【车辆仿真】dSpace HIL使用手册

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前言

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1、dSpace的软硬件组成

1.1 硬件组成

1.1.1 实时机

本质上为工业服务器/消费级PC+实时操作系统RTLinux/QNX
【硬件】独立可拓展服务器：工业RTPC(大模型，可拓展，用于HIL。使用Intel XEON处理器,例如E3-1275v6，SCALEXIO RTOS based on RTLinux)
【硬件】小型嵌入式处理器：DS6001板卡（小模型，高带宽，用于RCP。使用Intel Core处理器，例如I7 6820EQ，使用QNX RTOS）
【硬件】级联板卡：IOCNET通讯板卡(DS2502 IOCNET Link Board)，用于RTPC
【硬件】组网板卡：千兆以太（如DS6335）/车载以太板卡（如DS6333）
【系统】RTOS：SCALEXIO RTOS（基于RTLinux）、QNS RTOS
【级联】RTPC可以运行SCALEXIO Hypervisor Extension（基于KVM实现），可以同时运行SCALEXIO实时系统（基于RTLinux）和标准Linux/QNX RTOS（如运行在板卡上如DS6001 With I7 6820EQ），物理上通过dSpace IOCNECT光纤协议，实现跨系统的低延时、高带宽通讯。
RTLinux介绍：链接1、链接2、PREEMPT_RT补丁官方介绍

1.1.2 板卡

本质上为PC拓展IO，将入口高带宽接口分发到各个出口低带宽接口，或携带部分处理运算功能。目前所有的跨板通讯均为差分串行接口，其中以光纤和多通道PCIe速度最快。光纤传输距离长、物理限制小，PCIe基本用在板卡插槽处。
IOCNET->PCIe->其他接口，如ETH/串口/定制单端口/定制差分口等

模拟数字通用IO板卡

• DS6101：数字IO+模拟IO
• DS6121：数字IO+模拟IO
• DS6201：数字IO
• DS6202：数字IO
• DS6221：模拟In，AD转换
• DS6241：模拟Out，DA转换
• DS2680：数字IO+模拟IO+阻抗Out，FIU
• DS2690：数字IO，FIU

FPGA定制板卡（嵌入某些定制模型）

• DS2655：5AD，5DA，10数字IO
• DS6601：32数字IO，RS232/RS485
• DS6602：6AD，6DA，16数字IO

信号板卡

• DS2601：数字IO+模拟IO，信号采集卡，FIU
• DS2621：数字IO+模拟IO，信号发生卡，FIU

故障注入板卡

• DS2642：电源切换，中央FIU（配合其他板卡IO，实现IO故障注入）

通信板卡

• SCALEXIO Processer：RS232，ETH
• DS6001 Processer：RS232，ETH
• DS6301：CAN/LIN
• DS6311：FlexRay
• DS6321：UART
• DS6331-PE：ETH
• DS6334-PE：AETH
• DS6335-CS：ETH
• DS6336-CS：ETH
• DS6336-PE：AETH
• DS6341：CAN
• DS6342：CAN
• DS2671：CAN，LIN，FlexRay，RS232，RS422，RS485，FIU
• DS2672：CAN，LIN，FlexRay，FIU

每个板卡在通道数量、通道的In/Out配置、是否支持FIU、各协议的支持情况和兼容情况均有差别。

1.1.3 外设

除Processor（RTPC/DS6001）和各种IO板卡外，其他均为功能性外设，例如：

• SensorSim PC：高性能消费级渲染PC（RTX4000-RTX6000，I9），用于多路传感器RAW数据渲染
• 视频暗箱：用于摄像头暗箱仿真
• ESI：基于FPGA，用于摄像头注入仿真
• RadarOTA台架：用于毫米波回波模拟HIL仿真
• UltrasonicOTA台架：用于超声波回波模拟HIL仿真
• 制动台架：用于制动系统HIL仿真，湿式柜+直线电机
• 转向台架：用于转向系统HIL仿真，横向负载+方向盘扭力
• 驱动台架：低功率级/功率级/测功级
• 座舱台架：用于智能座舱系统HIL仿真
• V2X台架：用于V2X网联系统HIL仿真
• 转股：用于VIL测试
• 测功机：用于VIL测试或者电机测试
• 所有被测件：利用Processer和板卡的IO资源实现在环
• 各种台架上的传感器、执行器以及其他被控和监控设备

