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1. 什么是SSP

SSP 是一种独立于工具的格式，其作用包括：

描述
打包
系统结构的交换
参数化

该标准由一组基于 XML 的格式组成，用于描述

网络组件模型
信号流
参数化
基于ZIP 的包装格式（用于整个系统的高效传输，包括任意的相关模型及其他资源）

工具无关，主要用于在不同的工具间 交换仿真系统描述的数据格式。

参数化（英语：parametrization）是找到由参数方程定义的曲线、曲面或更一般地流形或蔟簇的参数方程的过程。逆过程称为隐式化。“参数化”本身意味着“用参数来表达”。本协议中的参数化是指用参数表示【wiki】信号流

SSP 可以看作是对 FMI 2.0标准（功能模型接口）的扩展；而FMI协议是一个独立于工具的标准，用来交换单个仿真模型。

如果需要定义所需的信号流、参数化每个单独的模型或整个系统，可以使用SSP来描述由多个相互关联的仿真模型组成的完整系统。这个系统的拓扑结构可以包含子系统的层级，以便正确的构建系统。

依靠信号流，单位的定义可用于单位的自动转换或单元检查。参数可以由其他参数派生出来，以便能够引入不同组件间的参数依赖；也有利于当不同组件有需求时，可以设置相同的值。

虽然 SSP 与 FMI 关系密切，但它也可以与 FMI 以外的其他格式的组件一起使用。

1.1 基本属性和指导原则

独立性

SSP的核心目标是在不同软件的仿真系统间，交换部分或全部的数据。因此，软件的任何自定义数据都不会存储在标准的schema 中，并且在传输过程中会丢失。但是，可以将特定数据存储在自定义注释中，以便在同一软件中重复使用。

然而，其他跨工具使用的通用数据也可以标准化为层级标准，使用这类标准需要使用者约定俗成。

简明性

SSP 专注于以下几点：

尽可能的在不同软件间交换完整或部分拓扑(结构) 以及 参数
保留基本信息
保留基本图形信息（可选）

这种理论使 SSP 与 SysML 等系统工程标准有所区别：

通过专注于简明性和仿真相关功能，SSP避免了像SysML那样在不同工具间交互时需要受到复杂性的约束，从而在整个工具领域中能实现更广泛的应用。

SysML：系统建模语言（Systems Modeling Language）简称SysML，是针对系统工程应用的通用建模语言。系统建模语言可以分析许多系统及超系统的规格、分析、设计及验证及确认。【wiki】

XML Schema：表示描述 XML 文档的结构

最大可重用性

SSP 有助于最大限度地提高模型与参数在不同工具以及不同用例中的可重用性。

SSP 可用于指定单个组件所需的接口，而无需构建一个运行模型获取相关信息。这样的接口规范可以用作模型实现的模板。因此，可以保证不同实现之间的兼容性，确保这些实现适合整个系统的结构。
单位自动转换的特性进一步减少了在两次使用之间进行调整的需要。
信号字典等机制支持简化的信号匹配，甚至跨层次结构，而无需调整所有涉及的接口。
分层结构能够将小组件封装和组合到子系统中，这些子系统可以在更大的子系统中重复使用。

1.2 经典用途

为了说明 SSP 的价值所在，下面列出了五个基本用途。这些用法是由一个组织或多个组织中的不同部门协作而萌生的想法。另外，在每个组件的实现完成之前，使用了系统工程的方法进行了系统设计。

同样非常重要的是，要记住SSP被定义为一种独立于工具的交换格式。SSP的所有元素都可以在不同的工具中使用。因此可以为每一个用途选择最合适的工具，其结果可以存储在SSP中，导入下一个业务场景中使用。

SSP的另一个优势是语法简单，用户可以轻松编写自己的软件来读取、生成或操作 SSP 文件，并与其它支持 SSP 的工具进行交换。

1.2.1 设计仿真结构

复杂系统的仿真应该从系统设计开始。从仿真的角度来看，每一个组件都必须用其输入、输出以及所需的参数来描述。我们可以用SSP来完成，即用一个空的Component元素来定义这个组件的包装，其中包括输入和输出的连接器以及组件的参数。

