Модельно-ориентированноетестирование в реальном времени сиспользованием xPC Target Turnkey                                ...
Модельно-Ориентированное Проектирование:Непрерывная верификация и валидация            Исследования                   Треб...
Зачем проводить тестированиев реальном времени?   Определенность   Повторяемость   Тестирование, верификация, валидация...
Тестирование в реальном времени: частая задача  модельно-ориентированного проектирования                               Sys...
Model-Based Real-Time Testing                   System               System                                               ...
Быстрое прототипирование алгоритмовуправления (RCP)                                                                       ...
Симуляция Hardware-in-the-Loop                                                     V                                      ...
Широкая область применения …Автоматизация и Робототехника, промышленные процессы, силовые иуправление      энергетические ...
xPC Target TurnkeyГотовое решение для тестирования       в реальном времени                          © 2012 The MathWorks,...
Готовое решение для тестирования вxPC Target Turnkey                   реальном времени Сочетание ПО MathWorks с железом ...
xPC Target Turnkey                     Host/Target                     Платформа для тестирования                     в ре...
Как это работает?                    © 2012 The MathWorks, Inc.                                            12
Рабочий процесс xPC Target1                                                         32                                  Et...
Подключение к тестируемому железу Библиотечные блоки драйверов xPC Target поставляются с  модулями I/O для моделей Simuli...
Пользовательский интерфейс xPC Target   xPC Target предлагает несколько возможностей для    связи и управления приложение...
xPC Target Explorer – xpcexplr   Пример: настройка параметров, мониторинг сигналов и построение   графиков                ...
xPC Target Explorer – следующее поколениеBeta в R2012a   Новый дизайн   Выше производительность   Работает на 32-bit и ...
Simulink External ModeПример – Модель Simulink является интерфейсом для приложенияреального времени                       ...
xPC Target APIsПример – Создание настраиваемых интерфейсов                                                                ...
MATLAB GUIDEПример – Создание настраиваемых интерфейсов в MATLAB                                                       20
Скрипты MATLABПример – использование объекта “tg”>>   tg = xpc; % Create xPC Target object>>   tg.load(mct_xpcClosedLoop);...
xPC Target Embedded OptionПозволяет использовать xPC Target для  разворачивания приложений   Расширение для xPC Target  ...
Ключевые возможности xPC Target   Доступ к параметрам и управление машиной    реального времени и приложением xPC    Targ...
Конфигурация машины:Типичные подводные камни                      © 2012 The MathWorks, Inc.                              ...
Конфигурация машины:Типичные подводные камни При подключении вашей модели к тестируемому железу есть много факторов, котор...
Конфигурация машины:Типичные подводные камниПроизводительность Все задачи обязаны завершиться в отведенные                ...
Конфигурация машины:Типичные подводные камниПодключения    Как убедиться, что I/O модули подходят для вашего             ...
Конфигурация машины:Типичные подводные камниПрактичность    Какие форм факторы существуют для построения                 ...
Конфигурация машины:Типичные подводные камниПоддержка    Можно ли быть уверенным, что выбранные            компоненты буд...
Машины реального времениSpeedgoat работают «из коробки»                              © 2012 The MathWorks, Inc.           ...
Машины реального времени SpeedgoatКаждая машина реального времени Speedgoat построена такимобразом, чтобы работать «из кор...
Машины реального времени Speedgoat8 стандартных платформ Оптимизированы для высочайшей производительности в реальном врем...
Машины реального времени SpeedgoatСамые популярные           Performance real-time target machine            Для использо...
Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция            Многофункциональные                         FPGA-Based     ...
Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция            Многофункциональные                         FPGA-Based     ...
Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция               Многофункциональные                            FPGA-base...
1. Speedgoat FPGA Code модулиFPGA-based I/O модули могут быть переконфигурированы требуемым FPGA Code:Code     Число      ...
2. FPGA-based I/O модули для совместноговыполнения с моделью Запуск выбранных подсистем модели на высоких скоростях на FP...
Выгода от xPC Target TurnkeyПозволяет: Сфокусироваться на основных задачах, а  не на инструментах и оборудовании Обнаруж...
Некоторые заказчики xPC Target TurnkeyИспользование по всему миру в разных индустриях                                     ...
Цитата заказчика"When we received our first real-time target machine fromSpeedgoat we were impressed by the quick installa...
