本發(fā)明涉及工具軟件集成。更具體地，涉及一種基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)及方法。

背景技術：

復雜產品通常涉及復雜的產品組成、復雜的學科專業(yè)，具有多學科子系統(tǒng)高度耦合等特點。目前，制造領域大量使用的CAE等工具軟件通常只能建立單學科子系統(tǒng)模型，對復雜產品進行局部的仿真分析；而通過工具軟件的集成可構建多學科虛擬樣機系統(tǒng)，對復雜產品整體的功能和性能進行聯(lián)合仿真分析，以減少傳統(tǒng)的實物試驗和返工迭代。

聯(lián)合仿真分析主要用于仿真復雜產品的時間動態(tài)特性，需要對單學科子系統(tǒng)模型求解的中間狀態(tài)進行保持，使得耦合的子系統(tǒng)模型間可以交互求解的中間結果。目前，對商品化工具軟件的集成主要依賴于軟件自身提供的API，通過調用API保存子系統(tǒng)模型求解的中間狀態(tài)、輸出求解的中間結果，再輸入其它相關子系統(tǒng)模型求解的中間結果，并重新加載中間狀態(tài)繼續(xù)解算。

但是，由于工具軟件本身開放性不足等因素，很多工具軟件沒有提供必要的API，難以進行工具軟件集成。缺乏API的條件下，仍然可以通過工具軟件提供的用戶自定義模型(工具軟件在預置豐富的學科單元模型以外，支持用戶采用類C的語言自定義單元模型)等方式輸出求解的中間結果或者輸入其它相關子系統(tǒng)模型求解的中間結果，但是尚沒有一種機制能夠對模型求解的中間狀態(tài)進行保存或保持。沒有模型求解中間狀態(tài)的保持，就會出現(xiàn)時序錯誤，無法在正確的仿真邏輯時間點輸出求解的中間結果或者輸入其它相關子系統(tǒng)模型求解的中間結果。

因此，需要提供一種基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)及方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)及方法，解決在缺乏API的條件下對工具軟件進行集成時難以對模型求解的中間狀態(tài)進行保存或保持的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

多個基于工具軟件建立的單學科子系統(tǒng)模型，與每個單學科子系統(tǒng)模型對應的且基于與建立每個單學科子系統(tǒng)模型的工具軟件相同的工具軟件建立的內嵌接口模型，與每個內嵌接口模型對應的工具適配器，共享內存；

單學科子系統(tǒng)模型，用于接收工具軟件參數(shù)變量并進行解算，得到結果變量；

內嵌接口模型，用于通過共享內存將來自單學科子系統(tǒng)模型的結果變量發(fā)送至工具適配器，或將來自工具適配器的參數(shù)變量發(fā)送至單學科子系統(tǒng)模型；

工具適配器模塊，用于將來自內嵌接口模型的結果變量發(fā)送至協(xié)同仿真平臺，或通過共享內存將來自協(xié)同仿真平臺的參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型；

共享內存中包括第一信號量和第二信號量，

第一信號量由內嵌接口模型和工具適配器進行設置和查詢，用于指示內嵌接口模型通過共享內存將結果變量發(fā)送至工具適配器；

第二信號量由工具適配器和內嵌接口模型進行設置和查詢，用于指示工具適配器將參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型。

優(yōu)選地，第一信號量和第二信號量均為布爾型變量。

一種如前文所述系統(tǒng)的基于接口模型的內嵌式工具軟件集成方法，，該方法包括如下步驟：

利用工具軟件建立單學科子系統(tǒng)模型和內嵌接口模型；

利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第一信號量，基于第一信號量控制內嵌接口模型通過共享內存將來自單學科子系統(tǒng)模型的結果變量發(fā)送至工具適配器；

利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第二信號量，基于第二信號量控制工具適配器通過共享內存將來自協(xié)同仿真平臺的參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型。

優(yōu)選地，步驟“利用工具軟件建立單學科子系統(tǒng)模型和內嵌接口模型”進一步包括如下子步驟：

利用工具軟件建立單學科子系統(tǒng)模型；

通過工具軟件的用戶圖形界面，添加并設置自定義的單元模型，作為內嵌接口模型；

建立單學科子系統(tǒng)模型和內嵌接口模型的連接，利用內嵌接口模型提取對應的單學科子系統(tǒng)模型中待輸出的結果變量，或接收對應的單學科子系統(tǒng)模型待輸入的其它單學科子系統(tǒng)模型的參數(shù)變量并將參數(shù)變量發(fā)送至對應的單學科子系統(tǒng)模型。