组件的交互是由连接来定义的，而SSP中的连接总是因果关系。连接可以直接在组件之间建立，也可以通过信号字典建立。信号字典是一个类似于总线概念的信号集合（例如，像CAN总线）。在系统的设计阶段，信号字典是预先定义可用信号连接的一个好方法。

如果系统有全局参数，应传播到多个组件中，也可以在系统级进行定义。对组件参数的映射可以通过连接实现，也可以通过包括参数映射的参数绑定实现。

控制器局域网 (Controller Area Network，简称CAN或者CAN bus) 是一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信。它基于消息传递协议，设计之初在车辆上采用复用通信线缆，以降低铜线使用量，后来也被其他行业所使用。CAN创建在基于信息导向传输协定的广播机制（Broadcast Communication Mechanism）上。其根据信息的内容，利用信息标志符（Message Identifier，每个标志符在整个网络中独一无二）来定义内容和消息的优先顺序进行传递，而并非指派特定站点地址（Station Address）的方式。因此，CAN拥有了良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。除此之外，消息的传递不基于特殊种类的节点，增加了升级网络的便利性。【wiki】

1.2.2 定义结构与参数化模板

设计完整仿真结构的主要成果是：

定义所有需要的组件
定义使用的参数化结构

SSP可以为不同角色提供不同的帮助，并且使这个协作流程规范化。

系统设计者 每个组件都可以作为建模的设计模板--包括想要的参数。系统设计者需要为建模做好准备工作，将每个组件提取到一个单独的SSP文件中，并将其发送给建模工程师。

建模工程师 组件的建模工程师可以将这个SSP文件作为模板导入到他的创作工具中，并直接使用定义的输入信号和声明的参数对行为进行编码，从而计算出定义的输出信号。

供应商 在建模完成后，组件作为一个可运行实体存储到SSP包文件中，供集成商插入到完整的系统结构中。集成商可以决定是将不同来源的组件合并到一个文件中；或通过使用SSP中提供的机制将组件作为参考，只链接到原始SSP文件。后一种方法的好处是，组件可以 "原封不动"地使用，而且组件作者给出的任何"保证"也不会被破坏，甚至可以通过这种方式保证信息可追溯。

1.2.3 提供描述与语法用于实现通用的参数化结构

一个好的系统设计适用于各种应用，这些应用的结构都是一样的；而参数设置只是为了便于区分应用。因此，一个好的参数化概念（parametrization concept）对于促进重复使用是很重要的，而SSP支持为整个系统创建一个通用的参数化结构。

SSP参数数据模型可以用来整合来自不同来源的参数，包括外部参数数据库，这些数据库可将数据作为SSV数据集输出；然后通过基于URI的寻址机制，支持工具从系统结构描述中直接访问。

1.2.4 支持即时模拟的仿真系统

完成以下前置工作后，就可以运行模拟：

实现所有组件
为特定系统提供了参数设置

所有实体都可以存储在一个单一的SSP包中，可以被系统导入用于仿真。特定的执行系统，可能还需要为求解器或其他执行算法定义额外的设置。核心的SSP标准不包括这些特定的执行设置，但衍生标准可包括这些设置。这些完整的仿真系统实例也可以作为档案归档，以便日后追溯。

1.2.5 重用开发阶段的系统结构中重复的元素

例如，最初为软件在环仿真而定义的系统结构也可以重新用于硬件在环仿真。FMI支持在不同的平台上重用单个模型；而SSP可以重用完整的系统和子系统，包括它们的配置、基本布局和参数。

数据管理工具可以控制基于SSP的系统结构的生命周期。人们越来越希望重用环境模型，为不同项目和不同开发阶段的控制器模型验证提供成熟、一致的解决方案（例如，用于虚拟验证和HIL仿真）。数据管理环境提供了管理模型组合、处理系统的变体和管理不同模型系统的参数和信号接口的能力。

