复杂电子系统建模可视化仿真软件的设计与实现

摘要

电子系统是指由电子元器件或者部件组成的能够产生、传输、采集或处理电信号及信息的客观实体。复杂电子系统涵盖的范围包括了雷达、侦察、干扰等，实际应用广泛。随着电子系统功能的强大和丰富，其内部构造已十分复杂，需要对功能模块进行合理划分，才能使建模仿真过程更加快捷、高效。由此可见，电子系统建模仿真的难度随着功能的增加而不断升高。以往的仿真软件又存在一定的缺陷：SystemVue和Simulink虽然可以进行可视化建模仿真，却无法生成可执行代码；MATLAB自身版本太大，与其他同类软件相比没有编译和预处理功能，无法实现端口操作和实时处理。
　　首先，本文针对复杂电子系统仿真的需求，重点研究了仿真软件的设计方法。在数据存储方面，设计了一种XML文件格式规范，内存中采用左孩子右兄弟的树型结构对有向图进行存储；实现了可视化的编辑工作；针对模型数量多的特点，设计了模型嵌套和模型库的管理功能，使操作更加方便，简化了设计流程；设计了自动编译仿真功能，编译信息实时反馈给用户，运行结果以数据和波形的形式输出。整个软件可在后台生成标准的C++可执行代码，能直接运行在同类型的仿真软件中。集成了逻辑控制、波形显示器等辅助功能，使电子系统建模仿真软件的功能更加完备，建模过程更为简洁。以雷达电子系统为例，详细介绍了本软件的相关功能，并进行了软件测试。
　　其次，研究了提升仿真运行效率的方法。将模型之间的关系抽象成一张AOV网，通过对模型进行拓扑排序确定了各个模型之间的依赖关系和执行顺序，为后面模型之间的并行运行和流程控制提供了重要依据。对于单个模型采用OpenMP实现线程级加速，对于复杂模型之间的仿真采用MPI联机加速策略。
　　本软件现已投入使用，并达到了预期效果，可视化的电子系统建模设计方法使得抽象的建模过程通过图形连接的方式变得简单直观，生成的可执行代码格式统一，具有较强的可移植性。该软件运行流畅，界面友好，针对性强，在一定程度上克服了已有仿真软件的缺陷，使开发人员更多地将注意力集中在电子模型系统的功能设计上，而不是重复、复杂的流程上。

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第一章 绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2研究现状

1.3本文的主要工作

第二章 相关技术及需求分析

2.1关键技术

2.2复杂电子系统相关概述

2.3系统仿真

2.4软件设计原理

2.5软件系统综合管理

2.6本章总结

第三章 系统框架设计及关键技术

3.1系统框架设计

3.2系统功能模块划分

3.3关键技术设计与实现

3.4本章总结

第四章 模型排序算法及仿真优化

4.1模型排序算法

4.2系统仿真优化

4.3本章总结

第五章 建模可视化软件的实现

5.1软件界面展示

5.2 UI设计

5.3电子系统测试

5.4本章总结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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