# RNG — 参数化随机数生成器

为 eqpalg 监控引擎提供仿真数据的测试工具。通过 JSON 配置和 DB2 表驱动，将可复用的数学模型绑定到信号项上，生成模拟量/布尔量的实时仿真数据写入共享内存，供 eqpalg-mon 消费和评估报警规则。

## 架构

```
rng_models.json          T_LOV_FDAAITEM (DB2)
      │                        │
      │  模型模板定义           │  信号→模型绑定 (tables[1] 字段)
      │                        │
      ▼                        ▼
   ModelRegistry ──────── Generator ────── BinaryTele ────── CMemFix<PLC_DATA> ──► 共享内存
        │
        ├── ConstantModel     (y = c)
        ├── NormalModel       (y = μ + σ·N(0,1))
        ├── LinearModel       (y = k·t + b)
        ├── SineModel         (y = A·sin(ω·t + φ) + offset)
        ├── UniformModel      (y = random(center±delta))
        ├── SpikeModel        (随机毛刺注入)
        ├── DriftModel        (线性漂移)
        ├── CsvReplayModel    (CSV 历史数据回放)
        ├── BoolRandomModel   (概率随机布尔)
        ├── BoolToggleModel   (固定周期翻转)
        ├── BoolCsvModel      (CSV 布尔回放)
        ├── ValvePairModel    (阀动作→到位传感器 时序仿真)
        └── CompositeModel    (base + noise 组合)
```

**设计原则**：模型模板与信号绑定分离。模型定义在 JSON 中，可复用；每个信号通过 DB2 的 `tables[1]` 字段选择模型，独立实例化，互不干扰。

## 编译

```bash
cd TestProject/RNG && mkdir -p build && cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
make -j$(nproc)
# 可执行文件: ~/bin/RNG
```

依赖：GCC 10+, CMake 3.8+, vcpkg (nlohmann_json, mlpack, Armadillo), PACE/iPlature 框架。

## 配置

### rng_models.json

路径：`/users/dsc/code/TestProject/RNG/json/rng_models.json`

定义可复用的模型模板。每个模板有 `mode`（模型类型）和 `params`（模型参数）。信号项的 `defaultValue` 自动作为模型的基值参数。

```json
{
  "models": {
    "模板名称": { "mode": "模型类型", "params": { "参数名": 值 } }
  }
}
```

### DB2 信号绑定

在 `T_LOV_FDAAITEM` 表中，`tables[1]` 字段（char[40]）填写模型引用。语法：

| 格式 | 含义 | 示例 |
|------|------|------|
| `模型名` | 引用 JSON 中的模型模板 | `normal_tiny` |
| `csv:文件:列号` | 内联 CSV 数据回放 | `csv:spbdata:1` |
| `基模型+噪声模型` | 组合模型（叠加噪声） | `linear_slow+normal_tiny` |
| `pair模型:动作模型` | 阀到位传感器引用动作信号 | `valve_px_std:toggle_2s` |
| `!模型引用` | 布尔量取反 | `!toggle_2s` |
| 空或 `default` | 默认模型 `normal_tiny` | — |

## 模型参考

### 模拟量模型

所有模拟量模型实现 `evaluate(size_t t) -> float`，`t` 为时间索引（每 ~20ms 递增）。

#### constant — 固定值

y = c，c 取自 `defaultValue`。

```json
"constant_zero": { "mode": "constant", "params": {} }
```

#### normal — 正态分布

y = μ + σ·N(0,1)，μ 取自 `defaultValue`。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| sigma | 标准差 | 0.01 |

```json
"normal_tiny": { "mode": "normal", "params": { "sigma": 0.01 } }
```

#### linear — 线性变化

y = k·t + b，b 取自 `defaultValue`。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| k | 斜率（每 tick 增量） | 0.0 |
| period_ms | 周期（ms），t 按周期取模 | 0（无限） |