優(yōu)選地，步驟“利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第一信號量，基于第一信號量控制內嵌接口模型通過共享內存將來自單學科子系統(tǒng)模型的結果變量發(fā)送至工具適配器”進一步包括如下子步驟：

利用工具適配器將第一信號量設置為可寫狀態(tài)；

利用內嵌接口模型的類C程序查詢第一信號量是否為可寫狀態(tài)，是則利用內嵌接口模型往共享內存中寫入結果變量，否則繼續(xù)查詢；

結果變量寫入完成后利用內嵌接口模型將第一信號量設置為可讀狀態(tài)；

利用工具適配器檢測第一信號量是否為可讀狀態(tài)，是則利用工具適配器獲取共享內存中的結果變量，否則使工具適配器處于阻塞等待狀態(tài)并利用共享內存保存結果變量。

優(yōu)選地，步驟“利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第二信號量，基于第二信號量控制工具適配器將來自協(xié)同仿真平臺的參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型”進一步包括如下子步驟：

利用內嵌接口模型的類C程序將第二信號量設置為可寫狀態(tài)；

利用工具適配器查詢第一信號量是否為可寫狀態(tài)，是則利用工具適配器往共享內存中寫入參數(shù)變量，否則繼續(xù)查詢；

參數(shù)變量寫入完成后利用工具適配器將第二信號量設置為可讀狀態(tài)；

利用內嵌接口模型檢測第二信號量是否為可讀狀態(tài)，是則利用內嵌接口模型獲取共享內存中的參數(shù)變量，否則使內嵌接口模型處于阻塞等待狀態(tài)并利用共享內存保存參數(shù)變量。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術方案通過在單學科子系統(tǒng)模型中嵌入接口模型，以信號阻塞的方式實現(xiàn)對模型求解的中間狀態(tài)進行保存或保持，確保能夠在正確的仿真邏輯時間點輸出求解的中間結果或者輸入其它相關子系統(tǒng)模型求解的中間結果，進而支持多學科子系統(tǒng)的聯(lián)合解算，實現(xiàn)工具軟件的集成，且由于嵌入接口模型而不需要API接口，解決了工具軟件本身開放性不足的問題。本發(fā)明所述技術方案適用于復雜產品的聯(lián)合交互仿真，可有效支持多種工具 軟件構建的多學科子系統(tǒng)間的聯(lián)合交互式解算，具有普適性、易操作性的特點，為快速構建多學科聯(lián)合仿真系統(tǒng)提供有效手段。本發(fā)明所述技術方案適用于國防科技領域各軍工行業(yè)，并能夠方便地轉化為民用技術。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)結構圖。

圖2示出基于接口模型的內嵌式工具軟件集成方法流程圖。

圖3示出發(fā)射車仿真系統(tǒng)示意圖。

圖4示出基于EASY5工具軟件建立的液壓系統(tǒng)模型示意圖。

圖5示出基于EASY5工具軟件建立的液壓系統(tǒng)模型的對外輸入、輸出子模型示意圖。

圖6示出基于接口模型的內嵌式發(fā)射車仿真系統(tǒng)結構圖。

圖7示出液壓系統(tǒng)模型對外發(fā)布數(shù)據(jù)的流程圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本實施例提供的基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)包括：

多個基于工具軟件建立的單學科子系統(tǒng)模型，與每個單學科子系統(tǒng)模型一一對應的且基于與建立每個單學科子系統(tǒng)模型的工具軟件相同的工具軟件建立的內嵌接口模型，與每個內嵌接口模型一一對應的工具適配器，共享內存；

單學科子系統(tǒng)模型，用于接收工具軟件參數(shù)變量并進行解算，得到結果變量，結果變量作為其他單學科子系統(tǒng)模型的參數(shù)變量或基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)的結果；

內嵌接口模型，用于通過共享內存將來自單學科子系統(tǒng)模型的結果變量發(fā)送至工具適配器，或將來自工具適配器的參數(shù)變量發(fā)送至單學科子系統(tǒng)模型；

工具適配器模塊，用于將來自內嵌接口模型的結果變量發(fā)送至協(xié)同仿真平臺，或通過共享內存將來自協(xié)同仿真平臺的參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型；

