Методика исследования интерфейсов взаимодействия подсистем в радиотехнических комплексах на основе использования виртуальных моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

АО «Концерн «Созвездие»

Методика исследования интерфейсов взаимодействия подсистем в радиотехнических комплексах на основе использования виртуальных моделей

И.Н. Малышева

Воронеж, Российская Федерация

Как известно, современные радиотехнические комплексы связи и управления (РКСиУ) реализованы в виде многоуровневой иерархической структуры. Часто в одной системе применяются сигналы с различными видами и параметрами модуляции, причем возможно изменение значений и параметров в ходе одного сеанса связи. Каждая из подсистем РКСиУ функционирует в сложной среде передачи-приема команд и данных. Как правило, используются различные виды конфигураций взаимосвязей комплекса и динамическое изменение его структуры.

Существующая многоуровневая структура взаимосвязей предназначена для обеспечения многофункционального управления - от вышестоящего устройства поступают команды и запросы, от нижестоящего - отчеты и запрошенные данные. Поэтому актуальна задача организации информационного обмена между подсистемами РКСиУ, направленная на обеспечение своевременности доставки при условии сохранения целостности данных. Поскольку в состав современных РКСиУ, как правило, входят микропроцессоры и микроконтроллеры, то создание программного обеспечения (ПО) для обмена данными в системе радиотехнических объектов, с условием обеспечения необходимого уровня надежности и безотказного функционирования каждого объекта, представляется нетривиальной задачей, требующей необходимого уровня квалификации разработчиков.

Формулировка задачи

Существующая на сегодняшний день практика разработки приложений для РКСиУ предполагает жесткую привязку каждого модуля ПО к одному или нескольким конкретным объектам и каналам связи. Традиционный подход предполагает независимую разработку ПО каждого уровня, затем - программирование (прошивка) микропроцессоров и микроконтроллеров каждого уровня, и далее - попытки реализации взаимодействия (стыковки) реальных устройств на основе полученных программных продуктов. В итоге может потребоваться несколько десятков циклов стыковки реальных устройств и последующей доработки ПО для решения проблем взаимодействия подсистем РКСиУ.

Следовательно, необходима технология, позволяющая сократить время разработки и количество циклов стыковки. Применительно к рассматриваемой теме, задача может быть сформулирована как поиск средств межпрограммной синхронизации и взаимной передачи данных, позволяющих реализовать одновременную совместную работу нескольких симуляторов и реальных управляющих приложений.

Способы взаимодействия симуляторов с использованием виртуальных каналов. программный радиотехнический виртуальный интерфейс

Для решения поставленной задачи была разработана технология создания виртуальных межпрограммных каналов связи в разделяемой области памяти, что позволило организовать процесс отладки взаимодействия виртуальных моделей аппаратного окружения нескольких симуляторов, имитируя соединение микроконтроллеров по интерфейсам UART, SPI и Ethernet.

Далее представляется целесообразным более подробно описать реализацию наиболее часто используемых и широко известных интерфейсов взаимодействия подсистем РКСиУ.

1. Интерфейс UART. Межпрограммный обмен организуется путем выбора в настройке управляющего приложения особого виртуального порта COM, а в настройках симулятора - отображением обмена по интерфейсу UART на этот виртуальный порт. При необходимости может быть выбрано отображение и на реальный порт - в этом случае управляющее приложение может выполняться на другом компьютере.

2. Интерфейс SPI. Для реализации межпрограммного обмена модели каждого устройства было решено использовать модули виртуализации (МВ) SPI, организующие именованный канал Master-Slave. Каждый канал соединяет два симулятора, обеспечивая передачу данных и уведомлений.

3. Интерфейс Ethernet, реализованный на специализированной микросхеме. Для связи симулятора с сопряженными устройствами модель аппаратного окружения должна содержать модель микросхемы Ethernet (ММЕ) в комплексе с модулем виртуализации сети (МВС), обеспечивающим доступ к реальной сети, а также организующим виртуальное соединение при выборе особого сетевого адаптера. Принятые МВС из реальной или виртуальной сети пакеты преобразуются в соответствующие структуры данных в составе ММЕ, после чего она может инициировать запрос прерывания. Передача пакетов в сеть производится аналогично.

Следует отметить, что описываемая разработка не претендует на исчерпывающую полноту, т.к. была выполнена в соответствии со структурой соответствующих устройств.

