半實(shí)物仿真講座

1、主講人：劉建廣 n概述 ndsPACEdsPACE介紹介紹 nHRT1000HRT1000介紹介紹 n航電仿真測試中應(yīng)用航電仿真測試中應(yīng)用 nIhwakIhwak產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介 仿真仿真 所謂仿真，就是用模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。按模型的 不同，仿真可分為 數(shù)學(xué)仿真，物理仿真，半實(shí)物仿真三種。 實(shí)時仿真 采用快速實(shí)時仿真算法進(jìn)行系統(tǒng)完全模擬與外部實(shí)際時 間 相同的時標(biāo)，并實(shí)時獲取外部輸入和對外部信號輸出的仿 真過程。 數(shù)學(xué)仿真模型定型 半實(shí)物實(shí)時 仿真模型建立 目標(biāo)平臺描述 實(shí)時代碼生成 目標(biāo)下載、運(yùn)行 結(jié)果觀察 參數(shù)修改 驗(yàn)證后需要修改數(shù)學(xué)模型 目標(biāo)和半實(shí)物硬件信息不對應(yīng) 實(shí)時代碼生成錯誤

2、 下載/運(yùn)行錯誤 代碼生成完畢，正確 目標(biāo)描述完畢 半實(shí)物實(shí)時仿真 模型建立完畢 系統(tǒng)模型 Matlab C語言 MATRIXx . 半實(shí)物仿真平臺 編譯器實(shí)時操作系統(tǒng) 總線 VME/CPCI/ VXS/VPX等 硬件IO 驅(qū)動程序 模型代碼 生成 （matlab 本身具備） 仿真控制 （下載、 運(yùn)行、停 止） 仿真數(shù)據(jù) 監(jiān)視/仿真 在線調(diào)參 仿真數(shù)據(jù) 記錄和事 后分析 仿真模 型數(shù)據(jù) 外部接 口 分布式模 型 多處理器 并行處理 IO板卡模 塊 其他算法 庫. 、QNX、RTlinux、DOS等 Simulink Simulink是Matlab中的一個附加組件，用來提供一個系統(tǒng)級的建模和動態(tài)

3、仿真工作平臺， 它用模塊組合的方法使用戶能夠快速地、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī) 模型，特別對于 復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它的效果更為明顯。 RTW RTW，全稱RealTimeWorkshop（實(shí)時工作間），是Matlab工具箱之一，它是Matlab圖 形建模和仿真軟件Simulink的一個補(bǔ)充功能模塊，可以用于各種類型的實(shí)時應(yīng)用。它是一 個基于Simulink的代碼自動生成環(huán)境，它能直接從Simulink 的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移 植的和個性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配置自動生成多種環(huán)境下的程序，利用它可加速仿真 過程.提供知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、或者生成在不同 的快速原型化實(shí)時環(huán)境或產(chǎn)品目標(biāo)下運(yùn)行的 程序。 i

4、Hawk 系列實(shí)時系統(tǒng)（美國并行公司） dSPACE（德國dspace公司） RT_Lab RTX XPC（matlab模塊） HRT1000(華力創(chuàng)通) dSPACE開發(fā)流程 o dSPACE軟件組件 o dSPACE硬件組件 功能設(shè)計(jì) 快速原型 目標(biāo)代碼生成 標(biāo)定 硬件在回路（HIL）仿真 CDP MATLABSIMULINKRTWRTIdSPACE tools 分析，設(shè)計(jì)，優(yōu) 化 離線數(shù)據(jù)處理 基于方框圖的建 模 離線仿真 從方框圖生成C 代碼 針對 I/O HW 集 成的模塊庫 自動代碼插入 ControlDesk: 實(shí)驗(yàn)控制和自動測 試 針對 MATLAB MLIB/MTRACE的

