不依赖实物台架，航电控制软件如何提前开展验证？

传统验证方式依赖实物试验台架：操作人员先在控制台操作按键发送信号，信号经机载控制器，驱动加油、放油阀等执行机构，最后把结果反馈至控制台，用于判断软件行为是否正确，并进行界面回显或信号灯亮灭。

该方式能够还原真实业务场景，但在软件开发和验证阶段存在三方面制约：

1. 试验台架数量有限，同一时段仅支持一组人员调试；

2. 故障注入需改动接线或迫使设备进入异常工况，现场恢复后难以在同一节拍复现；

3. 控制软件每更新一个版本，功能回归都需重新预约台架，版本节奏加快后，排期本身成为验证周期的瓶颈。

如何在保留真实控制软件及其运行逻辑的前提下，减少对实物硬件的依赖？基于全数字仿真技术构建软件验证环境，成为一种可行的解决路径。

针对航电燃油控制软件的验证需求，迪捷软件推出的SkyEye（天目全数字实时仿真软件）可通过硬件行为级仿真技术，构建与目标燃油控制器相对应的数字化运行环境。SkyEye支持 ARM、DSP 等多款主流嵌入式处理器架构，具备寄存器级硬件行为复现、原生二进制加载运行、外设与总线接口行为模拟、故障精准注入等核心能力，使原有燃油控制软件能够脱离实物硬件，为正常工况测试、异常场景复现及自动化回归提供支撑。

▲实物链路与全数字仿真链路的对应关系图

在传统实物环境中，操作人员通过控制台发送控制指令，控制器接收离散量、模拟量与传感器给入数据，通过控制软件完成逻辑判断等处理后，计算出加油、放油及电磁阀数据等控制指令，通过ARINC 429与CAN，和实物控制台完成设备间数据交换。如果需要故障注入，通常需要调整物理接线或设备状态，操作及恢复过程相对复杂。

在全数字仿真验证环境中，SkyEye模拟燃油控制器的硬件运行环境，上位机软件则模拟实物控制台，按照预设的测试场景，生成油量与阀位反馈等数据，通过网络接口传递至SkyEye仿真环境。数据进入对应的仿真外设寄存器后，被测控制软件通过原有驱动读取并处理，再通过SkyEye仿真总线向上位机回复429和CAN数据，完成结果解析与显示。

两种验证环境在功能链路上形成对应关系：上位机替代实物控制台提供测试激励，SkyEye模拟目标燃油控制器的硬件运行环境，而被测控制软件保持一致。这意味着，验证过程中无需重新开发一套控制逻辑，而是让原有软件直接运行于虚拟硬件环境，完成相应的功能测试与异常场景验证。

需要说明的是，全数字仿真并不完全替代实物测试。电磁阀真实响应时间、油路压力与接插件接触状态仍需在实物环境确认；全数字验证环境用于校验给定输入下的软件输出，以及相应故障分支是否进入。

基于SkyEye构建航电燃油控制系统的全数字仿真环境，主要包括仿真板卡搭建、外设模型扩展和仿真基座部署三个环节。

▲SkyEye仿真板卡模型及接口连接示意图

如果有模型库尚未覆盖的外设，可使用SkyEye提供的外设建模搭建工具进行补充。工程师在工具中配置外设寄存器，由工具自动生成代码框架，再在框架中方便地完成寄存器操作和硬件行为逻辑开发。

以AD外设为例，工程师可在生成的代码框架中实现采样启动、数据接收与转换、转换完成标志更新及中断触发等功能。完成代码编写后，通过工具提供的脚本编译生成外设模型，并将其添加至模型库，供后续仿真板卡搭建使用。

