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docs/后端技术选型.md

+# 仿真后端技术选型分析
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+> 目标：为 EPLAN Visualizer 前端项目构建仿真后端，支持 Modelica 模型编译执行、ROS2 半实物仿真通信、前端实时结果展示。
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+## 需求分析
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+| 需求 | 说明 |
+|------|------|
+| 仿真执行 | 接收前端 .mo 模型，调用 OpenModelica 编译和仿真 |
+| 实时推送 | WebSocket 将仿真结果实时推送到前端图表 |
+| ROS2 通信 | 作为半实物仿真的通信层，与实物控制器交互 |
+| FMU 执行 | 加载 FMU 进行 co-simulation |
+| 部署 | 裸机 + systemd 服务 |
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+## 候选框架对比
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+| 维度 | C++ Drogon | Go Fiber | Rust Axum | Python FastAPI | Java WebFlux |
+|------|-----------|---------|----------|---------------|-------------|
+| 裸性能 | 最高 | 高 | 极高 | 低 | 中 |
+| WebSocket | 原生 | 原生 | 原生 | 原生 | 原生 |
+| OpenModelica 集成 | C API 直连 | 命令行调用 | 命令行调用 | OMPython SDK | 命令行调用 |
+| ROS2 集成 | rclcpp 原生 | 无官方支持 | 无官方支持 | rclpy (慢) | 无官方支持 |
+| 实时性 | 可保证 | 一般 | 可保证 | 无法保证 | 无法保证 |
+| 开发效率 | 中 | 高 | 低 | 最高 | 高 |
+| 单进程架构 | 支持 | 需多进程 | 需多进程 | 需多进程 | 需多进程 |
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+## ROS2 集成分析
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+ROS2 原生语言为 C++，使用 rclcpp。C++ 后端的独特优势：
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+**C++ 单进程方案：**
+```
+单进程:
+  Drogon 线程池     --> HTTP/WebSocket
+  rclcpp 执行器     --> ROS2 pub/sub
+  OpenModelica C API --> 仿真执行
+  共享内存直接访问   --> 零延迟
+```
+
+**其他语言多进程方案：**
+```
+进程1: Web 后端 (Go/Python)
+进程2: ROS2 节点 (C++)
+进程3: omc 仿真
+三者通过 IPC/Socket 通信 --> 复杂、延迟高
+```
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+半实物仿真对延迟敏感，单进程架构优势明显。
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+## FMU 执行库对比：FMIL vs FMPy
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+| 维度 | FMIL (C) | FMPy (Python) |
+|------|---------|--------------|
+| 每步调用耗时 | 1-5us | 50-200us |
+| 实时性 | 确定性延迟，无 GC | GC + 解释器抖动 |
+| 与 C++ 集成 | 直接 #include | 需跨语言桥接 |
+| ROS2 实时回调兼容 | 兼容 | 不兼容 |
+| 适用场景 | 半实物仿真 | 离线分析/可视化 |
+
+**结论：半实物仿真场景选 FMIL。**
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+## 最终选型
+
+**C++ + Drogon + rclcpp + FMIL**
+
+```
+React 前端 (WebSocket)
+     |
+Drogon 后端 (C++)
+     |
+     +-- FMIL: 加载 FMU, co-simulation (fmi2DoStep < 5us)
+     |
+     +-- rclcpp: ROS2 半实物通信
+     |    +-- pub: 仿真输出 --> 实物控制器
+     |    +-- sub: 传感器数据 --> 注入 FMU 输入
+     |
+     +-- OpenModelica C API: .mo 编译与仿真
+     |
+     +-- WebSocket: 推送结果 --> 前端图表
+     |
+     +-- MariaDB: 仿真记录/模型存储
+```
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+### 选型理由
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+1. **语言统一** -- OpenModelica、ROS2、FMIL 原生语言均为 C/C++，单语言无桥接开销
+2. **单进程架构** -- Web 服务 + ROS2 节点 + 仿真引擎在同一进程，共享内存零延迟
+3. **实时保证** -- 无 GC 停顿，可对接 ROS2 实时调度 (SCHED_FIFO)，满足半实物仿真约束
+4. **部署简单** -- 编译为单二进制，systemd 管理即可
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+## 多进程仿真分析
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+### 纯软件仿真（可并行）
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+每个仿真进程加载各自的 FMU，独立内存空间，互不干扰，天然支持并行。
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+### 半实物仿真（需协调）
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+多进程并行存在以下问题：
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+| 问题 | 说明 |
+|------|------|
+| 时间同步 | 多个仿真进程各自步进，物理时间不一致 |
+| 硬件竞争 | 多个进程争抢同一个 CAN/EtherCAT 接口 |
+| CPU 争抢 | 多个 SCHED_FIFO 进程抢 RT 核，优先级反转风险 |
+| 因果一致性 | 仿真 A 的输出是仿真 B 的输入时，步长必须对齐 |
+
+解决方案：主从协调架构（FMI Co-Simulation 标准模式）
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+```
+主协调进程 (Orchestrator)
+  |
+  +-- 统一时钟: 控制所有仿真的步进节奏
+  +-- 数据路由: 管理仿真之间的数据交换
+  |
+  +-- 仿真进程 A (电气子系统)
+  +-- 仿真进程 B (液压子系统)
+  +-- 仿真进程 C (控制逻辑)
+```
+
+### 场景建议
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+| 场景 | 方案 |
+|------|------|
+| 单一模型仿真 | 单进程 |
+| 多学科联合仿真 | 单 RT 进程内顺序执行多 FMU |
+| 多用户独立仿真 | 多进程，互不影响 |
+| 半实物 + 多 FMU | 单 RT 进程 + 协调器保证时间同步 |
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+### JSON 库选择
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+Drogon 默认使用 jsoncpp，可通过 CMake 选项切换：
+- 初期使用默认 jsoncpp（足够）
+- 如需优化：`cmake .. -DUSE_NLOHMANN_JSON=ON`
+- 大批量数据场景：考虑 simdjson (解析) + yyjson (序列化)