5、接口 集成了機(jī)電閉環(huán)控制系統(tǒng)開發(fā)中所有的階段 代碼自動生成 直接訪問實(shí)時系統(tǒng) 控制對象理論模型的建立控制對象理論模型的建立 初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通過離線仿真對控制系統(tǒng)測試通過離線仿真對控制系統(tǒng)測試 生成模型實(shí)時代碼生成模型實(shí)時代碼 通過通過ControlDesk 采集采集 數(shù)據(jù)及觀測、修改變量數(shù)據(jù)及觀測、修改變量 定義模型定義模型 I/O MATLAB/Simulink 建立對象數(shù)學(xué)模型 設(shè)計(jì)控制方案 進(jìn)行離線仿真 第一步第一步 保留需要下載到dSPACE中的模塊 用硬件接口關(guān)系代替原來的邏輯連接 關(guān)系 對I/O進(jìn)行配置 設(shè)定軟硬件中斷優(yōu)先級 第二步第二步 dSPACE 硬件硬件

6、 C代碼代碼 C 編編 譯譯 器器 目目 標(biāo)標(biāo) 代代 碼碼 Loader dSPACE實(shí)實(shí) 時硬件時硬件 MATLAB SIMULINK RTW 用戶C代碼 Real Time Interface 利用RTW及dSPACE 提供的RTI 自動生成 代碼并下載 第三步第三步 Control Desk Matlab 4 數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)獲取 4 在線調(diào)參在線調(diào)參 外接外接 實(shí)物實(shí)物 三維動畫三維動畫 dSPACE 綜合實(shí)驗(yàn)和測試環(huán)境 第四步第四步 o dSPACE開發(fā)流程 dSPACE軟件組件 o dSPACE硬件組件 n實(shí)現(xiàn)軟件 算法代碼生成 Matlab/Simulink/RTW C語言開發(fā) RT

7、I 編譯器 n實(shí)驗(yàn)軟件 ControlDesk/Automation AutomationDesk MLIB/MTRACE CLIB MotionDesk n產(chǎn)品代碼生成軟件 TargetLink n標(biāo)定軟件 CalDesk nRTI 結(jié)合Simulink和 Stateflow框圖模 型自動在實(shí)時硬件上運(yùn)行 以圖形化方式對所有I/O接口進(jìn)行 設(shè)置 結(jié)合RTW自動代碼生成并下載到實(shí) 時硬件上 支持軟件和硬件中斷等任務(wù)模式 自動激活編譯器編譯和鏈接模型 支持多處理器系統(tǒng) nRTI擴(kuò)展 RTI-MP：用于支持多處理器系統(tǒng) RTI CAN：用于支持CAN總線協(xié)議 RTI LIN：用于支持LIN總線，仿

8、真LIN節(jié)點(diǎn) RTI FlexRay：用于支持訪問FlexRay通信系統(tǒng) n編譯器 DS1103, DS1104, DS1005 和 MicroAutoBox PowerPC C編 譯器 Microtec PowerPC Crossing Compiler 包含匯編工具和鏈接工具 包含運(yùn)行庫 成熟、高效的C優(yōu)化工具 GNU C編譯器 支持DS1006 DS2302 DSP C編譯器 支持生成TI C31可執(zhí)行代碼 nControlDesk 硬件管理 虛擬儀表、數(shù)據(jù)采集 變量管理 參數(shù)管理 nControlDesk-Automation 采用標(biāo)準(zhǔn)腳本語言PYTHON編 程方式實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)自動化管理

9、提供完整的系統(tǒng)訪問API資源 Macro Recorder nControlDesk Failure Simulation 對標(biāo)準(zhǔn)ControlDesk功能的擴(kuò)展 在中型或大型dSPACE模擬器中遠(yuǎn)程控 制故障注入單元 通過故障仿真瀏覽器可訪問所有故障 仿真部件 在故障模式窗口中實(shí)現(xiàn)管腳錯誤定義 可導(dǎo)入ECU管腳描述文件 nControlDesk Test Automation 圖形化的測試序列編輯器 用于管理大型測試項(xiàng)目的項(xiàng)目管理器 可擴(kuò)展的自動測試庫 易于訪問Simulink 和實(shí)時仿真程序 伴隨整個開發(fā)過程的測試 nMLIB/MTRACE 通過MATLAB環(huán)境對實(shí)驗(yàn)自動控制 測試腳本 大