Примеры использования                        © 2012 The MathWorks, Inc.                                                42
Применение Real-Time TestingПример: Прототипирование управления двигателем   Двигатели, работающие от AC    (электросеть,...
Применение Real-Time TestingПример: Авиа/космические системы1                             2          Цифровое             ...
Применение Real-Time Testing    Пример: Авиа/космические системы    Тестируемое железо      –   Головка самонаведения/дат...
Применение Real-Time Testing    Пример: Технологии зеленой энергии (солнца и ветра)    Тестирование управления солнечным ...
Применение Real-Time Testing    Пример: Слуховые аппараты    Быстрое прототипирование слуховых аппаратов    Сложные моде...
Технология FPGA для Real-Time Testing   Зачем использовать FPGA для real-time testing?    – Настраиваемые/Перепрограммиру...
Пример использованияПрототипирование управления   Цель     – Разработать контроллер для бесщеточного двигателя постоянног...
Задача 1 – Симуляция                                             Controller Blocks                                        ...
Задача 1 – Симуляция                                                         Controller Blocks                            ...
Задача 2 – Real-Time Симуляция                                                        Controller Blocks                   ...
Задача 2 – Real-Time Симуляция                                                                          Controller Blocks ...
Задача 3 – Real-Time Симуляция                                                               Controller Blocks            ...
Задача 3 – Real-Time Симуляция                                                                   Controller Blocks        ...
Задача 4 – Real-Time Симуляция                                                                 Controller Blocks          ...
Задача 4 – Real-Time Симуляция                                                                   Controller Blocks        ...
КонсалтингБыстрый старт:                                                Участие в проекте:    – 3-5 дней у вас, быстрый вв...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

xPC Target Turnkey - решение для разработки стендов реального времени

1,840 views

Published on

Презентация, использованная на семинаре по разработке симуляторов в MATLAB и Simulink в Москве 15 мая 2012 года.
Подробности: http://aeshnik.livejournal.com/5211.html

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,840
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
109
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide
  • Model-Based Real-Time TestingReal-Time Testing is the process of running and proving system designs with hardware under test.Simulink is the industry standard for Model-Based Design.xPC Target enables real-time testing of Simulink models.All tasks must respond/complete within specified time periods (hard real-time, deterministic). The real-time testing solution has to guarantee responsiveness within the specified time to ensure usability!Real-time testing environments must take full advantage of today's powerful high-end processors, FPGAs, network architectures, and I/O interfaces to meet increasingly demanding and complex system design requirements.
  • Real-Time TestingMost Common Test StrategiesRapid Controller Prototyping (RCP) Model, simulate, and test your controller designs while connecting to your physical plant/system (hardware = physical plant/system)(software under test = controller model/design)Hardware-in-the-Loop (HIL) SimulationModel and simulate your physical plant/system while connecting to and testing your actual controller(software = physical plant/system)(hardware under test = controller)
  • xPC Target TurnkeyA complete software/hardware solution that eliminates the real-time testing challenges and pitfalls
  • xPC Target TurnkeyxPC Target (MathWorks)Software for real-time testing using Simulink modelsMulti-core/Multi-tasking real-time kernel optimized for SimulinkSoftware (CPU) and Hardware (FPGA) co-design supportedTools for real-time monitoring, parameter tuning, and data loggingReal-time target machines (Speedgoat)Hardware for real-time testing using Simulink modelsTarget computers built and optimized for Simulink & xPC TargetHighest real-time performance also supporting FPGA technologyHardware under test (Customer)Customer supplied resources.
  • xPC Target User Interface OptionsxPC Target provides a number of UI options that enable you to communicate with and control real-time applications running on the target machine. These include:xPC Target Explorer – xpcexplrSimulink External ModexPC Target APIsMATLAB GUIDEMATLAB command scriptsUse one or more of these tools based on your workflow and interface requirements.
