快速原型設計的實際應用。
·即使在運行實驗時建立、修改或者去除連接端口的信號也不會有可令人察覺的延誤。這使如下列所示的全新使用成為可能·糾正忽忙中產生錯誤的連接，甚至不中斷實驗，·通過將整個模型的各部分一步一步地投入運行，逐步地建立實驗，同時連續地建立最終的互連方案，·通過建立到其輸入端口的連接，自發地激勵模型，·將輸入端口從預先定義的刺激模塊切換至真實世界輸入信號，·通過將實現變體它們的輸出交替地切換到工廠，比較并行運行的相同模型的多個實現變體(implementation variants)，或者·通過在工具層面上虛擬地交換快速原型設計系統的輸入或輸出，取代將物理的電纜連接之先拔出與再插入。
因此，按照本發明運行模擬模型來模擬并驗證開發中控制系統，所述模擬模型包含多個子模型，所述子模型運行在模擬系統的相同或不同的節點(處理器)。模擬模型和模擬系統的各模塊之間的通信經由不同的和分開的存儲單元進行，這些模塊被動態地相互連接。
在本發明的一個優選實施例中，借助于縱橫接線器(cross-barswitch)一致地復制數據和/或信號。這種復制最好在實時條件下進行。
在本發明另一實施例中，所述模塊自動地經由互連節點互連并復制數據。
在實時環境或條件下數據的一致地復制可以通過通信變量實現。如上所述的縱橫接線器提供了在達到一致狀態后將輸出信號的值一致地復制到通信變量的手段。而且，縱橫接線器提供了在各模塊繼續計算之前將這些值一致地傳遞給被連接的輸入信號的手段。根據模擬系統的相應的實時體系結構和/或實時操作系統的建立，一致的復制機制可以通過原子拷貝(atomic copy)過程、阻塞中斷或類似手段來達到。在一些由各個實時環境設置確定的場合，信號變量或通信變量可能是過時的，然后就可以為了更好的性能而將其優化。
按照本發明的一個備選實施例，對于模塊互連的動態重新配置可以使用分布式方法，而不是如上所述的集中式方法。在這備選實施例中，端口可以將自身與各自的配對部分連接，并負責信號值的復制。
本發明也涉及具有程序編碼手段的計算機程序，所述程序編碼手段適用于當所述計算機程序在計算機上運行時實現如上所述的本發明的過程，計算機程序本身以及存儲在計算機可讀介質上的所述計算機程序均被要求專利保護。
從以下結合附圖的說明將可以清楚看到本發明的更多的特征和但應理解，上述的特征和下文所述的特征不僅可以用于特定的組合，也可以用于其它的組合或者獨自地使用，而并不偏離本發明的范圍。
運用舉例的方法借助于實施例在附圖中示意地畫出本發明，并在下文結合附圖詳細說明本發明。但應理解，本說明決不限制本發明的范圍，而僅僅描述了用以說明本發明的優選實施例。
圖1是表示現有技術的以及本發明的處于模型層面的模擬系統的示意框圖；
圖2a是表示現有技術的靜態互連的示意圖；圖2b表示本發明的動態互連的優選實施例；圖3表示使用圖2b所示的動態互連的本發明模擬系統的優選實施例；圖4表示本發明的一例經由通信變量在實時環境下的一致復制；圖5表示本發明互連方案的備選實施例；圖6表示模型動畫化和在模型內校準的體系結構；圖7表示一例采用目標服務器的模型動畫化和在模型內校準的方法。
具體實施例方式
按照本發明，并與現有技術中已知的靜態互連(如上結合附圖2a所述)相對比，提出通過不同的存儲單元的動態互連方法。按照本發明的動態互連的原理在圖2b中可以看到，第一模塊2d的數據81a通過動態復制20被拷貝或復制到第二模塊2e的不同的存儲單元作為依照數據(according data)81a′。
可以構思出若干個在動態重新配置方法下的體系結構。參閱圖3，在下文敘述本發明的模擬系統30的第一個例子，即所謂的集中式方法。
集中式方法模擬系統30的主要部件是所謂的縱橫接線器10以及互連方案11。模擬系統30還包含多個模塊2a、2b、2c；輸入接口3a；輸出接口3b；刺激發生器模塊4；以及實時操作系統7。
正如在圖3中雙頭的箭頭所示，模擬系統30的所有部件都通過縱橫接線器互相連接，互連方案11規定在模擬目標上模塊的哪些輸入和輸口端口是互相連接的。互連方案對應于框圖中全部的連接，其中每個框對應于被集合在模擬目標30上的其中一個模塊。
互連方案11可以被看作為二維開關矩陣，其中二維均表示模塊端口，而矩陣值規定各端口是否相互連接(可能的話還規定信號流動方向)。
模擬主機5經由主機-目標通信接口6與縱橫接線器10連接，并組成對快速原型設計系統的人-機接口。