10、型數(shù)據(jù)跟蹤記錄 可使用MATLAB功能強(qiáng)大的工具箱：優(yōu)化 、統(tǒng)計(jì) 在線控制器優(yōu)化（在線調(diào)參、數(shù)據(jù)傳輸） nCLIB 用于在PC和實(shí)時處理器之間通信的C API庫 可用來開發(fā)用戶定制的主機(jī)端程序，并可 以從非dSPACE工具中調(diào)用 如客戶自行開發(fā)動畫顯示 MATLAB 用戶 M 文件 . 綜合控制 自動參數(shù)優(yōu)化 試驗(yàn)控制 MLIB/MTRACE 硬件設(shè)備驅(qū)動 獲取實(shí)時數(shù)據(jù)參數(shù)讀寫 實(shí)時處理器 nMotionDesk 實(shí)時3-D動畫顯示 支持VRML2格式的3-D素材庫 圖形化視景設(shè)計(jì) 提供與其他dSPACE工具類似的GUI dSPACE Simulatior with MotionDesk Mu

11、lit-PC Interface Kit Hub (10BaseT) ControlDesk Display nTargetLink 從Matlab/Simulink/Stateflow直接 生成產(chǎn)品級代碼 相當(dāng)于手寫效率的ANSI C代碼，支持 定點(diǎn)和浮點(diǎn) 應(yīng)用Target Optimization Modules 可以針對特定目標(biāo)平臺進(jìn)行優(yōu)化 通過Target Simulation Module可以 在目標(biāo)板上測試生成的代碼 o dSPACE開發(fā)流程 o dSPACE軟件組件 dSPACE硬件組件 n單板系統(tǒng) CPU與外圍I/O集成 DS1103及DS1104處理器板 n組件系統(tǒng) 處理器板

12、 I/O板 多處理器系統(tǒng) n其他 擴(kuò)展箱 單主機(jī)多系統(tǒng)的連接板 連接器和LED板 nAutoBox nMicroAutoBox nSimulator dSPACE Simulator Mid-Size dSPACE Simulator Full-size n無縫支持Matlab Simulink建模環(huán)境； n基于VxWorks RTOS，提供高實(shí)時性、高可用性的目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)，控制回路最 小步長可達(dá)20us； n優(yōu)化的圖形化操作界面，實(shí)現(xiàn)一鍵啟動仿真，并集成在線參數(shù)修改、目標(biāo)機(jī) 狀態(tài)監(jiān)控、外部接口支持、大文件存儲等； n 提供代碼生成模板，自動生成支持x86、PowerPC系列處理器的目標(biāo)代碼；

13、n支持VME/CPCI/PXI/PCI/VPX等多種目標(biāo)機(jī)架構(gòu)； n提供HRT-MP組件，支持異構(gòu)多處理器分布式仿真，實(shí)現(xiàn)余度系統(tǒng)、分布式 計(jì)算等應(yīng)用； n支持PowerPC G4系列處理器矢量運(yùn)算單元，提供強(qiáng)大并行計(jì)算能力； n 支持Vega、LabVIEW、C、VB、HLA等多種外部接口； n 提供可定制的擴(kuò)展軟件/硬件模塊，滿足特殊應(yīng)用需求。 Simsoft仿真管 理軟件 IO Simulink模塊庫 VxWorks代碼生成 模塊 HRT-MP分布式仿 真組件 G4矢量運(yùn)算 Simulink支持庫 模型管理模塊 嵌 入 matlab Gnu或Diab編譯器 for x86和PowerPC

