半实物仿真讲座

主讲人：刘建广概述dsPACE介绍HRT1000介绍航电仿真测试中应用Ihwak产品简介仿真所谓仿真，就是用模型代替实际系统进行试验。按模型的不同，仿真可分为数学仿真，物理仿真，半实物仿真三种。实时仿真采用快速实时仿真算法进行系统完全模拟与外部实际时间相同的时标，并实时获取外部输入和对外部信号输出的仿真过程。数学仿真模型定型半实物实时仿真模型建立目标平台描述实时代码生成目标下载、运行结果观察参数修改验证后需要修改数学模型目标和半实物硬件信息不对应实时代码生成错误下载/运行错误代码生成完毕，正确目标描述完毕半实物实时仿真模型建立完毕系统模型MatlabC语言MATRIXx…….半实物仿真平台编译器实时操作系统总线VME/CPCI/VXS/VPX等硬件IO……驱动程序模型代码生成（matlab本身具备）仿真控制（下载、运行、停止）仿真数据监视/仿真在线调参仿真数据记录和事后分析仿真模型数据外部接口分布式模型多处理器并行处理IO板卡模块其他算法库…….、QNX、RTlinux、DOS等SimulinkSimulink是Matlab中的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模和动态仿真工作平台，它用模块组合的方法使用户能够快速地、准确地创建动态系统的计算机模型，特别对于复杂的非线性系统，它的效果更为明显。RTWRTW，全称RealTimeWorkshop（实时工作间），是Matlab工具箱之一，它是Matlab图形建模和仿真软件Simulink的一个补充功能模块，可以用于各种类型的实时应用。它是一个基于Simulink的代码自动生成环境，它能直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标配置自动生成多种环境下的程序，利用它可加速仿真过程.提供知识产权保护、或者生成在不同的快速原型化实时环境或产品目标下运行的程序。iHawk系列实时系统（美国并行公司）dSPACE（德国dspace公司）RT_LabRTXXPC（matlab模块）HRT1000(华力创通)…………dSPACE开发流程dSPACE软件组件dSPACE硬件组件功能设计快速原型目标代码生成标定硬件在回路（HIL）仿真CDPMATLABSIMULINKRTWRTIdSPACEtools•分析，设计，优化•离线数据处理•基于方框图的建模•离线仿真•从方框图生成C代码•针对I/OHW集成的模块库•自动代码插入•ControlDesk:实验控制和自动测试•针对MATLABMLIB/MTRACE的接口集成了机电闭环控制系统开发中所有的阶段代码自动生成直接访问实时系统控制对象理论模型的建立初步控制系统设计通过离线仿真对控制系统测试生成模型实时代码通过ControlDesk采集数据及观测、修改变量定义模型I/OMATLAB/Simulink建立对象数学模型设计控制方案进行离线仿真第一步保留需要下载到dSPACE中的模块用硬件接口关系代替原来的逻辑连接关系对I/O进行配置设定软硬件中断优先级第二步dSPACE硬件C代码C编译器目标代码LoaderdSPACE实时硬件MATLABSIMULINKRTW用户C代码RealTimeInterface利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载第三步ControlDeskMatlab数据获取在线调参外接实物三维动画dSPACE综合实验和测试环境第四步dSPACE开发流程dSPACE软件组件dSPACE硬件组件实现软件算法代码生成Matlab/Simulink/RTWC语言开发RTI编译器实验软件ControlDesk/AutomationAutomationDeskMLIB/MTRACECLIBMotionDesk产品代码生成软件TargetLink标定软件CalDeskRTI结合Simulink和Stateflow框图模型自动在实时硬件上运行以图形化方式对所有I/O接口进行设置结合RTW自动代码生成并下载到实时硬件上支持软件和硬件中断等任务模式自动激活编译器编译和链接模型支持多处理器系统RTI扩展RTI-MP：用于支持多处理器系统RTICAN：用于支持CAN总线协议RTILIN：用于支持LIN总线，仿真LIN节点RTIFlexRay：用于支持访问FlexRay通信系统编译器DS1103,DS1104,DS1005和MicroAutoBoxPowerPCC编译器MicrotecPowerPCCrossingCompiler包含汇编工具和链接工具包含运行库成熟、高效的C优化工具GNUC编译器支持DS1006DS2302DSPC编译器支持生成TIC31可执行代码ControlDesk硬件管理虚拟仪表、数据采集变量管理参数管理ControlDesk-Automation采用标准脚本语言PYTHON编程方式实现实验自动化管理提供完整的系统访问API资源MacroRecorderControlDeskFailureSimulation对标准ControlDesk功能的扩展在中型或大型dSPACE模拟器中远程控制故障注入单元通过故障仿真浏览器可访问所有故障仿真部件在故障模式窗口中实现管脚错误定义可导入ECU管脚描述文件ControlDeskTestAutomation图形化的测试序列编辑器用于管理大型测试项目的项目管理器可扩展的自动测试库易于访问Simulink和实时仿真程序伴随整个开发过程的测试MLIB/MTRACE通过MATLAB环境对实验自动控制测试脚本大型数据跟踪记录可使用MATLAB功能强大的工具箱：优化、统计在线控制器优化（在线调参、数据传输）CLIB用于在PC和实时处理器之间通信的CAPI库可用来开发用户定制的主机端程序，并可以从非dSPACE工具中调用如客户自行开发动画显示MATLAB用户M文件...