بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله با نگاهی سیستمی به روند طراحی آزمایشگاه سخت افزار در حلقه، مراحل موردنیاز براي طراحی آزمایشگاه و نحوة آغاز و تکمیل معماري آزمایشگاه بهگونه اي تبیین شده است که براي هر سیستم جدید، طراح آزمایشگاه بداند که کار را از کجا شروع کرده و در هر مرحله به چه نکاتی توجه کند. در هر مرحله از طراحی سیستمی با ارائه نمونه هایی از سیستم هاي موشکی، مسائل و نکات مورد توجه در شبیه سازي سخت افزار در حلقه این سیستم ها مورد بررسی قرار گرفته است.
همچنین با استفاده از دیاگرام ب، تست هاي قابل انجام در آزمایشگاه سختافزار در حلقه و جایگاه آنها در مرحله طراحی و پیادهسازي سیستم مورد بررسی قرار میگیرد.
مقدمه
ایدة اصلی شبیهسازي سختافزار در حلقه، به قرار دادن یک یا چند قسمت از زیر سیستمهاي یک سیستم بهصورت سختافزار واقعی در حلقه شبیهسازي مربوط میشود. مزیت عمدة این روش این است که بدون نیاز به ساخت تمام اجزاي سیستم، میتوان سیستم کنترل را در شرایطی تا حد امکان واقعی مورد آزمایش قرار داد و چون به جاي برخی از زیرسیستمها، سختافزار واقعی قرار گرفته است، نتایج شبیهسازي به عملکرد واقعی سیستم نزدیکتر خواهد بود.
نکتهاي که باید به آن توجه کرد این است که در شبیهسازي سختافزار در حلقه، بررسی عملکرد سختافزار یکی از زیرسیستمها در یک حلقه خاص و در تبادل با سایر زیرسیستمهاي آن حلقه بهمنظور بررسی اثرات آن بر عملکرد کل حلقه مدنظر است. در واقع تفاوت اصلی شبیهسازي سختافزار در حلقه با تستر در این است که در تستر عملکرد سختافزار یک زیرسیستم به تنهایی مورد بررسی قرار گرفته و بعد از تأیید عملکرد آن، تأثیر نامعینیهاي موجود در آن زیرسیستم بر عملکرد کل حلقه، در شبیهسازي سختافزار در حلقه مورد بررسی قرار میگیرد.
ممکن است یک سیستم واقعی از چندین حلقه تو در تو یا مجزا تشکیل شده باشد. با توجه به این در شبیهسازي سختافزار در حلقه، تعیین حلقهاي از سیستم که قرار است تأثیر عملکرد سختافزار موردنظر بر آن بررسی شود، ضرورت دارد. این موضوع در تعیین تعداد تستهاي موردنیاز و نحوة انجام آنها و نوع شبیهسازهاي شرایط عملکردي موردنیاز اهمیت دارد.
تجهیز و راهاندازي آزمایشگاه سختافزار در حلقه بدون انجام طراحی سیستمی آزمایشگاه براي سیستم موردنظر کاري زمانبر و پرهزینه خواهد بود. علاوهبر آن نبود طرحی مناسب براي روند انجام تستهاي موردنیاز سیستم و اهداف هر تست، باعث عدم استفادة صحیح و مناسب از آزمایشگاه سختافزار در حلقه شده و کارایی آن را تا حد زیادي کاهش میدهد. در بیشتر مقالات و پایاننامههاي موجود در زمینه آزمایشگاه سختافزار در حلقه، طراحی آزمایشگاه براي یک یا چند زیرسیستم، مورد بررسی قرار گرفته است و نگاه کلی به مراحل طراحی آزمایشگاه در آنها وجود ندارد. این موضوع باعث شده است که روند
طراحی آزمایشگاه سختافزار در حلقه گنگ بوده و طراح آزمایشگاه نداند که طراحی را از کجا شروع کرده و در مسیر طراحی به چه نکاتی توجه کند.
در مرجع [1] مراحل طراحی آزمایشگاه شبیهسازي سختافزار در حلقه هلیکوپتر بهصورت خلاصه مطرح شده و بیشتر تأکید آن به مدلسازي زیرسیستمها و تجهیزات موردنیاز آزمایشگاه و روشهاي تست است.
در مرجع [2] روند طراحی آزمایشگاه براي سیستم کنترل موتور دیزل بررسی شده است. بررسیهاي انجامشده در مقالات در دسترس نشان میداد که تاکنون در زمینه تعیین روند طراحی سیستمی آزمایشگاه شبیهسازي سختافزار در حلقه براي سیستمهاي موشکی فعالیت چندانی صورت نگرفته است. شاید این موضوع بهعلت قدمت آزمایشگاههاي سختافزار در حلقه سیستمهاي موشکی باشد.
در این مقاله با بررسی مقالات موجود به ارائه روند طراحی آزمایشگاه سختافزار در حلقه پرداخته خواهد شد و در هر مرحله نمونههایی از سیستمهاي موشکی مورد بررسی قرار گرفته است.
