(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211070517.9 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 西安中锐创联科技有限公司 地址 710075 陕西省西安市高新区高新 二 路14号i创途众创公园A-1 16-147室 (72)发明人 付翔　郝康康　尚永权　王珺　 (74)专利代理 机构 西安科果 果知识产权代理事 务所(普通 合伙) 6123 3 专利代理师 李英俊 (51)Int.Cl. G06F 9/54(2006.01) G06F 9/52(2006.01) G06F 9/445(2018.01) G06F 8/30(2018.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于共享内存技术的多源异构模型白 盒集成方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于共享内存技术的多 源异构模型白盒集成方法， 通过FMI协议将共享 内存、 时钟同步算法和数据接口协议封装为共享 内存FMU， 将此通信FMU导入至各仿真工具， 让各 个仿真工具通过此FMU来实现交互数据， 从而实 现多源异构 模型的联合仿真。 相较于将模型导出 FMU进行集成， 本发明在实时仿真过程中可以随 时在各个软件中调节模型的参数， 观 察模型的输 出结果。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115421940 A 2022.12.02 CN 115421940 A 1.一种基于共享内存技 术的多源异构模型白盒集成方法， 其特 征在于， 包括以下操作： 1)通过FMI协议封装共享 内存FMU， 其包含FMI描述文件和可执行文件， 给出了参与仿真 的软件所要遵循的共享内存、 时钟同步和数据接口协议； 所述共享内存为进程间通信的方式， 通过把同一块物理内存的地址空间 映射到不同进 程的地址空间当中， 使不同的进程之间通信可以通过直接修改地址空间当中的内存来实 现； 所述时钟同步设定 了联合仿真的各仿真软件同步的通信步长； 所述的数据接口关系协议为各仿真工具之间建立统一的接口协议， 其包括为每个子系 统中的输入信号名称加 “_in”， 输出信号名称加 “_out”， 各个信号之间以英文逗号(,)隔开， 总的输入信号和输出信号之 间以英文分号(； )隔开， 每个信号的名称不 允许重复； 这些信息 以字符串的形式组成各个子系统的接口信息， 为FMU处 理接口关系提供支持； 共享内存FMU为用户保留接口协议及模型交 互的通信步长的设置端口； 2)然后将共享内存FMU导入至参与仿真的各仿真工具， 让各个仿真工具通过共享内存 FMU来实现交 互数据， 仿真软件导入FMU后， 定义 为模型变量的参数， 在FMU的参数设置界面可以显示并修改； 3)根据FMI仿真流程， 在设置FMU参数信息后， 仿真软件在FMU的初始化过程中， 调用FMI 接口函数将上述信息传给 FMU中的可 执行文件； 可执行文件解析设置的接口参数， 根据接口信 息中的输入、 输出参数， 创建或读取共享 内存； 在特定的通信步长时刻根据接口协 议， 将本模型的输出数据写入共享内存； 同时等待 其他模型将该模型所需的输入数据写入共享内存后读取； 之后进入下一个通信步长， 循环 至所有仿真结束。 2.如权利要求1所述的基于共享内存技术的多源异构模型白盒集成方法， 其特征在于， 所述的FMI描述文件， 其对FMU模型属性信息进行了详细描述， 包括了模型框架的结构和内 容； 仿真工具通过对其 解析读取模型配置信息； 所述可执行文件规定了联合仿真中所有需要的函数的接口， 用于仿真执行之前的基本 配置。 3.如权利要求1或2所述的基于共享内存技术的多源异构模型白盒集成方法， 其特征在 于， 通过编写 FMU的模型描述文件， 将 子系统的接口信息及 模型交互的通信步长留给用户设 置； 模型描述文件中的ModelVari ables可用于定义模型变量； 编写模型描述文件的XML， 将 接口信息、 通信步长以及输入、 输出个数等定义 为模型变量。 