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Simport

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A simulink based data import and replay tool, for automotive embedded control

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# Simport
A simulink based data import and replay tool, for automotive embedded control

Simport (Beta Version) Guideline
https://note.youdao.com/s/LVSU86wf

# 版本变更记录：

# 1. 概述
Simport是一个用于在Simulink环境下进行快捷数据导入的工具。最早是在2010年抽空做了第一个版本，当时只基于Mathworks File Exchange中Stuart Mc Garrity提供的mdfimport工具功能做了支持INCA数据的导入，后来随着工作经历接触到其它很多数据格式，包括CAN记录格式，陆续写了一些解析脚本。近几个月抽空逐步做了一些整理集成工作，现在释放出来希望能帮到更多同道的工程师。

由于是个人兴趣和需要结合业余搞出来的小玩具而非商业化工具，所以在功能的全面性和鲁棒性上必然有欠缺，发现BUG请不吝反馈，会尽量抽时间解决。	
Email: jiangxinauto@163.com

时至今日在汽车电控行业内基于MATLAB/Simulink模型化开发（MBD）大行其道，整个算法建模、仿真、代码生成、软件集成、编译调试、标定开发工具链也非常成熟。Simulink本身就是个仿真工具，因此天然就具有所建即所得的优点。在工程上这就带来一个可能性，如果以后端实车采集数据反过来喂给开发端的仿真环境，在开发和标定上形成闭环，有很多好处，比如，
在仿真环境下通过真实数据调试，能在办公室相对高效地做一些原本需要在车上完成的调试；
拿实车数据做后处理，进行特定工况数据的统计分析；
开发一些新算法时，如果用之前的真实数据做为输入，比人造一些规整的信号变化更具鲁棒性。
Simport 目的是基于上述设想，在常见的数据记录格式文件与Simulink之间搭个桥，能够比较方便的把它们导入Simulink环境，如下图所示。
![sch](https://raw.githubusercontent.com/xingxing993/Simport/master/document/schematic.png)

# 2. 原理说明

## 2.1. 基本流程
Simport利用了Simulink的Root System下可以接受外部数据输入的特性，对数据文件进行解析后，进行数据统一化处理（时间窗，重采样等），然后导入数据并配置Simulink环境，如下图，
Simport启动时，会根据当前模型Root层的Inport个数，生成对应的信号行，每个信号行对应一个输入Inport。
![sch](https://raw.githubusercontent.com/xingxing993/Simport/master/document/wx_sigimport.png)

## 2.2. 文件解析
目前支持导入的软件数据格式包括 ：
INCA (*.dat *.mdf)
CANoe (*.blf *.asc)
BusMaster (*.log)
VehicleSpy (*.vsb *.csv)
CANdb database (*.dbc)
为节省资源开销，解析文件时尽可能避免一次性读入所有数据。对于各种CAN数据文件，无法避免首先扫描所有报文的操作，因此相对读入效率会慢一点。
此外，对于dbc文件，其本质只是一种数据字典，并不包含真实数据，因此导入dbc文件时必须同时指定一个对应的CAN数据文件。

## 2.3. 信号列表
每个文件导入后，会将其中包含的信号列表添加到下拉菜单列表中，用户可以从中选择：
对于MDF格式，其中所有信号添加到下拉菜单列表；
对于各类CAN记录格式，对于每一个CAN报文ID生成两个信号，分别代表其8*uint8的数据值以及发送时间(Active)，例如对于16进制"100"帧，下拉菜单中会生成"0x100"和"0x100_Active"供选择；
对于dbc格式，将其中所有信号放在下拉菜单中供选择，在导入时，根据其对应的数据文件相应解析成物理值；
当多个文件中信号出现重名时，在其后会后缀@N表示信号属于第N个文件。文件序号可以通过配置按钮查看；

## 2.4. 信号属性
导入的信号其数据属性为，
CAN信号：DataType=uint8，Dimension=8
CAN Message Active：DataType=boolean，Dimension=1
其它信号：DataType=double，Dimension=1
Simport信号列表的第一列显示了信号的来源和维度信息。
此外，最后一列"Interp"表示采样插值方法，如果打勾则中间采样点用线性插值。对于速度、扭矩、电压、电流等模拟量，应该选用插值（打勾），对于状态枚举量、布尔量、CAN数据等，应不插值（不打勾）。对此Simport首先会尝试自动判断，但使用者需要注意此处，必要时人工干预。