主機5使互連方案得以配置和重新配置，最好能得到一些圖形用戶接口的支持。
主機-目標通信接口6使模擬主機5與模擬目標30連接。一般說，所述連接基于一些有線或者無線連接(串行接口、以太網、藍牙等)和標準或者專用的通信協議(例如，ASAP1b、L1)。它至少提供以下功能·從主機5下載可執行文件至模擬-目標30，以及·下載規定互連方案11的配置數據。
而且，它可以提供下列功能·控制實驗，例如，開始和停止模擬，·測量模型信號的值、互連信號的值以及輸入或輸出信號的值，·校準模型參數，以及其他。
縱橫接線器10在模擬目標上運行，并且連接如下·通過主機-目標通信接口6連接到模擬主機5，·連接到模塊2a、2b、2c，它們代表開發中控制系統的各模型部分或者子模型，·連接到模塊3a、3b，它們代表對控制系統所屬工廠的輸入和輸出接口，·連接到模塊4，它用作為對模型的刺激發生器，并·最好連接到支持模擬實驗的實時操作系統7。
在開始模擬實驗之前，從主機5通過主機-目標通信接口6下載初始互連方案11至縱橫接線器10。
在運行實驗時，縱橫接線器10通過將信號值從輸出端口復制到輸入端口，在模塊和部件之間執行實際的通信。這個復制過程進行的方式由互連方案11規定。
互連方案11可以在中斷后或者甚至在運行模擬期間被重新配置。因此，模塊互連可以在運行中加以改變，而不會有察覺到的延誤。
參閱圖4，圖中畫出本發明的信號或者數據的傳輸的優選的選擇方案。借助于動態復制40，第一模塊2f的信號和/或數據值82a、82e可分別作為通信變量82b、82f放入不同的存儲單元得以緩沖。再借助于動態復制40，第二和第三模塊2g、2h分別接收各自的信號和/或數據值82c、82g和82d、82h。
因而，確保了實時環境中的數據一致性。每個模塊2f、2g、2h可以用例如不同的速率或者按中斷觸發器命令計算，并借助于通信變量82b、82f緩沖現行信號值進行數據復制40。因而，作為整體構成有效狀態的幾個輸出信號值被保證得以用一致的方式復制，使得由這些輸出信號送入的模塊本身可以依據于有效狀態。
如上所述，縱橫接線器10提供以下的功能·在達到一致狀態后，將輸出信號的值一致地復制到通信變量，以及·在各個模塊繼續計算之前一致地將這些值送至所連接的輸入信號。
根據作為基礎的實時體系結構和操作系統，如上所述的一致的復制機制可以通過原子拷貝過程、阻塞中斷或類似手段達到。
在一些由各實時環境設置確定的場合，信號變量或者通信變量可能是過時的，然后就可以為了更好的性能而將其優化。
如上所述的動態重新配置方法可以通過信號調節設施加以擴展。為了達到這一點，在模塊間通信時，在從源存儲單元讀出原始值之后和在寫入目標存儲單元之前可以用預定方式影響各信號值。
可能的信號調節運算是·實現公式的適應(例如比例或者偏移修正，飽和)或·基本數學運算(例如信號的加、減、乘，通過查找表映射，或者具有插補的特征曲線，常數)。
所施加的運算種類和各個參數被看作互連方案的一部分。它們的每一個可以用動態方式配置和重新配置，模塊互連也能夠這樣。這種增強可大大擴展動態重新配置方法的效用。
參閱圖5，該圖說明在目標上利用一個不同的縱橫接線器部件，可以用模塊互連的動態重新配置的分布式方法代替集中式方法。不同于具有集中式部件復制信號值，端口可以“將自身連接”至其各配對部分，并且負責信號值的復制。
例如，這可以通過一旦連接后就讓模塊2j和2k的輸入端口92a，92b和93b將自身登記到模塊2i的輸出接口服務器91a，91b得到實現，它們的每一個代表給定的輸出端口。或者遵循拉出(pull)方法(輸入端口詢問信號值)，或者遵循推入(push)方法(信號值的多播(multicast)，由輸出端口調用)進行通信。這樣，信號值復制的智能被分布到系統的各部件，而不是集中在中央縱橫接線器部件。用于快速原型設計和軟件開發的通用模型動畫化和模型內校準接口(圖7)一個用于快速原型設計和軟件開發的通用模型動畫化及模型內校準接口，該接口使用具有主機-目標體系結構測量與校準技術和相應的模擬系統和方法。
基本概念與現有技術的所述方法相比較，通用模型動畫化和模型內校準方法是本發明的主題，并不依賴于任何專用的模擬或者快速原型設計硬件或者專有的通信協議。相反，改為使用標準M&C技術。
如上所述，這種方法的主要優點如下·因為這個方法基于標準解決方案，可以呈現在相關的硬件和軟件中所需要的M&C技術形式的接口的可用性。
