徐艷艷，孫運乾，姜艷娟

(許繼電氣股份有限公司， 河南 許昌 461000)

0 引 言

可視化邏輯設計技術以圖形化和模塊化邏輯組態(tài)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工編寫源代碼的程序開發(fā)方式，為嵌入式裝置提供了快速開發(fā)手段，保證了裝置的可靠性和穩(wěn)定性，為智能電網(wǎng)領域強大的智能設備開發(fā)能力提供了支撐，在智能變電站中得到了廣泛的應用[1-4]。但是，在裝置開發(fā)過程中，當邏輯設計工具自動生成的目標代碼下載到嵌入式裝置后，如果出現(xiàn)邏輯運行異常，開發(fā)人員對裝置很難快速定位問題出現(xiàn)的具體原因。因此迫切需要一種對裝置內部邏輯進行在線監(jiān)視的工具，方便開發(fā)人員和調試人員快速定位問題原因。

為此，本文提出一種嵌入式裝置的邏輯仿真系統(tǒng)的開發(fā)思路，對用戶邏輯圖采用XML數(shù)據(jù)建模方式，利用數(shù)據(jù)透視技術，實現(xiàn)嵌入式裝置內部邏輯的實時圖形化展示。

1 可視化邏輯仿真的系統(tǒng)架構

采用模塊化的設計思想，將系統(tǒng)大致分為邏輯設計工具、邏輯仿真工具以及運行在嵌入式裝置中的遠程過程調用(remoteprocess communication,RPC)服務程序三個模塊。

邏輯仿真系統(tǒng)的總體結構組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構

邏輯設計工具輸出邏輯圖描述文件、內存映射文件和目標程序三個文件。

嵌入式裝置運行邏輯設計工具生成目標程序，同時，建立RPC服務進程，為邏輯仿真工具提供內存讀寫服務。

邏輯仿真工具打開邏輯圖描述文件和內存映射文件，通過解析兩個文件，可得到邏輯圖各節(jié)點的圖形信息和內存地址。和嵌入式裝置建立RPC服務連接后，最終可實現(xiàn)裝置內部邏輯的實時圖形化展示功能[5-6]。

2 功能模塊設計實現(xiàn)

2.1 邏輯設計工具的實現(xiàn)

邏輯設計工具的主要功能為用戶提供邏輯組態(tài)界面，支持用戶進行邏輯圖進行修改參數(shù)、添加節(jié)點和刪除節(jié)點等操作，最后，生成邏輯圖描述文件。邏輯圖描述文件采用可移植、易擴展的可擴展標識語言(extensible markup language，XML)建模方式[7]，存儲各個節(jié)點的圖形信息包括類型、ID號、頁面信息、位置信息、邏輯操作、參數(shù)信息、輸入連線和輸出連線等。以“TV斷線”節(jié)點為例，該節(jié)點的XML數(shù)據(jù)建模內容如圖2所示。

圖2 XML的數(shù)據(jù)建模

在建模信息中， TYPE 是邏輯節(jié)點的類型，p_id是節(jié)點所在的頁面號，r_id是節(jié)點的注冊ID號，r_name是節(jié)點的名稱，r_logic是節(jié)點的邏輯操作類型，r_left、r_top、r_top、r_bottom是節(jié)點的坐標位置，input.0、output.0是節(jié)點的輸入、輸出參數(shù)。該建模信息被邏輯仿真工具用于圖形化展示。

邏輯設計工具的另一重要功能，是在用戶完成邏輯圖形的組態(tài)設計后，編譯生成目標程序和內存映射文件。邏輯設計工具按照如下流程進行編譯。

(1) 對邏輯節(jié)點進行分類、排序和編號。

(2) 生成邏輯圖對應的C代碼。

(3) 調用編譯器編譯C代碼，生成目標程序和map文件。

(4) 解析map文件中的映射符號表，得到邏輯節(jié)點狀態(tài)存儲的首地址。

(5) 根據(jù)邏輯節(jié)點狀態(tài)存儲的首地址和節(jié)點編號，得到各個節(jié)點在裝置的內存地址。

(6) 將節(jié)點編號和內存地址的映射關系，生成到內存映射文件。

2.2 RPC服務功能的實現(xiàn)

邏輯仿真工具的數(shù)據(jù)透視功能通過RPC服務實現(xiàn)[8-9]。RPC 作為一個客戶/服務器模型，在本文所述的邏輯仿真系統(tǒng)中，其服務端程序在嵌入式裝置中運行，其客戶端在邏輯仿真工具中運行。