共享內存中包括第一信號量和第二信號量，

第一信號量由內嵌接口模型和工具適配器進行設置和查詢，用于指示內嵌接口模型通過共享內存將結果變量發(fā)送至工具適配器；

第二信號量由工具適配器和內嵌接口模型進行設置和查詢，用于指示工具適配器將參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型。

本實施例中的信號量是一種標記，在共享內存中設置兩個布爾型變量(一個負責指示發(fā)布數(shù)據(jù)，一個負責指示獲取數(shù)據(jù))，供內嵌接口模型和工具適配器進行查詢和修改。該標記也不局限于用共享內存中的變量來實現(xiàn)，有時候會在文件系統(tǒng)的特定目錄下，通過生成和刪除兩個臨時文件來進行標記(一個負責指示發(fā)布數(shù)據(jù)，一個負責指示獲取數(shù)據(jù))，供內嵌接口模型和工具適配器進行查詢。

如圖2所示，本實施例提供的基于接口模型的內嵌式工具軟件集成方法包括如下步驟：

Step1、利用工具軟件建立單學科子系統(tǒng)模型和內嵌接口模型，具體包括如下子步驟：

Step1.1、利用工具軟件建立單學科子系統(tǒng)模型；

Step1.2、通過工具軟件的用戶圖形界面，添加并設置自定義的單元模型，作為內嵌接口模型；

Step1.3、建立單學科子系統(tǒng)模型和內嵌接口模型的連接，利用內嵌接口模型提取對應的單學科子系統(tǒng)模型中待輸出的解算中間結果變量，或接收對應的單學科子系統(tǒng)模型待輸入的其它單學科子系統(tǒng)模型的參數(shù)變量并將其發(fā)送至對應的單學科子系統(tǒng)模型。

Step2、利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第一信號量，通過第一信號量控制內嵌接口模型通過共享內存將來自單學科子系統(tǒng)模型的結果變量發(fā)送至工具適配器，從而輸出單學科子系統(tǒng)模型解算的結果變量，具體過程為：

通過共享內存或文件系統(tǒng)，在單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器之間設置中間結果發(fā)布信號量(第一信號量)，建立結果變量(解算中間結果)交互載體。

利用工具適配器將第一信號量設置為可寫狀態(tài)；

利用內嵌接口模型的類C程序查詢第一信號量是否為可寫狀態(tài)，是則利用內嵌接口模型往共享內存中寫入結果變量(解算中間結果)，否則繼續(xù)查詢；

寫入完成后利用內嵌接口模型將第一信號量設置為可讀狀態(tài)；

利用工具適配器檢測第一信號量是否為可讀狀態(tài)，是則利用工具適配器直接獲取共享內存中的結果變量(解算中間結果)，否則使工具適配器處于阻塞等待狀態(tài)并利用共享內存保存結果變量直到工具適配器獲取共享內存中的結果變量。

Step3、利用單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器在共享內存中設置第二信號量，基于第二信號量控制工具適配器通過共享內存將來自協(xié)同仿真平臺的參數(shù)變量發(fā)送至內嵌接口模型，從而輸入其它單學科子系統(tǒng)模型的中間結果變量，具體過程為：

通過共享內存或文件系統(tǒng)，在單學科子系統(tǒng)模型和工具適配器之間設置中間狀態(tài)保持信號量(第二信號量)，建立外部中間結果數(shù)據(jù)交互載體。

利用內嵌接口模型的類C程序將第二信號量設置為可寫狀態(tài)；

利用工具適配器查詢第一信號量是否為可寫狀態(tài)，是則利用工具適配器往共享內存中寫入參數(shù)變量，否則繼續(xù)查詢；

寫入完成后利用工具適配器將第二信號量設置為可讀狀態(tài)；

利用內嵌接口模型檢測第二信號量是否為可讀狀態(tài)，是則利用內嵌接口模型獲取共享內存中的參數(shù)變量，否則使內嵌接口模型處于阻塞等待狀態(tài)并利用共享內存保存參數(shù)變量直到內嵌接口模型獲取共享內存中的參數(shù)變量。