`period_ms > 0` 时，t = (实际 tick) % (period_ms / 20)，模拟每周期重复的线性过程（如带钢卷取时张力逐渐增大然后释放）。`period_ms = 0` 时不取模。

```json
"linear_slow": { "mode": "linear", "params": { "k": 0.001, "period_ms": 600000 } }
```

#### sine — 正弦波

y = A·sin(ω·t + φ) + offset，offset 取自 `defaultValue`。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| A | 振幅 | 1.0 |
| omega | 角频率 | 1.0 |
| phi | 初相位 | 0.0 |

```json
"sine_ecc1": { "mode": "sine", "params": { "A": 5.0, "omega": 0.314, "phi": 0 } }
```

#### uniform — 均匀随机

y = center ± delta，center 取自 `defaultValue`。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| delta | 随机范围 | 0.01 |

#### spike — 随机毛刺

每个周期以 `probability` 概率触发一次幅值为 ±amplitude 的瞬时毛刺。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| amplitude | 毛刺幅度 | 1.0 |
| probability | 每周期触发概率 | 0.01 |

```json
"spike_sharp": { "mode": "spike", "params": { "amplitude": 50, "probability": 0.05 } }
```

#### drift — 线性漂移

y = base + drift_rate·t，base 取自 `defaultValue`。模拟传感器缓慢退化。

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| drift_rate | 每 tick 漂移量 | 0.0 |
| period_ms | 周期（ms），t 按周期取模 | 0（无限） |

`period_ms > 0` 时形成锯齿波漂移：每个周期内从 base 线性漂移到 base + drift_rate·period_ticks，然后复位，模拟每个生产周期内的退化-复位行为。

```json
"drift_slow": { "mode": "drift", "params": { "drift_rate": 0.0001, "period_ms": 3600000 } }
```

#### csv — CSV 数据回放

从 CSV 文件读取指定列，循环回放。通常通过 `tables[1]` 内联语法使用，无需在 JSON 定义。

```json
"csv_example": { "mode": "csv", "params": { "file": "C308速度毛刺仿真.csv", "column": 0 } }
```

CSV 文件存放路径：`/users/dsc/code/TestProject/data_files/`

### 布尔量模型

所有布尔量模型实现 `evaluateBool(size_t t) -> bool`。

#### bool_random — 概率随机

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| prob_true | 返回 true 的概率 | 0.5 |

#### bool_toggle — 固定周期翻转

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| period_ms | 翻转周期（毫秒） | 2000 |

周期前半段为 true，后半段为 false。

```json
"toggle_2s": { "mode": "bool_toggle", "params": { "period_ms": 2000 } }
```

#### bool_csv — CSV 布尔回放

从 CSV 读取整数列，非零值为 true。

#### valve_pair — 阀动作→到位传感器 时序仿真

模拟液压阀/气动阀动作信号与到位接近开关之间的时序关系。使用了四态状态机：

```
动作信号 A:
    ────────────┐                  ┌────────────────
                │                  │
                ├── on_delay ──→   ├── off_delay ──→
到位传感器 B:   │  ±jitter        │  ±jitter
    ────────────┘                  └────────────────
                └─ 阀芯移动 ──→    └─ 阀芯复位 ──→
```

| 参数 | 含义 | 默认值 |
|------|------|--------|
| on_delay_ms | 阀开到位延迟（ms） | 200 |
| off_delay_ms | 阀关到位延迟（ms） | 150 |
| delay_jitter_ms | 延迟抖动范围（±均匀随机） | 0 |
| flash_prob | 高电平期间每周期闪断概率 | 0 |
| delay_over_prob | 每次动作触发超时的概率 | 0 |
| delay_over_ms | 超时时的延迟值（ms） | 0 |

状态机：
- **IDLE_LOW**：等待动作信号上升沿
- **WAITING_RISE**：动作上升，计数延迟，期间冻结边沿检测
- **HIGH**：到位，监测动作下降沿或随机闪断
- **WAITING_FALL**：动作下降，计数关延迟，期间冻结边沿检测