  • xPC Target Explorer – xpcexplrTune parameters, monitor & plot signals
  • xPC Target Explorer – Next Generation(Beta in R2012a)Complete redesign Better performanceWorks on 32-bit and 64-bit MATLAB (default on 64-bit)Runs independent of MATLABOn 32-bit MATLAB>> xpcexplr –betaOn 64-bit MATLAB>> xpcexplr
  • Simulink External ModeSimulink model is the interface to the target real-time application
  • xPC Target APIsExample – Create & Edit Custom Uis.NET, C, COM APIsDrag-and-drop controlsProgram callbacks with ease using Intellisense
  • MATLAB GUIDECreate & Edit Custom UI’s in MATLAB
  • MATLAB ScriptsUsing the “tg” Object properties>> tg = xpc; % Create xPC Target object>> tg.load('mct_xpcClosedLoop'); % Load application>> tg.start; % Start application>> Amp=tg.getparamid('Signal Generator', 'Amplitude');>> tg.setparam(Amp,2) % Change Amplitude valueans = parIndexVec: 2OldValues: 0.5000NewValues: 2>> tg.stop; % Stop application>> plot(tg.TimeLog,tg.OutputLog(:,[1 2])) % Plot data
  • Challenges and Pitfalls of Real-Time TestingHow to be sure that the complete real-time testing solution guarantees responsiveness within the specified time?What are the latencies introduced by the required I/O connectivity and protocols?How much time does it take to perform algorithmic calculations depending on model-complexity, MathWorks products used, and the execution mode (interrupt and polling mode, single- and multi-core, single-task and multi-task, …)?Which CPUs, chipsets, devices, and bus types guarantee reaching the required performance?Which BIOS and driver settings are required?
  • Challenges and Pitfalls of Real-Time TestingHow can you be sure that your I/O modules have the right characteristics for your application?All I/O types have to be covered by the smallest amount of I/O modules to save cost and I/O expansion spaceDo I/O modules come with the required transceivers?What are the required and supported voltage and current ranges?What signal connection is available?How to make sure, that xPC Target drivers access the I/O modules in the most efficient and flexible way?
  • Challenges and Pitfalls of Real-Time TestingWhat form factors exist to build a system that meets space and environmental requirements?Field, Lab, Cabinet, Office, Harsh Environments, MobileHow can power consumption be minimized?Is it functional in a harsh or extended temperature (- 40 to + 85° C) environment?What about EMI, shock, vibration, industry and country specific certifications and conformity declarations?Are special connectors and panels available?
  • Challenges and Pitfalls of Real-Time Testing How to make sure that the selected components will be available if additional units are needed over a long period of time? What about warranty, repair services, and technical support for the target computer including I/O modules in conjunction with Simulink and xPC Target? What about life cycle and quality requirements for mission critical applications? How to ensure the drivers for I/O modules and tools are continuously maintained and available for the latest release of xPC Target and other MathWorks products?
  • xPC Target TurnkeyEach Speedgoat real-time target machine is built to work out-of-the-boxassembled based on the customer specific needs (sample rates, I/O and protocol support, environmental needs, form factor, …) built and optimized for use with Simulink and xPC Targetincludes 3 years of warranty, tech. support, and software updatesCustomer Quote"Up and running in less than a day!“Darren Hartman, Excavator Design, HUSCO International, USACustomer Quote“We received Speedgoat’s real-time target machine in the morning and in the evening our system under test was already up and running. That’s how rapid prototyping should be, shouldn’t it?”M. Feriencik, RUAG Space AG, Switzerland
