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引言
快速原型和硬件在环仿真系统在过去15至20年中用于高级电子控制系统的设计。早期的此类系统是特定目的的电路板单元，用于模拟对未来软硬件www.cechina.cn，以及未开发或调试的产品级系统。工程师利用原型开发系统能够测试新式设计，证实算法，并在设计过程中的较早阶段检测软硬件集成。上述彼此不同的专用系统是在汽车和航空航天业中开发。
近期推出的改进了的软硬件系统商业化模型，可实现快速原型和硬件在环仿真功能。厂商提供标准的系统配置CONTROL ENGINEERING China版权所有，通常基于DSP芯片或高级的微处理器，如Digital Alpha或PowerPC。汽车和航空产业的公司采用上述设计系统，利用其功能及原型开发速度，能够加快设计进程，能够在模拟环境中实时检测原型电子部件，减少了昂贵的破坏性试飞试驾。这种商业上即售即用(COTS)的系统减少了对定制的专用硬件的需求，定制的专用硬件在设计、维护和扩展方面都相当困难。
图1. 由模块化框图构成典型控制系统。
图2. 自动代码生成用于快速原型、硬件在环模拟和嵌入。
汽车应用的商业系统
汽车产业尤其欢迎商用快速原型和HIL系统。标准
接口板提供了汽车设计中使用的特殊输入输出功能，实现了点火提前、曲轴角度位置等功能。随着上述系统的推出，同时也推出了系统建模工具，可在工作站或PC上图形化定义算法和接口www.cechina.cn，并仿真控制模型的行为。完成最初的建模和仿真后，建模工具通过自动生成原型代码接口到快速原型和HIL系统。由于系统建模工具可方便地用于快速原型系统，因此有关工具成为汽车控制设计过程的有机组成部分。快速原型系统覆盖了坚固的车内设备到大型台架固定系统等，支持诸多输入/输出通道。原型开发系统的标准处理器为DSP或Digital Alpha处理器。
图1显示了典型的控制系统，其模型由模块框图构成。控制器通过执行器连接被控设备或引擎，从设备的传感器读取数值或信号CONTROL ENGINEERING China版权所有，形成汽车和航空设计中常见的闭环控制系统。利用基于模型的设计，可以仿真并测试框图模型，验证控制设计和集成的被控设备模型。
图2显示了从模型控制器通过自动代码生成软件到运行快速原型系统的示意图，在商用快速原型设备上实时检测控制算法。同样，模型被控设备部分自动生成的代码也可用于模拟设备的响应和操作，在商用HIL设备上实时检测原型控制器。
HIL系统对航空业的价值
随着汽车业对快速原型系统的接受，航空业也意识到HIL系统的重大意义。航空领域的公司能够模拟飞机、导弹和卫星的飞行和环境特性。他们已经开发了高度发展的的系统FORTRAN模型，在实时硬件上运行，这在概念上与汽车公司的快速原型的硬件相似。随着更加先进的基于模型的设计理念的推出，用于模型仿真和代码生成的技术，可替代老式的COST硬件检测系统上的FORTRAN模型。
先进但昂贵
早期快速原型和HIL系统由汽车或航空公司自己开发，或由专门系统供应商开发。上述系统常常各不相同，是内部系统，需要内部支持和维护员工。专门供应商提供多种标准配置控制工程网版权所有，根据需要执行年度维护合同和定制支持。在上述情况下，两种系统都相当昂贵，限制了公司的使用，对公司投资于设备的资本提出很高要求。
基于PC的快速原型系统
五年前，第一款基于x86 PC的快速原型和HIL系统推出。尽管有关系统成本降低很多，但人们认为其先进性和功能都不如基于DSP的系统。上述系统支持标准的PC处理器以及广为采用的PC数据采集板。由于上述产品可使用任何类型或尺寸的x86处理器，因此所得的系统也能实现多种性价比，这取决于客户应用所采用的PC类型。这种独特的可扩展性为提高PC处理器性能并降低存储器价格提供了巨大优势，因为所有元件都是即购即得的。不过，业界最初的反应是持怀疑态度，担心486或Pentium计算机处理复杂模型的实时速度。人们一般认为PC不能完成快速原型或HIL这种依赖处理器的高级任务。当时人们还未将PC视为工业应用的可行选择。
基于PC的快速原型和HIL地位确立
Eaton和Caterpillar等创新公司被PC系统的价格和可扩展性所吸引。他们开始测试，并发现PC系统可处理大部分快速原型和HIL工作。他们开始采用基于PC的快速原型和HIL系统来补充现有的设备，而其每个系统的成本则低得多。他们的早期实验推动两家公司的嵌入式控制开发工作更广泛地利用上述工具。上述先导性工作有助于证明PC系统在工业应用上的功能。
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