邏輯仿真工具發(fā)起內存讀取請求，將內存地址通過報文形式發(fā)送給嵌入式裝置；嵌入式裝置收到報文后，觸發(fā)RPC服務讀取裝置內存，將內存讀取結果以報文形式回復給邏輯仿真工具；最后，邏輯仿真工具將內存數(shù)據(jù)以圖形化方式顯示在用戶界面。

2.3 邏輯仿真工具的實現(xiàn)

邏輯仿真工具的工作流程如圖3所示。

(1) 加載并解析由邏輯設計工具生成的邏輯圖描述文件，繪制用戶界面。

(2) 加載內存映射文件，得到各個邏輯節(jié)點的相對地址。

(3) 通過RPC服務與裝置建立連接，得到裝置的重定位信息。

(4) 將邏輯節(jié)點的相對地址轉換為絕對地址，發(fā)出RPC請求。

(5) 得到RPC的回復報文，更新圖形界面上邏輯節(jié)點的狀態(tài)。

圖3 仿真工具工作流程

(6) 任務休眠500 ms后，流程回到第(4)步，重復讀取內存、刷新界面和任務休眠操作，直到用戶關閉軟件。

經(jīng)過上述流程，可視化邏輯仿真工具實現(xiàn)了邏輯圖內節(jié)點狀態(tài)的實時刷新功能。

在工程應用中，需要對邏輯仿真工具的RPC訪問效率進行優(yōu)化。一方面，只對當前用戶可見的節(jié)點狀態(tài)進行刷新；另一方面，對節(jié)點的內存地址進行升序排序，地址連續(xù)的節(jié)點地址整合為一個內存塊，以內存塊為單位發(fā)送RPC請求，避免頻繁地單字節(jié)讀取內存[10-11]。

邏輯仿真工具的顯示界面如圖4所示。圖中的實線表示邏輯結果為“真”，虛線表示結果為“假”。通過邏輯圖形化展示的方式，使用戶能夠快速定位問題的原因。

圖4 邏輯仿真工具界面

3 系統(tǒng)可靠性和時效性驗證

根據(jù)工具的設計與實現(xiàn)，采用某型號的嵌入式繼電保護裝置，測試工具的可靠性和時效性。

3.1 可靠性測試

首先，測試邏輯仿真工具顯示的邏輯節(jié)點的狀態(tài)和嵌入式裝置的該邏輯節(jié)點的運行狀態(tài)的一致性。

在繼電保護裝置的邏輯圖中選擇一個邏輯節(jié)點，了解該節(jié)點的變位邏輯，通過測試儀加量的方式，觸發(fā)選中節(jié)點的狀態(tài)在“真”和“假”之間反復變位[12]。查看工具顯示的邏輯節(jié)點的狀態(tài)是否能夠同步刷新，測試結果如表1所示。

表1 可靠性測試結果

3.2 時效性測試

主要驗證工具的邏輯圖顯示的節(jié)點狀態(tài)和裝置實際運行的節(jié)點狀態(tài)的同步時間。

邏輯仿真工具界面刷新的定時器周期設定為500 ms，分別打開3個不同的邏輯圖描述文件，所包含的邏輯節(jié)點的個數(shù)分別為500個、1 000個和2 000個。在嵌入式裝置上進行單個或多個節(jié)點的狀態(tài)變位，查看工具界面上邏輯節(jié)點的狀態(tài)同步時間。測試結果如表2所示。

表2 時效性測試結果

3.3 結果分析

隨著邏輯圖描述文件內節(jié)點個數(shù)的指數(shù)級增加，邏輯仿真工具的響應時間沒有明顯延時，這說明對邏輯仿真工具的顯示優(yōu)化處理是有效果的。

4 結束語

本文設計的嵌入式裝置邏輯仿真系統(tǒng)，通過在線的讀取和分析裝置內存中邏輯節(jié)點的當前狀態(tài)，實時圖形化展示裝置的邏輯運行結果，從而快速定位邏輯運行異常的問題原因。該系統(tǒng)采用模塊化的設計思想，可適應于不同操作系統(tǒng)的嵌入式裝置，為嵌入式裝置的開發(fā)和維護提供了有力的支撐，已經(jīng)在國內外的智能變電站中廣泛應用。