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基于ANSYS SCADE的无人飞行系统研发

2018/2/8    来源:互联网    作者:Giuseppe Cinà  Amar Bouali      
关键字:ANSYS SCADE  无人飞行系统  
小型工程团队使用ANSYS SCADE完成无人飞行系统12.5万行控制代码的设计、验证、生成和集成工作,用时仅为使用C语言时所需时间的三分之一。

    对该项目而言, 软件必须符合DO-178B 标准,即FAA、EASA 和其它认证机构用于认证所有航空电子软件的事实标准。由于SCADE 能够从模型自动生成源代码,并最大限度地减少验证对应于系统模型的源代码的工作量,因此比乔亚选择ANSYS SCADE 作为VCMS 的开发环境。ANSYS SCADEKCG 代码生成器是经DO-178B 认证的开发工具,因此代码对应输入模型的一致性非常可靠,无需在编码阶段开展验证工作。SCADE 基于模型的方法可帮助系统工程师为每一项功能自动建模,并在制作真实硬件之前在主机上检查其性能状况。

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    SCADE模型验证流程

    创建模型

    在有文本文档的情况下,SCADE 模型是由工程师根据功能要求彻底从头创建而成,而在有可用的Simulink 模型的情况下,SCADE 模型则是通过SimulinkGateway 自动创建而成。SCADE 要求管理网关可用于连接要求和SCADE 模型中的嵌入式系统。工程师采用SCADE 语义检查器来验证模型的语义。问题的发现和解决均在PC 环境中的主机上完成,而非在成本和复杂程度更高的目标硬件环境中进行。有一小部分代码(主要是输入/ 输出等低级代码)是使用传统方式在C语言环境中完成开发的。

    为确保Simulink 模型正确地转换到SCADE 环境中,需要将Simulink 测试矢量转换到SCADE 环境。测试案例则被转换到SCADE 输入情景中。随后在Simulink 和SCADE 上同时运行测试矢量,并对比结果,以确保转换后的SCADE 模型具备与原始Simulink 模型相同的功能行为。

    软件验证

    DO-178B认证标准需要证明,由测试矢量执行的功能测试可全面覆盖整个模型功能。SCADE Model TestCoverage 工具可用于检查模型覆盖情况并发现未被覆盖的区域。此外工程师还设计和开展了更多测试,以提供所需的覆盖范围。

    随着模型数量及各模型输入数量不断增多,验证工作量也呈指数增加。在项目初期阶段,测试矢量的生成、验证和配置曾存在问题。SCADELifeCycle 资格认证测试环境(QTE)可在主机环境中自动运行测试、比较预期值的结果并突出显示任何误差,从而解决了上述问题。

    工程师在目标计算机上也执行了类似工作,同时把测试矢量发送到模型生成的可执行代码中。比乔亚的工程师编写了一个简单的测试应用工具,该工具能够在目标计算机上运行并发挥与QTE类似的作用。具体做法是先使用SCADE输入情景运行该应用,然后将得到的结果与在主机上使用相同应用和输入所生成的输出进行比较。

    系统集成

    把用于处理VCMS 各项不同功能的模型逐步集成到主机上以构建虚拟VCMS,从而在系统集成之前就提前检查应用的互操作性。该验证工作的目的是:在实际硬件上执行系统集成之前发现并解决大部分集成问题。这样,在系统集成阶段发现的问题数量就会大幅减少,而且其原因将主要是硬件/ 软件/ 子系统集成问题,而非设计错误。当系统集成完成,且最终测试执行结束后,来自实际测试的数据将被馈送到测试矢量中,用于进一步验证模型。

    整个项目从系统工程师直接执行模型开发开始,到构成VCMS 的12.5 万行源代码的编译、集成和验证完成,总共用时大约18 个月。工作小组以全职成员计算,规模不超过20 名工程师(系统和软件)。为实现该项目颇具挑战性的目标,他们从设计阶段初期起就开始紧密协作,直至最终系统集成成功完成。最终,该VMCS 的开发及验证时间仅为采用纯手动编码所需时间的三分之一左右。

    该无人机于2013 年11 月成功完成首次飞行,此时距项目启动不足两年时间。VCMS 运行得非常成功。P.1HH 的配置将随着后续补充软件版本的发布而不断丰富,新增功能将使P.1HH 具备更多的任务能力。

责任编辑:张纯子
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