  • Multi-Function I/O ModulesTypical use casesFPGA-based I/O module functionality is preconfigured by Speedgoat as specified by the customer- Speedgoat implements required FPGA Code Modules (one FPGA Code Module = one channel)- Functionality is accessible through standard Simulink driver blocks (same as fixed-function I/O)- Delivery includes Simulink driver blocks and a single bitstream- Functionality (FPGA Code Module type/count) can be reconfigured by Speedgoat at any time- Sufficient in case it’s not required to run model components on FPGA using Simulink HDL Coder- 90% of FPGA-based I/O modules are sold as “preconfigured” I/O modulesFPGA-based I/O module functionality can be configured by the customer- Speedgoat provides a single Simulink block and a Netlist per FPGA Code Module - The driver block allows to define the required FPGA Code Module count and to set parameters- I/O mapping is configured by the customer using the HDL Workflow Advisor- Customer integrates model components and Speedgoat blocks/netlists to a single bitstream- Typically required to run specific model components at highest sample rates (50 kHz to 2 MHz)Also available: FPGA Engineering Kits allowing customer to write their own HDL CodeGood to Know~ 50% of all POs include FPGA-based technology from Speedgoat.~ 15% of of all customers show strong interest in automatic HDL Code Generation
  • Benefits of xPC Target TurnkeyFrom the customer’s perspectiveAllows me to focus on core competencies instead of tools and hardware infrastructureAllows me to avoid costly design flaws by detecting errors at a stage where they are still cost effective to correctAllows me to simulate and automate test scenarios and hardware interactions which are otherwise complex, expensive, or dangerous to perform
  • Some of Our (Turnkey) CustomersWorldwide adoption in many industriesABB, CH/SE/NO ASML, NLBAE Systems, US Baxter Medical, USCaterpillar, DE/IN/JP/US Cochlear, AU/BEETEL, CH GD Electric Boat, USHamilton Sundstrand, US Honeywell, USHUSCO, US Imedco, CHKongsberg, NO Lockheed Martin, USMedical Simulation, US Millipore, FRMitsubishi, JP Mitsui, JPNASA, US Oceanworks, CAPhilips Healthcare, US Phonak, CHRafael, IS Raytheon, USRatier-Figeac, FR Red Bull F1, UKRUAG Space AG, CH Robert Bosch, DE/NLSiemens, DE SMA Solar Techn., DESuzlon Energy, DE TAI, TKVolkswagen, DE Volvo, SE/KOUniversities all around the world… and many othersGood to Know2011 SalesxPC COM seat distributionAMER: 44%EMEA: 38%APAC: 18%xPC COM seat growth in AMER: 28%xPC COM seat growth in IAM industry: 33%xPC EDU seat growth: 60%
  • Some of Our (Turnkey) CustomersWorldwide adoption in many industriesABB, CH/SE/NO ASML, NLBAE Systems, US Baxter Medical, USCaterpillar, DE/IN/JP/US Cochlear, AU/BEETEL, CH GD Electric Boat, USHamilton Sundstrand, US Honeywell, USHUSCO, US Imedco, CHKongsberg, NO Lockheed Martin, USMedical Simulation, US Millipore, FRMitsubishi, JP Mitsui, JPNASA, US Oceanworks, CAPhilips Healthcare, US Phonak, CHRafael, IS Raytheon, USRatier-Figeac, FR Red Bull F1, UKRUAG Space AG, CH Robert Bosch, DE/NLSiemens, DE SMA Solar Techn., DESuzlon Energy, DE TAI, TKVolkswagen, DE Volvo, SE/KOUniversities all around the world… and many othersGood to Know2011 SalesxPC COM seat distributionAMER: 44%EMEA: 38%APAC: 18%xPC COM seat growth in AMER: 28%xPC COM seat growth in IAM industry: 33%xPC EDU seat growth: 60%
  • Real-Time Testing ApplicationsExample: Motor Control PrototypingAC (electrical grid, inverter, combustion) or DC (battery) powered electric motors converting electrical or heat energy into mechanical motionVarious sample rates, e.g.:1 – 20 kHz for outer speed and/or position control loops10 – 200 kHz for inner current control loops1-100 MHz for PWM generationEncoders used to provide position/speed feedback (servo)High-speed A/D used to provide torque feedbackHeavy use of reconfigurable FPGA-based I/O modulesPWM generation, capture, synchronization, quadrature decoding, digital I/OAdditional I/O often required (e.g., CAN for hybrid projects)
  • Real-Time Testing ApplicationsExample: Aerospace/Defense SystemsAnAerospace/Defense example is guided munitions system development. This typically includes four “test” phasesDigital SimulationHardware-in-the-loop SimulationCaptive Carry TestingLive Fire Testing
  • Real-Time Testing ApplicationsExample: Aerospace/Defense SystemsHardware Under TestSeeker/SensorNavigation/Guidance/Control UnitsSimulationEnvironmental conditionsTarget scene in seeker/sensor FOVAirframe dynamicsControl surfaces, other sensors/actuators5 KHz base sample rateComplex model/simulation (1000’s of blocks)Multiple test computers connected through high-speed (shared/reflective memory) interfaces100’s of channels of I/OAllows for proving out test scenarios before incuring high cost of field or live-fire testingGood to KnowGovt/Defense purchase channels are available2011 customers include:Aselsan Mil Elect (TR) General Dynamics (US) Lockheed Martin (US)Northrop Grumman (US) Rafael (IS)Ratier-Figeac (FR)Raytheon (US)