# 3. 使用方法
## 3.1. 工具栏

![sch](https://raw.githubusercontent.com/xingxing993/Simport/master/document/wx_hmi.png)
1) 窗口总在最上
2) 全新导入数据文件，覆盖已有导入
3) 添加另一/多个数据文件，从而实现多数据源联合仿真，或者同一工况多次试验数据的对比
4) 导入信号数据，配置Simulink仿真环境。导入配置成功后即可在Simulink下仿真

5) 自动匹配信号：如果Inport模块的名称与数据文件中的信号名一致，则自动选择匹配
6) 切换目标模型：如果同时打开多个模型，可用该按钮切换目标仿真模型
7) 显示已导入文件列表，以及更改文件时间轴（起始点、偏移量、系数）

8) 辅助功能，在当前Root System下的每个Inport后添加DataTypeConverter模块
9) 辅助功能，将MATLAB Workspace中的标定量数值更新为INCA中的值（INCA中对应Experiment需要打开，但标定量不需要拖出）
10) 刷新模型状态，用于增删模型Inport后，刷新下方信号列表行数

## 3.2. 信号列表（S）
信号列表分四列，
Info列：信号的来源、维度等信息
Port列：端口号，与模型对应
Name列：信号名称，由导入文件所包含信号合并形成的下拉式选择
Interp列：指定对应信号是否进行线性插值

## 3.3. 时间配置
A - Time Range：手动指定仿真时间窗口。在配置信号时，默认设置为信号起始时间。
B - Sample Time：手动指定仿真步长。在配置信号时，会默认设置为其中最短的信号采样周期。

Tips:
要使用CAN数据进行按通信协议解析信号仿真，可以直接使用本工具中的dbc格式进行导入，也可以用本工具导入CAN原始数据，然后利用Vehicle Network Toolbox自带的CAN Pack/Unpack模块进行信号解析。

# 4. 应用场景
分享几种平时工作中几种常用的场景，
## 4.1. 策略运行Replay/问题分析
对于一些控制功能模块，利用实车数据可以在Simulink环境下几乎完全复现实车控制器内的运行状态。有时遇到一些杂症，中间变量录不全，在脑子里假装跑模型分析又太累，或许可借由此途径，导入数据后仿真Replay，可以进行一些细节分析进而排察问题点。
具体步骤，如果一个功能单元SubSystem没有内部状态或者内部状态初始化比较简单，可以
用标定工具录下它的输入（或者部分输入，例如有些不变的boolean输入可以给常数）
用提供的INCA更新按钮（见前述）更新实车状态标定数据
根据需要调整初始状态，和外部调度关系
仿真Replay
![sch](https://raw.githubusercontent.com/xingxing993/Simport/master/document/wx_application.png)

## 4.2. 模型学习
对于新手来说，拿一个实车数据在Simulink环境原样复现后，可以从容学习其中数据流、逻辑，甚至于改改删删或者试着重新搭一遍。这是种有效的学习途径。

## 4.3. 工况数据分析统计
实车数据不光可以喂给原来的策略模型，也可以喂给新搭的模型，比如用来做工况数据统计。例如，需要不同车速区间下能量回收的能量比，或者需要统计不同混动模式的换档次数等算法里没有的量，用简单的计算模型加上实车数据就能后期统计出来。对于做一些优化的工作，这个办法经常有很好的效果。