▲SkyEye全数字仿真基座组成

在全数字仿真环境中，可通过上位机生成异常测试数据，并借助SkyEye的外设及总线模型完成故障注入，无需修改被测控制软件，即可验证其在不同异常工况下的处理逻辑。

1. 离散量：触点粘连故障注入

通过将指定离散量通道的输入电平固定为0或1，模拟机械触点熔合卡死的失效状态。例如，在加油允许逻辑验证中，保持某一路必要条件处于失效状态，检查控制软件能否正确地禁止加油，并在故障解除后恢复正常控制。

2. AD：阈值校验与采样偏置故障注入

通过上位机向仿真AD外设输入不同的油量采样值，模拟阈值边界特性与固定偏置误差。阈值校验时，在停泵阈值附近逐步调整采样值，验证软件能否正确切换控制状态；偏置故障测试则单独设置用例，在原始采样序列上叠加固定偏差，验证软件对异常采样数据的处理行为。

3. 电磁阀：驱动命令无反馈故障注入

模拟阀件驱动指令发出后，反馈回路断路、触点失效的工况。通过上位机停止更新反馈信号或将指定反馈输入位固定为无效状态，检查控制软件能否按照预设逻辑识别反馈超时并停止驱动。对于部分不宜在实物台架上长时间空载往复动作的电磁阀，此类异常分支更适合在仿真环境中验证。

4. ARINC 429：数据域非法故障注入

模拟总线传输过程中数据位畸变的异常场景。由上位机向ARINC 429外设注入字段非法的报文，检查控制软件能否正常识别异常数据，并按照预设逻辑丢弃相应报文。

5. CAN：节点无应答故障注入

模拟CAN总线节点离线、通信中断的失效工况。由上位机注入标识符与数据，或停止某个节点应答，检查软件是否进入预设降级逻辑。

基于SkyEye构建的仿真环境，可同时支持本地单机调试与服务器端流水线回归，两种方式共用同一份仿真工程，无需另行维护测试模型。

单机调试下，SkyEye可部署于工程师工作站或高性能台式机，通过上位机与仿真环境直连完成调试交互。例如在加油指令验证场景中，上位机将加油指令写入离散量输入外设；控制软件读取并完成处理后，通过离散量外设输出电磁阀驱动等指令，同时将阀位状态字封装为ARINC 429报文发送到上位机，完成回显和内部逻辑处理，实现控制逻辑的交互调试与验证。

流水线回归方面，可将配置好的环境（仿真基座）封装为Docker镜像，由服务器端构建任务自动启动仿真实例，完成工程加载、运行至预设测点、按用例条目注入故障、读取寄存器变量与总线报文监测及与预期结果比对。执行完成后仿真实例自动退出，容器随即停止运行并释放所占用的计算资源。同一服务器可并发运行多个实例，各实例配备独立的处理器与外设资源，运行环境相互隔离、互不干扰。控制软件二进制版本更新后，原有故障用例集可随构建流程自动执行回归；已通过用例不再占用实物试验台，未通过项留存运行日志，由工程师集中分析定位。

此外，基于SkyEye的仿真基座还支持与Simulink开展联合仿真。对于油量变化、阀门改变等涉及连续物理过程建模的场景，可由Simulink完成设备侧的物理过程运算，并将仿真结果传递至SkyEye仿真外设，交由控制软件完成逻辑计算，最终将油量与阀位反馈结果回传至上位机处理，实现控制软件与物理过程的联合验证。

整体来看，基于SkyEye构建的航电燃油控制系统全数字仿真验证环境，可在不依赖实物控制器的情况下，加载并运行原有燃油控制软件，模拟离散量、模拟量及ARINC 429、CAN等接口交互，支持正常工况下的功能逻辑校验与异常场景的故障注入，有效缓解实物台架故障复现难、现场状态难留存的核心问题。

在工程落地层面，同一份仿真工程可同时支撑工程师本地单机调试与服务器端流水线回归，依托容器化部署实现多实例隔离并发运行，伴随软件版本迭代自动执行全量回归用例，大幅压缩验证周期，从根源上缓解实物台架资源紧张、排期周期长的制约，提高软件开发与测试效率。