·無需對目標硬件和物理互連的每個組合移植任何軟件，這會耗費極大的工作量。
·在脫機和聯機實驗時以及ECU運行時，對于模型動畫化和模型內校準可以使用相同的建模工具接口。
·因為無需外加的專用協議處理程序，在目標硬件上既不需要存儲器也不需要運行時間的開銷。
·因為無需運行外加的專用協議，在物理互連上沒有任何帶寬開銷。
·因為對通信無需后臺任務或類似任務，在目標硬件上的模型的運行時間行為不受影響。
·因此，尤其ECU(一般說，提供較少的存儲及運行時間資源，并在大量的各種硬件和接口上固有地支持M&C技術)理想地得到支持。
·支持運行記錄與重放的脫機調試功能。
·對于通用模型動畫化，這些標準接口用來使控制系統的軟件或者模型動畫化或者將其行為可視化。
·對于模型內校準，這些標準接口用于從其模型內校準控制系統軟件的參數。
·對于運行記錄與重放，這些標準接口用于將測量數據記錄在主機上，供以后在建模工具上透明地重放，以動畫化和可視化。
·能夠在大多數相關的硬件系統(目標、主機的組合和兩者之間的互連)上使用標準接口，因此，無需對軟件適應或移植做任何附加工作。
·對于在主機上或快速原型設計的目標上的模擬以及對于ECU運行，可以使用相同的標準接口。
·由于使用可用的標準接口，避免了存儲、運行時間和帶寬上的開銷。
例如脫機調試裝置，在聯機實驗時首先將測量數據記錄在主機存儲器或者硬盤上。此后，數據以脫機的模式重放給建模工具，模仿先前連接的快速原型設計硬件或運行的ECU。這可以對于建模工具完全透明地進行。而且由這個方法啟用的共同調試性能(commondebug features)是單步執行和模型斷點，受到所采用的建模工具的支持。
在圖7中示出了建模工具70a、70b和任選的M&C工具71。模型動畫化接口72位于在建模工具70a、70b和可任裝置71和目標80之間。具有協議驅動器(例如，CCP 74a、XCP 74b、KWP2000 74c、INCA 74d、ASAP 74e、Distab 74f等等)的目標服務器73與物理互連部分75連接。在目標80中標準M&C接口76將該物理互連部分75與模型77a和77b連接。在作為開發中控制系統的至少一部分的目標或者目標處理器上執行應用軟件。這種體系結構是本發明的模擬系統的一個例子。可以構思幾種體系結構作為普通模型動畫化和模型內校準方法的基礎。作為例子，在下文介紹這種基于目標服務器的方法。其主要部件是在目標計算機上運行并在主機上的建模工具和目標硬件之間建立橋梁的目標服務器。
除了與一個物理互連部分連接的單個目標之外，也可以構思經由不同的通信信道連接幾個不同的硬件目標，構成分布系統。而且，各建模工具可用于動畫化，并用于在在目標上上一次校準任何數量的模型。
功能目標服務器目標服務器是普通模型動畫化和模型內校準的方法的集中式部件。其作用是目標硬件和通信的抽取。目標服務器的主要任務是將建模工具與目標硬件M&C接口以透明方式連接。
同樣，建模工具不需要知道用作目標的相應硬件或者通信協議或者用作為主機/目標接口的物理互連。為此，對于每個支持的通信協議，目標服務器可以包含專用的協議驅動器或類似物，從而執行從與模型動畫化有關的通信轉換為M&C專用的協議。
目標服務器的另一任務是將測量的數據記錄在主機存儲器或硬盤上，以過后在脫機調試重放時使用。
建模工具建模工具通過其模型動畫化接口訪問目標服務器。同樣，為模型動畫化所需要的數據從目標傳送到建模工具。而且，校準數據在另一方向從建模工具傳送到目標硬件。一旦建模工具使用目標服務器取代專有的通信協議用于目標訪問，建模工具中就可使用基本的模型動畫化和模型內校準。對于例如單步調試和模型斷點等高級的記錄與重放性能，假定建模工具可提供附加的功能。
M&C工具使用完全相同的M&C接口和通信信道，從而M&C工具可以與建模工具并行運行。然而，這不是普通模型動畫化和模型內校準的先決條件，而是為演示傳統的M&C方法所描述的。在多個(模型或M&C)工具同時試圖校準一個或同一組參數的情況下，為了安全和數據一致必須使用仲裁裝置。這種仲裁裝置可以使用一個或者多個下列技術，例如·例如，通過使用只讀參數，除了一個以外鎖定所有的用于校準給定的參數組的工具(主/從原理)，·在校準給定組的參數以后通知所有其它工具，或者·通過對給定參數組的周期性測量由所有受影響的工具進行參數刷新(輪詢)。