  • Real-Time Testing ApplicationsExample: Green Energy (Solar and Wind) TechnologiesTest solar inverter and wind power generation control designsInterface to fast switching power electronicsHigh base sample rates:Up to 20KHz for algorithmsUp to 200KHz for power electronics controlHigh-speed analog I/OHeavy use of reconfigurable FPGA I/O modulesPWM generation and capture for simulating and controlling H-bridge topologies (multi-phase, dead-times, inter-phase synchronization)Good to KnowIn 2011 ~25% of all target machines sold at Speedgoat went to customers having projects in the area of renewable energy and energy efficiency improvementsThe Speedgoat Greengoat program offers 10% discount for such projectsMost major solar inverter developers use xPC Target
  • Real-Time Testing ApplicationsExample: Hearings AidsRapid Prototyping of hearing aidsComplex model (algorithm): 14,000 and more blocksBase sample rate: 20.48 kHzLow-latency analog I/O: 24bit, up to 96kHz Highest-speed and lowest-noise setupReflective/Shared memoryRack mounts and XLR Panels Good to KnowTypical setup 1: Performance machine, 3.6 GHz, IO104 (8 AD & 8 DA), single-core polling mode (up to ~100 kHz) or multi-core polling mode (~50 kHZ with host and target scopes / data logging)Typical setup 2: IO108 & IO109 instead of IO104, high AD resolution, XLR panels, racksUsed by major hearing aids developers worldwide
  • FPGA Technology for Real-Time TestingWhy use FPGA’s in real-time testing applications?Reconfigurable/Reprogrammable I/OFast computations (High KHz and MHz rates)Use Case Requirement Levels:I want to use Speedgoat provided FPGA-based I/O functionalityI want my Simulink algorithm to run on the FPGAI want to import my own HDL code in to my model that runs on the FPGA
  • Use CaseController PrototypingObjectiveDesign a controller for a brushless DC motorRequirements1KHz position loop1KHz speed (velocity) loop10KHz torque (current) loop100MHz PWM generation
  • Task 1 – SimulationDesign StepsModel controller in SimulinkCreate sensor/actuator test blocksValidate (as much as possible) through simulation
  • Task 1 – SimulationPain PointsTest blocks are not representative of real sensors and actuatorsAlternatively, high fidelity sensor/actuator models must be createdTo close the loop, you need a representative model of the motor (plant)
  • Task 2 – Real-Time SimulationDesign StepsReconfigure model to run in real-timeValidate controller with hardware (power electronics and DC motor)No Simulink HW design needed 10KHz torque loop is sufficient, CPU can do the jobPWM blocks provided by Speedgoat run in FPGA
  • Task 2 – Real-Time SimulationPain PointsBlock replacement (Test blocks with I/O blocks)Adjust model to run in real-timeConfiguration settings for code generationVerify I/O signal levels, adjust model to account for throughput/latenciesIf CPU Overloads occur, consider Using multi-core mode, buying a faster CPU, moving part of the algorithm to the FPGA
  • Task 3 – Real-Time SimulationDesign Steps10KHz SW (CPU) torque loop is insufficientIncrease to 100KHz to gain higher fidelity (REQUIREMENTS CHANGE)Validate controller with hardware (power electronics and DC motor)Simulink HW/SW design required Analog In, Torque controller, PWM blocks all run in FPGA
  • Task 3 – Real-Time SimulationPain PointsMove torque controller to FPGAConvert from floating-point to fixed-point and revalidateLimited by HDL Coder compatible blocksRequired I/O functionality must be supported by HDL Coder workflowNeed high speed (FPGA-based) analog inputUse Speedgoat PWM blocks via «blackbox architecture» or I must create my own
  • Task 4 – Real-Time SimulationDesign StepsModel power electronics in Simulink (REQUIREMENTS CHANGE)Validate (as much as possible) through simulationDeploy models to real-time environment and test with hardware (DC motor)HW design needed Torque controller operates at 100KHzPower electronics model operates at 100MHz (REQUIREMENTS CHANGE)Analog input, torque controller, power electronics, PWM blocks all run in FPGA