بهطورکلی در طراحی سیستمی آزمایشگاه فعالیتهاي زیر انجام میشود:
1. بررسی و تعیین تستهاي قابل انجام براي موشک موردنظر و هدف از انجام هر تست
2. بررسی تجهیزات موردنیاز براي انجام هر تست
3. تعیین مشخصات شبیهسازهاي شرایط عملکردي موردنیاز
4. رسم معماري آزمایشگاه
5. انجام شبیهسازي مدل در حلقه زمان حقیقی
6. طراحی سیستمهاي دادهبرداري و ارتباطات بین شبیهسازي زمان حقیقی و سختافزار.
براي این منظور مراحل طراحی سیستمی آزمایشگاه شبیهسازي سختافزار در حلقه به سه مرحله کلی تقسیم میشود:
1. طراحی مفهومی
2. طراحی اولیه
3. طراحی جزئی.
در ادامه نکات موجود در هر مرحله مورد بررسی قرار میگیرد.
طراحی مفهومی آزمایشگاه شبیهسازي سختافزار در حلقه
بهمنظور آغاز طراحی آزمایشگاه سختافزار در حلقه لازم است ابتدا طراح آزمایشگاه اطلاعات کافی را در مورد سیستم موردنظر کسب کند. این اطلاعات شامل اطلاعاتی در مورد عملکرد اجزاي مختلف سیستم و وظایف هرکدام و نحوة ارتباط آنها با هم است.
هدف اصلی در مرحله طراحی مفهومی آزمایشگاه، بهدست آوردن دید کلی در مورد اجزا و نحوة عملکرد سیستم و بررسی ارتباطات بین زیرسیستمهاست. همچنین در این مرحله تستهاي کلی موردنیاز سیستم مورد بررسی قرار میگیرد. براي این منظور طراح آزمایشگاه با برگزاري جلسات متعدد با تیمهاي طراح زیرسیستمهاي مختلف و مطالعه گزارشات آنها، دید کلی موردنیاز را نسبت به سیستم موردنظر پیدا میکند.
در مرحله طراحی مفهومی، به سه سؤال اصلی در مورد یک سیستم پاسخ داده میشود:
1. حلقههایی از سیستم که قرار است شبیهسازي سختافزار در حلقه براي آنها انجام شود به همراه زیرسیستمهاي هر حلقه
2. تعیین زیرسیستمهایی که قرار است بهصورت سختافزاري در هر حلقه قرار داده شوند
3. تعیین هدفی که از هر شبیهسازي دنبال میشود.
گام اول در طراحی مفهومی آزمایشگاه، تعیین حلقههاي موجود در سیستم و تعیین زیرسیستمهاي هر حلقه است. ممکن است یک سیستم براي انجام صحیح مأموریت خود، از چندین حلقه استفاده کند که هرکدام از این حلقهها داراي زیرسیستمهاي متعدد هستند. بهعنوان مثال حلقههاي یک سیستم موشکی نمونه داراي جستجوگر مادون قرمز را میتوان بهصورت شکل 1 درنظر گرفت.
شکل .1 حلقههاي یک سیستم موشکی نمونه
پس از تعیین حلقههاي موجود در سیستم، لازم است تعیین شود که شبیهسازي سختافزار در حلقه براي کدام حلقهها انجام میشود. بهعنوان مثال ممکن است که حلقه سرومکانیزم عملگر در شبیهسازي سختافزار در حلقه مدنظر نبوده و کل اجزاي آنها بهعنوان یک زیرسیستم درنظر گرفته شود. اینکه کدامیک از زیرسیستمها و کدام حلقه در شبیهسازي سختافزار در حلقه مورد بررسی قرار بگیرند، به نظر طراحان سیستم و امکانات در دسترس بستگی داشته و در جلسات مشترك بین آنها تعیین میشود.
پس از تعیین حلقههایی که در شبیهسازي سختافزار در حلقه به آنها توجه میشود، بررسی از داخلیترین حلقه آغاز شده و تا بیرونیترین حلقه ادامه خواهد یافت. شبیهسازي سختافزار در حلقه براي یک سیستم بسته به اینکه کدام قسمت از آن بهصورت نرمافزاري و کدام قسمت بهصورت سختافزاري در حلقه شبیهسازي قرار گیرد، متفاوت است. در مرحله دوم، تمامی حالاتی که زیرسیستمهاي یک حلقه بهصورت سختافزاري یا نرمافزاري در حلقه شبیهسازي قرار میگیرند، در جدولی به نام جدول حالات رسم میشوند. جدول 1 قسمتی از جدول حالات حلقه خودخلبان را نشان میدهد. البته ممکن است حلقه خودخلبان، خود از چندین حلقه مجزا تشکیل شده باشد که لازم است بهصورت جداگانه مورد بررسی قرار گیرد.
جدول .1 حالات مختلف ارتباط بین زیرسیستمها براي حلقه خودخلبان