14、 Vxworks實(shí)時內(nèi)核 （包含TCP/IP) 仿真模型控制模塊 硬件驅(qū)動程序 目標(biāo)機(jī) Vxworks 系統(tǒng) 第三方數(shù)據(jù)接口模塊 VP/VAPS/Labview等 系統(tǒng)仿真基本概念：系統(tǒng)仿真基本概念： iHawk 商業(yè)貨架實(shí)時計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 實(shí)時時鐘和中斷模塊 RedHawk Linux 嚴(yán)格實(shí)時Linux操作系統(tǒng) NightStar Linux Toolset Real-Time Linux Kernel Scalable SMP Shielding Real-Time Development Tools Open Source Real-Time Enhancements Standards

15、Deterministic Performance niHawk實(shí)時計(jì)算平臺 真正的等對稱多處理器系統(tǒng)，最大 支持8顆CPU； 可支持刀片配置，每個刀片上為據(jù) 有兩顆或者四顆CPU的等對稱處理器 系統(tǒng)； 每個CPU最大擁有8MB緩存空間； 每個系統(tǒng)可擁有256MB32GB內(nèi)存空 間； 小型塔式或臥式機(jī)箱 實(shí)時時鐘及中斷模塊(RCIM)； 支持種類豐富的IO板卡； 可選VME I/O系統(tǒng)； 可選高性能圖形顯示卡，構(gòu)成實(shí)時 圖形計(jì)算機(jī)； nRedHawk Linux 真正的單內(nèi)核實(shí)時操作系統(tǒng)； C/C+，F(xiàn)ORTRAN或Ada語言編 譯器 nNightStar 實(shí)時開發(fā)工具 NightView源代

16、碼開發(fā)調(diào)試工具； NightTrace分析器； NightSimr任務(wù)優(yōu)先級調(diào)度工具； NightProbe數(shù)據(jù)監(jiān)視器； NightTune系統(tǒng)和應(yīng)用調(diào)試器； 8 個實(shí)時時鐘 8 個外部輸入觸發(fā) 8 個外部觸發(fā)輸出 12 個內(nèi)建CPU中斷 可通過外部時鐘同步 PCI 插卡 GPS 同步選項(xiàng) 4 個實(shí)時時鐘 4 個外部輸入觸發(fā) 4 個外部觸發(fā)輸出 8 個內(nèi)建CPU中斷 PMC / PCI Inter-system connects Interrupts Oscillator, Down to .01 PPM Accuracy (1 sec/yr) GPS option External cloc

17、k sync Data Inter. Regs Inter. Regs Interrupt RCIM PCI Data 4488 Synch Clock Synch Clock Timers RS232/422/485 asynchronous mux Multiport 10/100/1000BaseT Ethernet IEEE-488 GPIB MIL-STD-1553B with BC, RT, and BM functions ARINC 429 A/D, D/A, and digital I/O Reflective memory PCI-PCI expansion chassis

18、 PCI-VME Bridge I/O Subsystem 完整的開發(fā)環(huán)境 NightStar 調(diào)試工具 單內(nèi)核實(shí)時Linux操作系統(tǒng) 兼容POSIX 為實(shí)時系統(tǒng)應(yīng)用專門優(yōu)化 可擴(kuò)充的對稱多處理器系統(tǒng) 處理器屏蔽技術(shù) 多線程以及任務(wù)優(yōu)先級設(shè)置 基于頻率的系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度 Linux Standard Base (LSB) POSIX 1003.1 POSIX 1003.1b 旗語 信號燈 共享內(nèi)存 內(nèi)存互鎖 消息隊(duì)列 同步/異步IO 執(zhí)行任務(wù)調(diào)度 高精度時鐘 確定性的實(shí)時性能 任務(wù)優(yōu)先級 多線程 低延遲 優(yōu)先級繼承 等對稱多處理器系統(tǒng)支持(SMP) 用戶自定義的任務(wù)優(yōu)先級 最小的任務(wù)分派時間 確定的中斷響應(yīng)時間 CPU 屏蔽技術(shù) n用戶可以方便的利用NightStar工具在RedHawk系 統(tǒng)下調(diào)試應(yīng)用程序 NightV