TriVector验证战神I火箭的时间延迟
挑战
解决方案
结果
- 需求提前一年验证
- 发现时序规范问题
- 延迟分析结果可视化传达
“我们为Ares I设计的SimEvents模型可以在多个总线上跟踪大约每秒20,000个数据包的交付时间,使我们能够在硬件设计之前验证需求并确定时间需求的问题。”
克里·亚历山大,TriVector服务公司
战神一号火箭是美国宇航局星座计划(Constellation Program)向国际空间站、月球、火星和太阳系发射任务的核心。战神1号有两个阶段:在第一阶段,在与战神1号分离之前,一个可重复使用的固体火箭助推器在发射期间将猎户座载人飞船提升到近地轨道。在上阶段,一个J-2X发动机将猎户座推进轨道。猎户座和地面系统这两个阶段的航空电子系统之间的通信对每次发射的成功至关重要。
为了支持NASA,三矢量服务团队分析了十多个战神I通信总线的时间。通过使用Simulink对Ares I包级通信进行离散事件仿真®, Stateflow®和SimEvents®在美国,工程师在开发任何硬件或软件之前评估网络延迟并验证总线的需求。
TriVector公司高级工程师克里·亚历山大解释说:“战神I型公共汽车携带着从航空电子传感器到飞行计算机、猎户座和地面系统的健康和状态信息。”“通过SimEvents,我们进行了模拟,跟踪每个数据包从源头到目的地,并验证它是否在NASA要求的时间范围内交付。”
挑战
为了分析时间和验证需求,TriVector工程师需要对战神I通信系统架构建模,并模拟组件之间的事务处理。该模型必须包括每个RT、总线及其相互连接。该团队必须在微秒级上运行模拟,然后对结果进行后处理,以测量延迟。最后,他们需要图形化地表示分析结果,以证明可以满足时序要求。
由于硬件还没有开发出来,工程师们不得不完全根据需求对系统进行建模。
解决方案
TriVector工程师使用Simulink和SimEvents模拟整个战神I的包级通信,并分析健康状况和状态信息的端到端延迟。
他们基于NASA提供的数据I/O配置文件建立了上层总线和RTs的模型,其中包括一个数据计划,定义飞行计算机何时在亚秒级时间片内向RTs请求数据。
他们使用他们最初的SimEvents模型(包括一个RT、一个飞行计算机、一个总线和系统时钟)来模拟在指定时间片上的数据传递。然后,他们添加RTs和其他组件,直到他们建立了上层低速率数据总线的模型。
使用SimEvents,工程师通过比较数据包从RT发出的时间与数据包到达目的地的时间来计算每个数据包的延迟。
使用Stateflow,工程师们模拟了上层飞行终止系统的信号逻辑,该系统用于在紧急情况下摧毁火箭。
TriVector与MathWorks咨询服务合作,实现大规模建模的最佳实践。他们基于SimEvents块构建了一个参数化的、可重用的组件库,使模型更容易修改,并缩短了模拟时间。
该团队通过使用Simulink Coder进一步加速了模拟™创建一个独立的可执行文件。
该团队使用MATLAB®对模拟结果进行后处理并创建数据包延迟图。
TriVector服务团队已经完成了战神1号的初始时间分析,包括第一级和上一级总线。团队现在使用需求工具箱™来跟踪在Microsoft中捕获的需求®词®对模型。
结果
需求提前一年验证.“通过用SimEvents建模离散事件,我们能够在硬件可用之前很好地模拟包级事务,”Alexander说。“如果NASA必须先建造硬件,对时间要求的验证可能会推迟一年。”
发现时序规范问题.Alexander说:“我们的SimEvents模型提供了整个系统的图像,以及使用电子表格无法获得的详细计时结果。”“这种方法使我们能够向NASA报告缺失的需求,以便进行改进。”
延迟分析结果可视化传达.“我们创建了MATLAB图,使我们的结果更容易可视化和交流,”亚历山大指出。“例如,我们在5秒模拟中将特定总线上每个数据包的时间延迟要求用红线表示;在同一个图表中,我们绘制了这些数据包的实际延迟。当所有数据包都低于红线时,我们就知道系统满足了特定的要求。”
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