SSP使数据管理、集成和配置工具之间能够共享标准化的系统结构描述，用于SIL、MIL和HIL场景。

模型在环仿真（Model in loop）, 验证控制算法模型是否准确地实现了功能需求。

软件在环（SIL）仿真，相当于将编译的生产源代码集成到数学模型仿真中，为工程师们提供一个实用的虚拟仿真环境来对大型复杂系统进行详细控制策略开发和测试。

处理器在环仿真（PIL，Processor in loop），在目标处理器上验证代码实现的功能是否与模型一致，是否在容差之内

硬件在环仿真(HIL，Hardware in loop) ，硬件在环仿真 (Hardware-in-the-loop simulation, HiL或HIL) ，是一种用于实时嵌入式系统的开发和测试技术。硬件在环仿真提供动态系统模型，可以模拟真实的系统环境，加入相关动态系统的数学表示法，并通过嵌入式系统的输入输出将其与仿真系统平台相连。动态系统的数学表示法称为“受控设备仿真”，嵌入式系统控制模拟受控设备，以测试系统。

基于模型的软件工程（MBSE）

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

小议MIL/SIL/PIL/HIL（一）

1.3 特点概述

连接组件系统的层次(多级)描述
使用不同种类的组件：FMU和外部SSP/SSD，可扩展至其他模型
在组件和系统层面绑定参数，包括自动单元转换和名称映射
信号字典支持跨层次的信号池（例如：总线）
支持将SSD、FMU、参数等打包成一个包（SSP）
轻量级支持SSP层面的变体处理(多个SSD共享组件、参数、资源)
可选的图形信息交换（类似跨工具的显示）
所有资源的URI引用：通过URI与其他系统整合，以只读方式使用子系统

*.ssp存放fmu、ssm、ssv、ssd以及ssb：

fmu 存储模型；
ssm 存储系统结构的参数映射；
ssv 存储系统结构的参数取值；
ssd 存储系统结构的定义；
ssb 存储系统结构的信号字典

变体模型：此类模型具有一个固定的通用结构和一组有限的可变组件。可变组件根据您选择的变体选择项来激活。因此，产生的活动模型是基于变体选择项的固定结构和可变组件的组合。

1.4 鸣谢

这个标准是作为Modelica协会项目 "系统结构和参数化"（MAP SSP）的一部分而制定的。以下公司和个人作为标准文件的直接贡献者参与了标准的创建：

Christian Bertsch, Bosch
Markus Deppe, dSpace
Hans-Martin Heinkel, Bosch
Maria Henningsson, Modelon
Jan-Niklas Jäschke, TLK-Thermo
Jochen Köhler, ZF Friedrichshafen
Jürgen Krasser, AVL
Pierre R. Mai, PMSF IT Consulting
Masoud Najafi, Altair
Joel Petersson, Modelon
Torsten Sommer, Dassault Systèmes
Klaus Schuch, AVL
Karl Wernersson, Dassault Systèmes
Ulrich Wurstbauer, TWT
Hang Yu, Pratt & Miller Engineering

我们还要感谢所有在内部和公示期间提供反馈以及促进本标准目标的原型实施和公开展示的相关人员。

2. SSP的通用概念

在SSP标准中存储数据和元数据集，然后可以被工具和用户通过SSP文件的格式进行传输，支持以下三种拓展机制进行调用：

注释（Annotations）
Extra 文件
基于MIME 类型的格式

2.1.1 注释机制

在SSP标准中，所有基于XML的文件格式都能（可选）插入“ssc:Annotation”元素到任意XML的元素中，用于表示基础数据模型的实体。

每个“ssc:Annotation”元素都包含一个必要的type属性，包含该注释的命名空间（namespace ）。
“ssc:Annotation”元素的内容可以是任意的XML数据，并且可以酌情使用XML命名空间和XML模式（schemas ）进行组合验证。