На программные решения получены свидетельства о государственной регистрации [1-7].

Примеры взаимодействия симуляторов с использованием виртуальных каналов

Предложенные решения были проверены на имитационных моделях подсистем радиоприемного устройства. В частности, производилось моделирование работы многопроцессорной приемо-передающей системы, содержащей компьютер с управляющей программой (УП), микросхему Ethernet (МЕ), контроллер сети (КС), контроллер управления (КУ) и процессор цифровой обработки (ПЦО) (рис. 1).

Рис. 1. Укрупненная блок-схема системы

При моделировании было одновременно использовано три отладочные симуляционные среды. Связь компьютера (управляющей программы) с контроллером Ethernet производилась через виртуальный сетевой адаптер, связь контроллеров между собой и с процессором цифровой обработки - через виртуальный интерфейс SPI (мастер - управляющий контроллер). На рис. 2 представлена структурная схема организации виртуальных каналов взаимодействия, где С - симулятор.

Рис. 2. Структурная схема организации виртуальных каналов взаимодействия

Заключение

Предложенный подход к задаче организации виртуальных каналов связи радиотехнического оборудования с целью ускорения процессов разработки безотказного и надежного ПО предоставляет следующие преимущества:

- использованные механизмы виртуальных моделей интерфейсов позволяют достичь максимальной производительности разработки ПО в области обмена данными;

- детальная проработка моделей интерфейсов обеспечивает адекватность реакции встраиваемого ПО на процессы обмена на уровне практической идентичности взаимодействию с реальной аппаратурой;

- в итоге, становится возможной совместная работа нескольких симуляторов, обеспечивающая моделирование комплексных систем микропроцессорных устройств.

Разумеется, предложенная технология используется с некоторыми ограничениями, возникающими из-за особенностей программной реализации. В частности, в некоторых случаях имеет значение последовательность запуска и/или остановки симуляторов.

Таким образом, представленная технология предоставляет возможность одновременной отладки всех структур, интерфейсов и сигналов управления, и, в целом, позволяет существенно повысить эффективность разработки ПО.

Литература

1. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Программа формирования информационных блоков для системы с последовательными интерфейсами: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018663473, заявл. 18.10.2018, зарегистрировано 29.10.2018.

2. Малышева И.Н. Модуль реализации логического протокола связи радиоприемной аппаратуры и управляющего устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018663524, заявл. 01.10.2018, зарегистрировано 30.10.2018.

3. Малышева И.Н., Плахотнюк Ю.А. Программа встроенного инструментального монитора для контроллера радиоприемного устройства: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018663575, заявл. 01.10.2018, зарегистрировано 31.10.2018.

4. Плахотнюк Ю.А. Модуль драйверов последовательных интерфейсов: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018664151, заявл. 18.10.2018, зарегистрировано 12.11.2018.

5. Плахотнюк Ю.А. Программа управления передачей данных по асинхронной двунаправленной линии связи: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018664276, заявл. 18.10.2018, зарегистрировано 14.11.2018.

6. Малышева И.Н. Модуль управления высокоскоростным синхронным интерфейсом в локальной сети: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018664723, заявл. 18.10.2018, зарегистрировано 21.11.2018.

7. Малышева И.Н. Модуль интерфейса конфигурирования аппаратных ресурсов для формирования сложного сигнала: авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666356, заявл. 04.12.2018, зарегистрировано 17.12.2018.

Аннотация

Рассматриваются аспекты синтеза программного обеспечения для реализации унифицированного управления подсистемами радиотехнического комплекса на основе использования виртуальных моделей. Предлагается универсальная технология, обеспечивающая исследование взаимодействия различных интерфейсов в реалистичных условиях функционирования на основе создания виртуальных каналов связи.

Ключевые слова: встраиваемое программное обеспечение; функционирование виртуальных моделей; аппаратное окружение; радиотехнические комплексы.

Aspects of synthesis of the software for implementation of unitized control by subsystems of a radio communication complex based on usage of the virtual models are considered. The general-purpose technology providing research of interaction of various interfaces in realistic operating conditions based on creation of virtual links of communication is offered.

Keywords: embedded software; functioning of the virtual models; hardware environment; radio communication complexes.

Размещено на Allbest.ru