4.如权利要求1所述的基于共享内存技术的多源异构模型白盒集成方法， 其特征在于， 所述时钟同步是使用数据互斥 锁以及仿真时间同步 来实现数据同步： 首先联合仿真的各个模型总的仿真时长要求 一致； 其次， 某个模型的输入数据一定来自于其他模型的输出， 在T时刻， 模型A将输出数据， 以及自己的仿 真时刻T写入以数据名称命名的共享内存， 模 型B到达T时刻后， 首先查找是否 有该数据名称的共享内存， 若没有则接口信息设置有误； 然后读取当前共享内存的时刻， 如果 一致则直接读取数据， 如果当前共享内存的时刻为 T‑1， 则为上一个通信步长的 数据， 需要循环等待仿真软件A刷新时刻以及数据， 再进行读取。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115421940 A 2一种基于共享内存技术的多源异构模型白盒集成方 法 技术领域 [0001]本发明属于仿真技术领域， 涉及一种基于共享内存技术的多源异构模型白盒集成 方法。 背景技术 [0002]随着计算机仿真技术的广泛应用， 基于模型的系统工程越来越多的应用于产品的 研发流程中， 数字建模仿真能够对产品的设计方案进行全面的验证与优化， 显著的缩短研 发周期， 降低 成本。 由于各领域仿真技术的差异， 逐渐发展出各自专用的商用仿真软件， 得 到行业的认可并被广泛采用。 目前 由于各学科商用仿真软件专注的方向不同， 当需要给整 体系统进行仿真时， 某一个软件不能胜任， 因此需要不同学 科仿真工具进行 联合仿真。 [0003]2010年欧洲发展信息计划(ITEA2)提出FMI标准， FMI定义了一种 联合仿真的通用 接口规范， 基于该规范可以实现不同仿真工具建立的模型联合仿真。 该规范定义了两种联 合仿真的模式， 一种是Model  Exchange(ME)， 另一种是Co ‑Simulation(CS)， 二者的区别在 于第一种模式下的FMU不包含模型求解器， 而后者包含模 型求解器。 该标准将所有仿 真流程 标准化， 所有的建模及仿真软件可以依据该标准将其模型导出成FMU(Functional  Mock‑up  Unit)文件， 其他软件可以基于FMI标准去解析调用该文件， 从而实现多学科仿真软件的联 合仿真。 2014年该标准升级至FMI2.0， 具有仿真运行期间可变参数功能、 增强的初始化行为 以及实施环 境集成和处理模拟 器等， 改善了可用性和兼容性。 目前该标准已被110多个商用 仿真软件采用， 包括常用仿真软件AMESim、 Simulink等， 逐渐发展为被广泛接受的统一标 准。 [0004]多源异构模型的联合仿真本质是让不同的仿真工具可以进行交互数据。 在计算机 系统中， 此问题表 述为进程通信。 进程通信根据交换信息量的多少和效率的高低， 分为低级 通信(只能传递状态和整 数值)和高级通信(提高信号通信的效率， 传递大量数据， 减轻程序 编制的复杂度)。 其中高级进程通信分为三种方式： 共享内存模式、 消息传递模式、 共享文件 模式。 [0005]国外机构在处理多源异构模型集成仿真时普遍采用针对集成仿真所涉及的特定 版本的仿真软件(商业或开源)进行二次开发， 编制出与其定义的数据服务所匹配的控件， 进而完成多源异构模型的集成仿真。 [0006]国内的一些机构为了摆脱国外仿真软件 公司的限制， 主流的解决方法是将在商业 工具中搭建的仿真模 型导出为FMU文件(特指Co ‑Simulation格式， 因为只有这种格式的FMU 文件才自带求解器， Model ‑Exchange格式的FMU不适用于此种方法)， 然后将所有FMU文件加 载在仿真平台上进 行集成仿真， 如苏州同元软控公司的Mwor ks软件和北京世冠科技 公司的 GCair软件。 [0007]我国对于分布式集成仿真的研究始于20世及90年代， 经过多年努力我国军方已经 取得了长足的进步， 攻克了DIS及其相关的技术， 并建成了基于DIS和HLA混合体系结构的多 武器综合仿真示范系统， 但与美、 欧仍有着明显的差距。说　明　书 1/6 页 3 CN 115421940 A 3