2.1.2 Extra 文件机制

系统结构包（SSP）文件格式是一种基于ZIP的包装格式，而不是基于XML。它提供了一个单独的机制，通过保留的extra/ ZIP条目前缀（即顶级目录），将额外的数据和元数据添加到顶级目录下的子目录中；文件与嵌套文件夹中的内容是不受限制的。

2.1.2 命名空间机制

注释和额外文件扩展都使用了基于反向域符号（reverse domain notation）的命名空间机制：

附加数据规范的发起人指定一个由他们控制的域名作为附加数据的命名空间，以避免因名称而产生冲突。
命名空间在注释机制中被用于type属性的反向域符号，并作为extra/下的文件条目前缀的一部分。org.modelica和org.sp-standard域下的所有命名空间都保留给未来的分层标准使用。

例如，由 Modelica 协会定义的扩展可能会使用命名空间“org.modelica.sp”；这可能会使：

注释的type属性为 “org.modelica.sp.something”
在子目录“extra/org.modelica.sp.something” 下存在额外文件

反向域：域名系统中的一部分，通过给定的IP地址查找域名。

2.1.3 拓展命名空间

注释和额外文件类型的扩展都使用了基于反向域符号的命名空间机制。附加数据规范的发起人指定了一个由他们控制的域名作为附加数据的命名空间，以避免因名称而产生冲突。

在注释机制中，由反向域名符号表示的命名空间存储在type属性中；而在额外文件机制中，作为“extra”目录下文件前缀的一部分。

org.modelica和org.sp-standard域下的所有命名空间都保留给未来的分层标准使用。例如，由 Modelica 协会定义的扩展可能会使用命名空间 【org.modelica.sp】 。

2.1.4 基于MIME类型的格式分配

在所有SSP文件中，引用（reference ）可能附带外部数据。不仅包含一个规范来源（如果不是内联的话，需指出数据的位置）；而且还包含一个类型属性MIME，用于指定被引用数据的文件格式。

这个基本标准指定了具体的实现必须支持的一组最小 MIME 类型和相关文件格式（特别包括 SSP 定义的文件格式和 FMI）。

然而，具体的实现可以自行决定是否支持其他 MIME 类型和相关文件格式，并且可以通过分层标准指定支持其他文件格式的确切语义，如下所述。

在这种情况下，只要文件格式能在语义上映射到已经存在的SSP概念中，就可以在基本标准确定后实现SSP的扩展，以支持已有的、新的或特定领域的文件格式。

2.2 版本控制与分层标准

SSP标准使用语义上的版本号，如[SV200]所定义的，其中标准版本由三重版本号组成，包括主要版本、次要版本和补丁版本号【例如，1.2.3表示主要版本1、次要版本2和补丁版本3 】。

主要版本将引入既不向后也不向前兼容的变化；
次要版本将只包含说明或新的分层标准；
补丁版本只会改变标准的解释性文本，使以前定义的内容更加清晰，而不会对XML模式或其他内容的定义有任何其他改变。

2.3 内容寻址

在文件中所使用的引用文件格式来自于SSP标准中，通过URL表示。通常这些引用使用相对 URI，其中解析这些相对 URI 的基本 URI 在 SSP 标准中指定。

然而，SSP 语法不限于 相对URI，它允许使用 绝对URI 和任何模式的 URI 来识别或定位引用的内容。

除了基本支持文件模式的URI 外，支持的模式集和传输机制取决于具体实现。这种方法允许依赖关系的统一表达，无论SSP分布是基于文件的、基于Web的还是使用PLM系统或其他存储库。

3. System Structure Package (SSP)

拓展名为**.ssp**的文件被指定为包装 .ssd文件（系统结构描述）以及相关的资源文件（如fmu、参数化文件等）。

3.1 压缩文件格式要求

.ssp必须是有效的ZIP文件，有以下限制：

所有压缩文件只能进行存储（0）或解压（8）；
不能对压缩文件进行加密
不能对压缩文件进行分割
文件版本类型不能超过ZIP规范中的2.0，如下所示：
- 1.0 - 默认值
- 1.1 - 文件是卷标签
- 2.0 - 文件是文件夹（目录）
- 2.0 - 使用缩小压缩压缩文件
- 等等