**绑定方式**：到位传感器信号的 `tables[1]` 使用配对语法：

```
tables[1] = "valve_px_std:toggle_2s"
              ↑                ↑
          valve_pair 模板    动作信号的模型名
```

运行时通过模型名查找动作信号的 IModel 实例，每个周期读取其 `evaluateBool()` 值。

一对多支持：同一个动作信号可被多个 valve_pair 传感器跟随，各自独立维护状态机。

### 组合模型（Composite）

通过 `+` 连接两个模型名，构成 base + noise 组合：

```
tables[1] = "linear_slow+normal_tiny"
```

`CompositeModel` 将两个模型的 `evaluate()` 结果相加。只适用于模拟量。

## 添加新模型

三步，不改现有代码逻辑：

1. **创建模型类**：在 `model/` 下新建头文件，继承 `IModel`，实现 `evaluate()` 或 `evaluateBool()`

```cpp
struct ExponentialModel : IModel {
  float lambda, base;
  ExponentialModel(const json& p, float d) : lambda(p.value("lambda", 1.0f)), base(d) {}
  float evaluate(size_t t) override { return base * expf(-lambda * t); }
};
```

2. **注册到工厂**：在 `ModelRegistry.cc` 构造函数中添加一行

```cpp
registerMode("exponential", [](const json& p, float d) { return std::make_unique<ExponentialModel>(p, d); });
```

3. **JSON 中添加模板**（可选，也可以直接用 `tables[1]` 内联语法）

```json
"exp_decay": { "mode": "exponential", "params": { "lambda": 0.01 } }
```

## 数据流

```
PACE 定时器 (每 20ms)
  │  TimeNotify(eventNo)
  ▼
Generator::wtite_in_shm(eventNo)
  │
  ├─ BinaryTele.ReBuild(eventNo)     ← 从 DB2 读取电文结构
  │
  ├─ Pass 1: for each item:
  │    ModelRegistry::getOrCreate(tables[1], defaultValue, item.name)
  │    → 按信号 item 名创建独立模型实例
  │
  ├─ Pass 2: for each item:
  │    model->linkPeers(registry)
  │    → valve_pair 模型查找动作信号实例
  │
  ├─ Pass 3: for each item:
  │    model->evaluate(t) / evaluateBool(t)
  │    → 生成值写入 binary_tele[i].value
  │
  └─ BinaryTele.GetTeleData() → CMemFix<PLC_DATA>::push()
     → 写入共享内存环形缓冲
```

共享内存区由 `T_LOV_FDAAITEM` 的事件号区分，eqpalg-mon 按同样的事件号读取。

## 目录结构

```
TestProject/RNG/
├── json/
│   └── rng_models.json       # 模型模板配置
├── model/
│   ├── IModel.h              # 模型基类接口
│   ├── ConstantModel.h       # 固定值
│   ├── NormalModel.h         # 正态分布
│   ├── LinearModel.h         # 线性变化
│   ├── SineModel.h           # 正弦波
│   ├── UniformModel.h        # 均匀随机
│   ├── SpikeModel.h          # 随机毛刺
│   ├── DriftModel.h          # 线性漂移
│   ├── CsvReplayModel.h      # CSV 模拟量回放
│   ├── BoolRandomModel.h     # 布尔随机
│   ├── BoolToggleModel.h     # 布尔周期翻转
│   ├── BoolCsvModel.h        # CSV 布尔回放
│   ├── ValvePairModel.h      # 阀动作-到位传感器
│   ├── CompositeModel.h      # 组合模型
│   ├── ModelRegistry.h       # 工厂注册表（声明）
│   └── ModelRegistry.cc      # 工厂注册表（实现）
├── RNG.h / RNG.cc            # PACE 组件入口
├── RNG_icei.h / RNG_icei.cc  # ICE 接口实现
├── Generator.h / Generator.cc # 数据生成 + 共享内存写入
├── RandT.h                   # 底层随机数工具
├── read_csv.hpp              # CSV 文件读取
├── CMakeLists.txt            # CMake 构建
└── README.md                 # 本文档
```