1.1.4 组网

所有基于网络的设备（对延迟不敏感，对空间敏感）需要利用交换机组在同一个网内，需相互可寻址，主要需要组网的设备包括但不限于：

• 各种PC机
• 低实时需求的大型设备
• 数据和版本管理服务器

1.1.5 总成

dSpace硬件集成解决方案的交付方式总共分为3种：

• AutoBox：搭载Processor DS6001，用于车载VIL测试或RCP（车载供电，抗震性好）
• LabBox：搭载Processor DS6001，用于零件IO测试或RCP（交流供电，卡槽多）
• RackSystem：搭载Processor RTPC，用于大模型（如整车模型）或RCP（交流供电，可定制机柜，可级联）

【AutoBox】

【LabBox】

【Rack System】（9HU-9 Height Units）

1.1.6 典型应用

【HIL测试】
被测件在环，仿真总线环境及整车模型
下图为9HU标准机柜HIL测试解决方案

【RCP验证】
环境在环（如有真实的整车环境或总线环境），仿真被测ECU硬件，利用dSpace的架构在Matlab-Simulink种实现快速原型开发并上车，或者接入上方的HIL系统。
下图为LabBox，上车可使用AutoBox

1.2 软件组成

1.2.1 ControlDesk-控制及监控软件

安装于上位机中。主要功能包括：

• 设计模拟控制面板
• 监控模型和设备状态
• 与实时机中的模型进行实时信号交互
• 查看模型及被测件网络信号状态并录制

1.2.2 MotionDesk-场景渲染软件

安装于上位机、SensorSim PC中。主要功能包括：

• 场景渲染（Host、Slave）
• 静态场景模型添加
• 传感器模型原始数据仿真
• 环境仿真
• 视角切换
• 场景可视化

1.2.3 ModelDesk-模型编辑软件

安装于上位机。主要功能包括：

• 路面模型编辑
• 路网模型编辑
• 交通模型编辑
• 车辆模型编辑
• 交互信号设置

1.2.4 ConfigurationDesk-接口配置软件

安装于上位机。主要功能包括：

• 配置硬件关系
• 配置模型关系
• 模型编译（基于Matlab二次编译）

1.2.5 AutomationDesk-自动化测试软件

安装于上位机。主要功能包括：

• 自动化测试程序设计
• 自动化测试流程设计
• 自动化数据分析脚本

1.2.6 SYNECT-数据管理软件

安装于上位机、服务器。主要功能包括：

• 账号管理
• 自动化测试管理
• 数据库管理（Microsoft MySQL）
• 测试报告功能

1.2.7 Matlab-Simulink模型

安装于上位机。主要功能包括：

• 多核模型设计
• 模型搭建
• 模型编译

除了传感器原始数据模型，所有模型均由Matlab-Simulink实现。

1.2.8 文件体系

【.sdf】： system description file，系统描述文件。由ConfigurationDesk编译过程生成，定义了实时应用、参数和测量变量。

• 【.rta】：real-time application file，实时应用文件。由ConfigurationDesk编译过程生成，包含可在processor上运行的可执行目标文件，用于下载到实时系统。
• 【.osa】：offline simulation application，离线仿真应用。与rta文件互相替代，用于下载到VEOS（离线仿真平台）平台中。
• 【.map】：map file，物理映射文件。 由ConfigurationDesk编译过程生成，需与trc在同一目录下，反应symbolic和 physical address的映射关系。
  -【 .trc】：variable description file，变量描述文件。ASCII文件，由ConfigurationDesk编译过程生成，也可以手动更改，面向dSpace实时硬件，提供实时应用的变量信息、Simulink模型变量从试验软件到模型的追溯信息，用于在软件中访问相应的变量。
  -【 .cancfg】：总线配置文件。