为了保证文件的可移植性，有以下建议：

选择适合的编码

所有的ZIP文件条目名称用ASCII字符集描述，并保持语言编码标志（EFS），即ZIP规范中规定的通用字段的第11位，设置为0；
如需使用更大的字符集，建议将 EFS 设置为1，将所有文件名和注释字段编码为UTF-8；
不建议使用其他字符集和编码，这可能会产生移植性问题；
一些常用的ZIP规范实现会支持BMP以外的字符进行编码，而不是直接使用UTF-8对这些码位进行正确编码，跨文件系统时Unicode规范化可能存在问题，而这些在ZIP规范中没有解决。

平面（Plane）：目前的Unicode字符分为17组编排，每组称为平面（Plane），而每平面拥有65536（即216）个代码点。然而目前只用了少数平面。

BMP(Basic Multilingual Plane)：意为基本多文种平面;或称第0平面或0号平面（Plane 0），是Unicode中的一个编码区块，编码从U+0000至U+FFFF。

ZIP文件的根目录必须包含文件SystemStructure.ssd，文件中定义了一个有效的系统架构描述。

3.2 目录结构

4. 通用内容

在所有XML模式中使用的通用结构和属性被定义在SystemStructureCommon.xsd模式文件中，该模式被所有其他XML模式导入。所有类型和属性组都在ssp-standard.org/SSP1/System… 网络中定义，称为ssc。

4.1 通用属性

系统模型中每一个实体都对应一个XML元素，都拥有一些共同的属性，如ssc:ABaseElement元素。

id：文件范围内的唯一ID，可以被其他元素或通过URI片段标识来引用
description：可选描述

4.2 通用XML子元素

系统模型中每一个实体对应的XML元素都有以下通用子元素：

Annotations（可选）：可用来为任何模型实体提供额外的信息，需要包含一个或多个Annotation元素。

唯一性

为了确保唯一性，应该用反向域名表示法表示Annotation类型，由定义注释语义与内容的实体控制。
为MAP-SSP定义的注释，必须以org.modelica 或 org.ssp-standard 为前缀；而其他注释则不允许使用这两个前缀。
这个机制也适用于其它为特定工具定义的注释、图层标准（layered standards）、拓展协议；并借此提供一个通用的拓展机制。

反向域名解析与通常的正向域名解析相反，提供IP地址到域名的对应

反向域名表示法（Reverse domain name notation）：是编程语言、系统或框架使用的组件、包、类型或文件名的命名约定。反向 DNS 字符串基于注册的域名，为了分组目的，组件的顺序颠倒了。例如，如果制造产品“MyProduct”的公司拥有域名 example.com，他们可以使用反向 DNS 字符串com.example.MyProduct作为该产品的标识符。反向 DNS 名称是消除命名空间冲突的一种简单方法，因为任何域名对其注册所有者都是全局唯一的。

4.3 顶层属性

所有已定义文件格式的顶级元素都有共同的元数据属性，也称之为顶层属性，这个属性是可选的。

author 作者名或组织名
fileversion 版本号
copyright 版权信息
license 许可信息
generationTool 生成工具
generationDateAndTime 生成日期和时间

以上属性都是可选的。

4.4 顶层XML子元素

顶层元素都可以拥有相同的子元素；根据SSP协议的设计，每个文件都包含对应的枚举与单位定义。这是为了使单个文件不依赖其它文件的前提下确保可移植性，每个文件都包含一系列逻辑自洽的信息。

