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高技术服务业

需求背景

快速原型开发需求：在产品或系统的开发过程中，需要快速验证和测试控制算法、系统性能等方面的功能。传统的硬件原型开发需要耗费大量时间和资源，而硬件在环仿真系统可以提供一种快速、灵活的原型开发方式，加速产品开发周期。

复杂系统仿真需求：某些系统具有复杂的控制逻辑和交互关系，难以通过传统方法进行全面的仿真和测试。硬件在环仿真系统可以提供更真实的仿真环境，使得系统行为更加可靠和准确地模拟，有助于发现和解决系统设计中的问题。

成本和风险控制需求：传统的硬件原型开发需要大量的物理资源和设备投入，而且可能存在一定的风险，例如硬件故障或不稳定性。硬件在环仿真系统可以通过虚拟控制器和对象的组合，减少实际硬件的使用量，降低开发成本和风险。

系统集成和验证需求：在实际的系统集成和验证过程中，涉及到多个硬件和软件模块的协同工作。硬件在环仿真系统可以提供一个统一的平台，方便各个模块的集成和测试，确保系统在实际环境中的协调和稳定性。

仿真参数调优需求：在系统开发和优化过程中，需要对各种参数进行调优和优化。硬件在环仿真系统可以提供实时的仿真环境，方便开发人员对系统参数进行调整和优化，以获得最佳的性能和效果。

需解决的主要技术难题

处理器之间的高速数据传输：实现处理器之间1Gb/s以上的高速数据传输速率需要解决数据带宽、时序控制、传输协议等问题，确保数据传输的稳定性和可靠性。

数据交换方式的选择与实现：光纤或共享内存作为处理器之间的数据交换方式，需要解决光纤传输或共享内存访问的速度、延迟和可靠性等问题，确保数据能够在各个处理器之间高效地传递和交换。

虚拟控制器与实际对象的协同工作：在虚拟控制器+实际对象的形式下，需要解决虚拟控制器与实际对象之间的协同工作问题，确保虚拟控制器能够准确模拟实际对象的行为，并能够与实际对象进行实时的数据交互。

实际控制器与虚拟对象的协同工作：在实际控制器+虚拟对象的形式下，需要解决实际控制器与虚拟对象之间的协同工作问题，确保实际控制器能够正确地控制虚拟对象的行为，并能够实时获取和处理虚拟对象的数据。

实时软件模型的准确性和性能：实时软件模型需要准确地模拟和控制仿真系统的行为特性，同时具备足够的性能以满足实时性要求，需要解决实时性能与准确性之间的平衡问题。

硬件平台的性能与可靠性：硬件平台需要具备足够的性能来支持多处理器系统和高速数据传输，同时保证系统的稳定性和可靠性，需要解决硬件平台设计和优化的问题。

实验管理系统的功能和可靠性：实验管理系统需要提供实验参数设置、数据记录和分析、仿真过程监控等功能，同时需要保证系统的可靠性和稳定性，需要解决系统功能实现和用户体验的问题。

期望实现的主要技术目标

高速数据传输：通过处理器模板与外围I/O板之间的ISA总线，实现处理器之间的高速数据传输，达到1Gb/s以上的传输速率。这将确保处理器之间的实时数据交换，以支持快速控制原型仿真和硬件在回路仿真系统的需求。

灵活的系统定制：方案允许用户根据自身的测试需求对硬件在环仿真系统结构进行自定义。用户可以根据具体应用场景和要求，选择合适的虚拟控制器、实际对象或实际控制器、虚拟对象的组合方式，以构建适应性强、功能完备的仿真系统。

数据交换的可选方式：硬件在环仿真系统提供了多种数据交换方式，包括光纤和共享内存。用户可以根据具体需求选择适合的数据交换方式，以实现处理器之间的高效数据交换和通信，保证仿真系统的稳定性和可靠性。

实时软件模型：硬件在环仿真系统需要提供实时软件模型，用于模拟和控制仿真系统的行为。这些实时软件模型能够准确地模拟实际对象或虚拟对象的行为特性，以支持快速控制原型仿真或硬件在回路仿真系统的功能实现。

硬件平台支持：硬件在环仿真系统需要提供稳定可靠的硬件平台，包括处理器模板、外围I/O板和ISA总线等。这些硬件组件需要具备高性能、低延迟和可扩展性的特点，以满足仿真系统的需求，并确保系统的稳定运行。

实验管理系统：硬件在环仿真系统需要配备实验管理系统，用于对仿真实验进行管理和控制。实验管理系统可以提供实验参数设置、数据记录和分析、仿真过程监控等功能，帮助用户有效管理和控制仿真实验的进行。

需求解析

解析单位：“科创中国”工业物联网科技服务团（重庆邮电大学） 解析时间：2023-10-13

黄庆卿

重庆邮电大学

副高级

综合评价

技术成熟度：评估所选的处理器模板、外围I/O板、ISA总线等硬件组件的成熟度和可靠性，以及光纤或共享内存等数据交换方式的稳定性和可行性。 数据传输速率：系统能够实现处理器之间的数据传输速率达到1Gb/s以上，以满足高速数据交换的需求。 灵活性和可定制性：系统提供了用户自定义的能力，使用户可以根据测试需求构建合适的仿真系统。用户可以选择虚拟控制器+实际对象或实际控制器+虚拟对象的形式，以灵活配置系统结构。 实时软件模型准确性：评估实时软件模型的准确性和稳定性，确保其能够准确模拟和控制仿真系统的行为特性，以实现快速控制原型仿真或硬件在回路仿真系统的功能。 硬件平台性能和可靠性：评估硬件平台的性能和可靠性，包括处理器模板、外围I/O板和ISA总线等硬件组件的性能指标，以及系统的稳定性和可扩展性。 实验管理系统功能：评估实验管理系统的功能，包括实验参数设置、数据记录和分析、仿真过程监控等，以保证用户能够有效管理和控制仿真实验。 可扩展性和可维护性：评估系统的可扩展性和可维护性，使其能够适应未来的需求变化和技术发展，并能够方便地进行系统升级和维护。 性价比：综合考虑硬件和软件的开发成本、维护成本

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