SDF文件内容

• 系统信息
  
  每个核的trace信息
  
  RTA文件内容：二进制文件
  MAP文件内容：编译信息
  
  TRC文件内容：变量结构体
  
  CANCFG文件：CAN信息结构体
  

1.2.9 文件工程

• Animation：对应MotionDesk，场景+传感器模型相关文件
• Automation：对应AutomationDesk，含自动化测试工程文件
• Configuration：对应ConfigurationDesk，含模型配置工程文件
• Documentation：资料文档管理
• Instrumentation：对应ControlDesk，含控制面板工程文件
• Parameterization：对应ModelDesk，含车、路、交通模型及参数
• Simulation：Matlab-Simulink模型

Animation

• 【Folder】MotionDesk_Traffic：MotionDesk交通渲染相关所有文件
• 【File】.UCD：定义了SensorSim PC的IP等接口和SensorSim工程实例目录

Automation

• 【Folder】ProjectTest@adpx：AutomationDesk工程依赖文件及结果
• 【File】.adpx：工程文件（XML描述）

Configuration

• 【Folder】工程文件夹：ConfigurationDesk工程相关所有文件
• 【Folder】backup

Documentation

• 【Folder】工程文件夹：交付和依赖文档管理

Instrumentation

• 【Folder】工程文件夹：ControlDesk工程相关所有文件

Parameterization

• 【Folder】Env_RoadConverter：经纬度转换Demo
• 【Folder】模型文件夹：ModelDesk工程相关所有文件
• 【Folder】RawData：模型参数汇总表

Simulation

• 【Folder】依赖m文件夹：模型及台架
• 【Folder】ASM模型
• 【Folder】总线模型：dbc文件，Simulink配置后生成的依赖文件
• 【Folder】功能模型：s-function，slave app等非Simulink模型
• 【Folder】初始化文件
• 【Folder】工程依赖库
• 【Folder】Simulink模型
• 【Folder】Simulink Project文件
• 【File】.m启动文件

2、使用步骤

2.1 架构设计

2.1.1 硬件架构设计

核心问题：硬件选型及拓扑设计、OSI七层架构模型的实现

2.1.2 交互架构设计

核心问题：针对需求的核心交互诉求梳理

2.1.3 模型架构设计

核心问题：针对测试需求、交互需求、硬件基础的软件架构

2.1.4 自动化测试方案

核心问题：高效、鲁棒的自动化设计，远程调度解决方案

2.1.5 数据管理方案

核心问题：账户管理、数据存储、数据清洗、数据分析解决方案

2.2 架构实现

2.2.1 硬件设计：ConfigurationDesk工程配置

2.2.1.1 总体简介

官方help文档给出的Configuration在整体架构中的作用：连接ECU和模型

官方help给出的搭建单模型ConfigurationDesk应用的流程图如下：

2.2.1.1.1 工程和应用管理

工程Projects：应用+技术管理文档。与应用是一对多关系。
应用Application：包含以下内容：

• Device Topology 设备拓扑
  包含外部设备通讯接口，如DUT（Device Under Test）、外部负载。包含设备pin信息及其特性。可以从DTFX或XLSX文件导入，或直接在ConfigurationDesk中搭建。其中DTFX文件是设备拓扑描述文件格式。
  

• Hardware Topology 硬件拓扑
• Model Topology 模型拓扑
• Communication Topology 通讯拓扑
• External Cable Harness 外部线束拓扑
• Build results 编译结果
• Generated Containers

设备拓扑、硬件拓扑、模型拓扑、通讯矩阵、外部线束、编译结果（成功编译后生成）、生成容器（在总线仿真容器生成后生成）
下图为两者之间关系的描述：

下图为各个要素在ConfigurationDesk中的视图

2.2.1.1 实时应用搭建

2.2.2 交互设计：ControlDesk工程配置

2.2.3 演示工程：MotionDesk工程配置

2.2.4 模型开发：Matlab-Simulink模型设计

2.2.5 仿真模型：ModelDesk工程配置

2.2.6 自动化：AutomationDesk工程配置

2.2.7 数据管理：SYNECT工程配置

总结