作为一个基于文件的交换标准，单位与枚举值的使用边界是文件的边界；因此文件可被单独解析和处理，而不需要跨文件引用或范围引用，避免产生疑问和歧义。

4.4.1 枚举值（Enumerations）

TAnnotations元素是可选的，必须包含文件中每一个引用枚举的定义，即包含一个或多个Annotation元素。

导入后，工具应该支持地跨文件合并单位或者根据需要在系统结构层中分离单位。

子元素Annotation 的相关属性如下：

name 枚举名称，在单文件中唯一
Item 一个或多个指定的枚举值
- name 枚举项的名称
- value 枚举项的取值

4.4.2 单位（Units）

TUnits元素是可选的，必须包含文件中每一个引用单位的定义，即包含一个或多个Unit元素。

TUnits
- Unit
  - name 单位名称
  - BaseUnit 根据国际单位制（SI unit）定义的基本单位
    - kg
    - m
    - s
    - A
    - K
    - mol
    - cd
    - rad
    - factor
    - offset

BaseUnit元素 表示国际单位制的基本单位，与FMI 2.0标准中声明的单位一致。

4.5 XML元素的可选项

这些可选项是多种文件格式所共有的，用于元素内部，一般用于元素内部，用于选择多个子元素中的一个。

4.5.1 类型

下列XML子元素代表了连接器的数据类型：

详情如下:

Real：表示IEEE754标准的双精度浮点数
- unit：可选属性，类型为xs:string，表示单位名称；该名称必须与文件中的顶层元素Units提供的单位名称一致。
  - 如果没有提供这个属性，单位将通过默认机制确定。
  - 对于FMU组件，将使用基础变量的单位，如果没有指定单位，则不使用单位。
  - 如果不能明确地推导出一个单位（或没有单位），应该告知用户这个错误。
Integer：32位有符号的整数
Boolean：布尔类型
String：以零结尾的UTF-8编码字符串
Enumeration：枚举类型
- name：必要属性，类型为xs:string，未定义则类型为Integer；枚举值与顶层元素 Enumerations中的名称相匹配。
Binary：以长度为结尾的二进制数据类型
- mime-type：类型为xs:string，默认为application/octet-stream类型；属性值必须是RFC 2045中规定的有效的MIME类型；可以包括RFC 2045中规定的附加参数等。

4.5.2 转换器（Transformation ）

下面的XML元素指定了在连接（connection ）或参数映射（parameter mapping）中使用前应用于一个值的转换。

GTransformationChoice
- LinearTransformation：该元素指定对连接值进行的线性变换
- BooleanMappingTransformation：该元素指定要对连接值进行的布尔映射转换
- IntegerMappingTransformation：该元素指定在连接值上执行的整数映射转换
- EnumerationMappingTransformation：该元素指定在连接值上执行的枚举映射转换。

LinearTransformation

该元素提供了从source到target的线性转换，例如：target = factor * source + offset；Linear转换器只对Real类型的连接器有效。

factor：可选的因子值，默认为1
offset：表示偏移值，默认为0

请注意，除非被suppressUnitConversion阻止，否则基于不同单位的转换会在应用线性变换之前进行，也就是说，source参数已经被转换为上述公式中的target参数的单位。

BooleanMappingTransformation

该元素提供了基于映射表的布尔值的转换，对布尔类型的连接有效。每个映射表条目都由MapEntry元素提供；该映射必须是明确的，也就是说，对于一个给定的source参数，最多只能有一个指定条目存在;可以指定部分的映射。在这种情况下，没有定义的值将保持不变。

MapEntry元素
- source 该映射适用的值
- target 在系统或组件中使用时，将source转换为此值

IntegerMappingTransformation

该元素提供了基于映射表的整数值转换，对整数或枚举类型的连接器有效。每个映射表条目都由一个 MapEntry元素 提供；可以提供部分映射，没有定义的映射将保持不变。当映射到一个枚举类型时，目标值必须是该类型的有效枚举值。

MapEntry元素
- source 该映射适用的值
- target 在系统或组件中使用时，将source转换为此值

EnumerationMappingTransformation

该元素提供了映射表，由一个MapEntry元素提供，基于枚举名对枚举值进行转换；可以提供部分映射，没有定义的映射将保持不变。

MapEntry元素
- source 该映射适用的值
- target 在系统或组件中使用时，将source转换为此值

SSP1.0（上）