综合控制自动参数优化试验控制MLIB/MTRACE硬件设备驱动获取实时数据参数读写实时处理器MotionDesk实时3-D动画显示支持VRML2格式的3-D素材库图形化视景设计提供与其他dSPACE工具类似的GUIdSPACESimulatiorwithMotionDeskMulit-PCInterfaceKitHub(10BaseT)ControlDeskDisplayTargetLink从Matlab/Simulink/Stateflow直接生成产品级代码相当于手写效率的ANSIC代码，支持定点和浮点应用TargetOptimizationModules可以针对特定目标平台进行优化通过TargetSimulationModule可以在目标板上测试生成的代码dSPACE开发流程dSPACE软件组件dSPACE硬件组件单板系统CPU与外围I/O集成DS1103及DS1104处理器板组件系统处理器板I/O板多处理器系统其他扩展箱单主机多系统的连接板连接器和LED板AutoBoxMicroAutoBoxSimulatordSPACESimulatorMid-SizedSPACESimulatorFull-size无缝支持MatlabSimulink建模环境；基于VxWorksRTOS，提供高实时性、高可用性的目标机系统，控制回路最小步长可达20us；优化的图形化操作界面，实现一键启动仿真，并集成在线参数修改、目标机状态监控、外部接口支持、大文件存储等；提供代码生成模板，自动生成支持x86、PowerPC系列处理器的目标代码；支持VME/CPCI/PXI/PCI/VPX等多种目标机架构；提供HRT-MP组件，支持异构多处理器分布式仿真，实现余度系统、分布式计算等应用；支持PowerPCG4系列处理器矢量运算单元，提供强大并行计算能力；支持Vega、LabVIEW、C、VB、HLA等多种外部接口；提供可定制的扩展软件/硬件模块，满足特殊应用需求。Simsoft仿真管理软件IOSimulink模块库VxWorks代码生成模块HRT-MP分布式仿真组件G4矢量运算Simulink支持库模型管理模块嵌入matlabGnu或Diab编译器forx86和PowerPCVxworks实时内核（包含TCP/IP)仿真模型控制模块硬件驱动程序目标机Vxworks系统第三方数据接口模块VP/VAPS/Labview等系统仿真基本概念：iHawk◦商业货架实时计算机系统◦实时时钟和中断模块RedHawkLinux◦严格实时Linux操作系统◦NightStarLinuxToolsetReal-TimeLinuxKernelScalableSMPShieldingReal-TimeDevelopmentToolsOpenSourceReal-TimeEnhancementsStandardsDeterministicPerformanceiHawk实时计算平台真正的等对称多处理器系统，最大支持8颗CPU；可支持刀片配置，每个刀片上为据有两颗或者四颗CPU的等对称处理器系统；每个CPU最大拥有8MB缓存空间；每个系统可拥有256MB~32GB内存空间；小型塔式或卧式机箱实时时钟及中断模块(RCIM)；支持种类丰富的IO板卡；可选VMEI/O系统；可选高性能图形显示卡，构成实时图形计算机；RedHawk®Linux®真正的单内核实时操作系统；C/C++，FORTRAN或Ada语言编译器NightStar实时开发工具NightView®源代码开发调试工具；NightTrace®分析器；NightSim®r任务优先级调度工具；NightProbe®数据监视器；NightTune®系统和应用调试器；8个实时时钟8个外部输入触发8个外部触发输出12个内建CPU中断可通过外部时钟同步PCI插卡GPS同步选项4个实时时钟4个外部输入触发4个外部触发输出8个内建CPU中断PMC/PCIInter-systemconnectsInterruptsOscillator,Downto.01PPMAccuracy(1sec/yr)GPSoptionExternalclocksyncDataInter.RegsInter.RegsInterruptRCIMPCIData4488SynchClockSynchClockTimersRS232/422/485asynchronousmuxMultiport10/100/1000BaseTEthernetIEEE-488GPIBMIL-STD-1553BwithBC,RT,andBMfunctionsARINC429A/D,D/A,anddigitalI/OReflectivememoryPCI-PCIexpansionchassisPCI-VMEBridgeI/OSubsystem完整的开发环境◦NightStar调试工具单内核实时Linux操作系统兼容POSIX为实时系统应用专门优化可扩充的对称多处理器系统处理器屏蔽技术多线程以及任务优先级设置基于频率的系统任务调度LinuxStandardBase(LSB)POSIX1003.1POSIX1003.1b◦旗语◦信号灯◦共享内存◦内存互锁◦消息队列◦同步/异步IO◦执行任务调度◦高精度时钟确定性的实时性能◦任务优先级◦多线程◦低延迟◦优先级继承◦等对称多处理器系统支持(SMP)◦用户自定义的任务优先级◦最小的任务分派时间◦确定的中断响应时间◦CPU屏蔽技术◦…………用户可以方便的利用NightStar工具在RedHawk系统下调试应用程序NightViewSource-LevelDebuggerNightTraceEventAnalyzerNightSimPeriodicSchedule