## 4.4. 工况比较
可以同时导入同一工况的两个数据，叠在一起进行比较分析，便于找出差异。举个例子例如做混动NEDC能耗优化，不同次试验数据在同一个模型里计算比较，能较为容易地发现异同。

## 4.5. 新算法开发
用过往的数据做一些新算法的开发，尤其是一些工况识别类的标志位时，非常有助于提高效率。例如VCU中判断某种加速踏板模式，BMS中判断特定的电流形式等情况，用实车数据作为输入比人造信号效果好的多。

## 4.6. 模型测试/回测
实车数据可以部分作为单元测试输入，同样有其真实性优点。
另外，例如对已有功能块模型做整理，除了正常的测试流程外，也可以用过往的各种工况数据回测，比较结果与整理前是否一致就大致有谱了。

# 5. 命令行和函数
对于MATLAB脚本熟悉的朋友，用命令行更容易完成一些批处理的脚本，可以批量导入处理和分析一批数据。

# 5.1. 常用模板代码
这部分先提供几个常用场景下写代码的套路模板。
### 5.1.1. 导入INCA记录的MDF文件（.dat，.mdf）

mdf = SimportFileMDF(mdffilename);  Initialize and load the mdf file information
varobjs = mdf.LoadData({'var1', 'var2', ...}); % Load data of the specified signal
% Note: Variable data is not loaded (initialized empty) on initialization to save memory, use xxx.LoadData(...) to actually load the data 
var1obj = mdf.GetVar('var1'); % Get variable object, now you can use var1obj.Time and var1obj.Data for further processing
var2obj = mdf.GetVar('var2');
...

注：也可以用varobjs = mdf.GetVar({'var1','var2'})，直接获取对象数组，varobjs(1).Time, varobjs(1).Data ；
其它文件类型类似

### 5.1.2. 导入CAN数据文件，并且带dbc解析
这里以较常见的Vector工具录的BLF文件为例

blf = SimportFileDBC(dbcfile, blffile); % Initialize and load the dbcfile and blf file
blf.LoadData({'var1', 'var2', ...}); % Load data of the specified signal (cell or string)
var1obj = blf.GetVar('var1'); % Get variable object, now you can use var1obj.Time and var1obj.Data for further processing
var2obj = blf.GetVar('var2');
...

如果BLF文件中有多个Channel，可用下语句指定
blf.LoadData({'var1', 'var2', ...}, CH_ID); % Load data of the specified signal (cell or string) and channel

### 5.1.3. 获取其它文件属性

获取文件变量列表
varlist = somefileobj.VarList; % Get variable name list (cell string) contained in this data file, use names in this list to LoadData
注：
对于CAN数据文件，生成的变量列表是其中所有CAN帧（N*8 matrix of CAN message data），以及其更新标志位信号（boolean），例如 0x100，0x100_Active，0x200，0x200_Active，...
如果CAN数据文件中有多个通道，加后缀“@CH”，例如0x100@CH1，0x100_Active@CH1，0x100@CH2，0x100_Active@CH2，0x200@CH1，0x200_Active@CH1，...
对于MDF数据文件，变量列表就是MDF中记录的所有信号
对于dbc通信描述文件，由于它只是个信号描述，并不真实具有数据，因此都需要再额外关联一个CAN数据文件。生成的变量列表是解析到的dbc中的所有信号，加上CAN数据文件中的变量列表合并在一起。

变量绘图
varobj = somefileobj.GetVar('varname');
varobj.plot; % Note that the <varobj> has to be loaded using LoadData in advance

变量插值/按统一时间序列重新采样
varobj.Resample(newtimearray); % Note that the <varobj> has to be loaded using LoadData in advance

获取指定时刻的数据
var_vals = varobj.GetValueAtTime(specified_time_points); % Get values at specified timing points
或者
var_vals = varobj.GetValueAtTime(time_range, 'range'); % Get values between time range [tstart, tend]

## 5.2. 函数说明

![sch](https://raw.githubusercontent.com/xingxing993/Simport/master/document/codedesc.png)

# 6. 潜在问题和待完善
目前考虑到的一些潜在问题：
已支持的文件格式解析未必完整，比如blf文件、vsb文件的结构定义本身就有版本更新；
部分文本文件格式如asc, log 等没找到明确的specification定义，对着文本格式写得解析代码，可能有未遇到的特殊情况会出问题；
在R2016b前的MATLAB版本上使用，不支持MDF4.0之后格式的数据

有什么意见建议，或者发现bug，请反馈到 jiangxinauto@163.com，谢谢！

本工具中使用了：
  
Mathworks员工Stuart McGarrity写的mdfimport工具，https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/9622-mdf-import-tool-and-function
  
snc6si@gmail.com 提供的blf读取函数：https://github.com/SNC6SI/BlfLoad

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