下面通過代入具體的仿真系統(tǒng)和仿真單學科子系統(tǒng)模型對本實施例提供的基于接口模型的內嵌式工具軟件集成系統(tǒng)作進一步說明：

在如圖3所示的一個發(fā)射車仿真系統(tǒng)中，液壓系統(tǒng)是一個非常重要的子系統(tǒng)，在仿真系統(tǒng)中每0.01秒的仿真周期內各子系統(tǒng)模型會交互一次。

液壓系統(tǒng)一般基于EASY5工具軟件來進行建模和仿真，基于EASY5工具軟件建立的液壓系統(tǒng)模型(即基于工具軟件建立的單學科子系統(tǒng)模型)如圖4所示。

但是，液壓系統(tǒng)模型只能獨立運行。由于沒有和電控、多體動力學模型進行數(shù)據(jù)交互，無法得出發(fā)射車起豎過程的整體仿真結果。

協(xié)同仿真平臺，負責把液壓系統(tǒng)模型和電控模型、多體多力學模型集成(互聯(lián))起來。

但是，由于EASY5工具軟件沒有提供集成用的API，只能在原有模型的 基礎之上增加用于對外輸入、輸出的子模型，如圖5所示。

進而，還要在外面開發(fā)一個工具適配器，和內嵌的接口模型相呼應，系統(tǒng)結構圖如圖6所示。

因為內嵌接口模型和工具適配器不能直接相互調用，所以通過共享內存來讀取數(shù)據(jù)。同時，在共享內存中還設置了輸入、輸出兩個信號量來控制讀取的節(jié)奏。

如圖7所示，以液壓系統(tǒng)模型對外發(fā)布數(shù)據(jù)為例。首先，在每個仿真周期中工具適配器需要把指示發(fā)布數(shù)據(jù)的信號量(第一信號量)設置為可寫狀態(tài)，內嵌接口模型才會往共享內存中寫入液壓模型對外發(fā)布的數(shù)據(jù)(否則，內嵌接口模型會認為工具適配器還沒有取走上個仿真周期的數(shù)據(jù)，所以它會自我阻塞，不停檢查信號量是否由可讀變?yōu)榭蓪?；寫完以后，內嵌接口模型需要將信號量置于可讀狀態(tài)，工具適配器才會從共享內存中將數(shù)據(jù)取出并交給協(xié)同仿真平臺(否則，工具適配器會認為液壓模型還沒有準備好數(shù)據(jù)，所以它會自我阻塞，不停檢查信號量是否由可寫變?yōu)榭勺x)。

液壓模型從外部獲取數(shù)據(jù)的過程與其對外發(fā)布數(shù)據(jù)的過程類似。首先，在每個仿真周期中內嵌接口模型需要把指示獲取數(shù)據(jù)的信號量(第二信號量)設置為可寫狀態(tài)，工具適配器才會往共享內存中寫入從協(xié)同仿真平臺獲取的其它模型的數(shù)據(jù)(否則，工具適配器會認為內嵌接口模型還沒有取走上個仿真周期的數(shù)據(jù)，所以它會自我阻塞，不停檢查信號量是否由可讀變?yōu)榭蓪?；寫完以后，工具適配器需要將信號量置于可讀狀態(tài)，內嵌接口模型才會從共享內存中將數(shù)據(jù)取出并交給工具軟件的求解器(否則，內嵌接口模型會認為工具適配器還沒有準備好數(shù)據(jù)，所以它會自我阻塞，不停檢查信號量是否由可寫變?yōu)榭勺x)。

對比：如果是傳統(tǒng)的API調用方法，則每次讓EASY5工具軟件(的求解器Solver)解算0.01秒以后，在把結果取走的同時，還需要把狀態(tài)變量的值也導出來保存好，在下一個0.01秒的時候再輸入EASY5工具軟件(的求解器Solver)里面去。但是，在本實施例中，EASY5工具軟件(的求解器Solver)一直運行，所以液壓系統(tǒng)模型解算的中間狀態(tài)由EASY5工具軟件(的求解器Solver)自我保持。

本實施例主要利用了很多工具軟件能夠自定義模型的功能。本來這些功能是用來定義一些特殊性質的元器件模型用的，但是本實施例用來定義用于(在每個仿真周期)對外交互數(shù)據(jù)的專門模型，本實施例稱為內嵌接口模型。 對于EASY5工具軟件(的求解器Solver)，它感受不到內嵌接口模型的存在。它將內嵌接口模型也當作普通模型來計算。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。