應用軟件在目標上運行的應用軟件主要由這些模型的代碼組成，實時操作系統或者調用模型代碼的調度程序、硬件和通信驅動器使模型輸入和輸出等成為可能。從被模擬的這些模型產生的代碼根據這些模型規定的行為來執行計算。由標準M&C接口訪問(讀和寫)代碼中的數據結構，以分別執行傳統的測量與校準或者模型動畫化和模型內校準。
標準M&C接口在目標上的標準M&C接口構成應用軟件和目標服務器之間的鏈路。它訪問用于測量與校準的模型數據，并通過物理互連與主機連接。
·對于測量，M&C接口從應用軟件讀出數據，并將數據經由M&C協議傳送給目標服務器，目標服務器將數據傳送給建模工具和M&C工具(假如適用的話)·對于校準，建模工具或M&C工具經由目標服務器和M&C協議發送新的參數值至M&C接口，M&C接口在目標上的應用軟件中刷新參數值。
基于例如CAN、以太網、FlexRay、USB或者K-Line作為物理互連，可以使用例如CCP、XCP、KWP2000、INCA或者ASAP1b協議作為標準M&C接口。
備選方案分散式方法代替使用集中式目標服務器方案，各模型和M&C工具可將主機上的M&C接口適應結合到其自身。這樣，可以仍然維持從目標硬件的抽取，而從通信信道的抽取將會轉移給所涉及的工具。
因此，目標的訪問將不太透明，受支持的M&C接口的數量可能會少些。而且，對運行記錄與重放的脫機調試的支持將會更加昂貴。
另一方面，換句話說，不是所有的建模和M&C工具需要遵照目標服務器部件的完全相同的接口。
M&C工具接口方法代替讓M&C工具直接訪問目標服務器，M&C工具可以用作為中間環節。為此，模型動畫化接口不再包含在目標服務器中，而是在M&C工具(例如一種快速原型設計的實驗環境)中。然后，建模工具與該接口連接。這個方法更容易對校準仲裁提供支持，因為
·一般在校準同一組參數時只有所述M&C工具和單個建模工具相競爭，以及·所述M&C工具可以從建模工具接收校準命令，為其自身目的(顯示值的更新，數據存儲等)將校準命令中斷，并將校準命令傳送給目標服務器，用于實際的校準過程。
權利要求
1.一種計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統，所述模擬系統包含普通模型動畫化和模型內校準接口，所述接口使用具有主機-目標體系結構的測量和校準技術，從而主機包含至少一個相應的建模工具，控制系統的軟件在目標上執行。
2.按照權利要求1所述的模擬系統，包括將所述建模工具與所述目標連接的目標服務器。
3.按照權利要求2所述的模擬系統，其中，所述目標服務器包含用于與目標通信的通信協議的協議驅動程序。
4.按照權利要求1所述的模擬系統，包括設有對應的存儲器和接口模塊的多個模擬過程，所述模塊包含用于模塊間通信的不同的存儲單元。
5.按照權利要求4所述的模擬系統，其中，通過運行一個控制系統模擬模型來進行模擬，所述模擬模型包含多個子模型，它們分別在多個模塊中的一個模塊上運行。
6.按照權利要求4所述的模擬系統，其中，至少一些模塊可動態地重新配置，以經由不同的存儲單元進行通信。
7.一種計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統的主機，所述主機包含普通模型動畫化和模型內校準接口，所述接口使用具有主機-目標體系結構的測量和校準技術，其中所述主機包含至少一個相應的建模工具，一個目標服務器將所述建模工具與所述目標連接。
8.一種借助于權利要求1所述的模擬系統并由計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的方法。
9.一種具有程序編碼工具的計算機程序，所述程序編碼工具適用于當所述計算機程序在計算機上運行時實現權利要求7所述的方法。
10.一種具有計算機可讀介質以及存儲在所述計算機可讀介質中的權1利要求7所述的計算機程序的計算機程序產品。
全文摘要
計算機實現的模擬并驗證開發中控制系統的模擬系統和方法，所述模擬系統包含普通模型動畫化和模型內校準接口，所述接口使用具有主機－目標體系結構的測量和校準技術，其中，所述主機包含至少一個相應的建模工具，控制系統的軟件在所述目標上執行。
文檔編號G06F17/50GK1879109SQ200480032791
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月10日 優先權日2003年11月10日
發明者K·施特勒爾 申請人:羅伯特.博世有限公司