  • Task 4 – Real-Time SimulationPain PointsMove torque controller and power electronics to FPGAPower electronics originally modeled in SimPowerSystemsMust redesign for FPGA domain (challenging)Convert from floating-point to fixed point and revalidateLimited by HDL Coder compatible blocksRequired I/O functionality must be supported by HDL Coder workflowNeed high speed (FPGA-based) analog inputUse Speedgoat PWM blocks via «blackbox architecture» or I must create my own
  • xPC Target Turnkey - решение для разработки стендов реального времени

    1. 1. Модельно-ориентированноетестирование в реальном времени сиспользованием xPC Target Turnkey © 2012 The MathWorks, Inc. 1
    2. 2. Модельно-Ориентированное Проектирование:Непрерывная верификация и валидация Исследования Требования Разработка Тестирование и верификация Модели окружения Физические компоненты Алгоритмы Реализация Structured C, C++ VHDL, Verilog Text MCU DSP FPGA ASIC PLC, SPS Тестовая система Интеграция 2
    3. 3. Зачем проводить тестированиев реальном времени? Определенность Повторяемость Тестирование, верификация, валидация и подтверждение правильности разработки Исследование новых идей с использованием платформы для разработки, независимой от серийного продукта Снижение затрат, сокращение времени вывода на рынок и минимизация рисков 3
    4. 4. Тестирование в реальном времени: частая задача модельно-ориентированного проектирования System System Design Testing Rapid Hardware-in- Controller the-Loop Prototyping SimulationОпределение Targetingтребований Окончательная Моделирование Hardware- интеграция и и in-the-Loop тестирование симуляция симуляция Спецификация Системная системного Rapid интеграция и Software- уровня Controller тестирование in-the-Loop Prototyping симуляция Интеграция и Детализация тестирование дизайна On Target дизайна RCP, Реализация Production дизайна 4
    5. 5. Model-Based Real-Time Testing System System Design TestingЧетыре базовых шага: Rapid Hardware-in- Controller the-Loop Prototyping Simulation1. Создание тестируемого железа (объекта)2. Симуляция контроллера и анализ объекта Targeting3. Симуляция модели контроллера и анализ контроллера4. Реализация проектаПозволяет делать следующее: Доказывать функциональную корректность как можно раньше Исследовать новые идеи и непрерывно уточнять ваш дизайн Design Real-Time Software Hardware 5
    6. 6. Быстрое прототипирование алгоритмовуправления (RCP) V Моделирования, симуляция и тестирование Hardware ваших алгоритмов управления при (Plant/System) подключении к физическому объекту управления Генерация кода Хост с системой управления в Машина реального времени, на Simulink которой работает ваша система Тестируемое железо управленияБольшой набор инструментов Ethernet Широкий диапазондля непрерывной (Связь Host-Target) I/O подключенийверификации и валидации 6
    7. 7. Симуляция Hardware-in-the-Loop V Моделирование и симуляция физического Тестируемое объекта при подключении к настоящему железо контроллеру Генерация кода Контроллер, ЭБУ, датчики/ис Машина реального времени, на Хост с моделью объекта полнительные механизмы которой работает ваша модель управления в Simulink объекта управления Широкий диапазон I/O подключений 7
    8. 8. Широкая область применения …Автоматизация и Робототехника, промышленные процессы, силовые иуправление энергетические системы, датчики и исполнительные механизмы, управление зданиями и технологическое оборудованиеМедицинские Слуховые аппараты, биомедицинское оборудование иустройства медицинские устройства (робототехника)Академия Верификация и тестирование теоретических концепций, обучение студентов, разработка новых технологий для коммерческих примененийЗеленая энергия Солнечные батареи, ветряки и двигатели на альтернативном топливеАвто Пассажирские авто, грузовики, внедорожники, строительная и сельхозтехника, гоночные …Аэрокосмос Авиация, военный транспорт, БПЛА, ракеты, спутники и космические аппараты …Электроника Хранение данных, принтеры, мультимедиа, оборудование для производства DVD, Blu Ray … 8
    9. 9. xPC Target TurnkeyГотовое решение для тестирования в реальном времени © 2012 The MathWorks, Inc. 9
    10. 10. Готовое решение для тестирования вxPC Target Turnkey реальном времени Сочетание ПО MathWorks с железом Speedgoat Предлагает завершенное решение для симуляции и тестирования в реальном времени MathWorks Speedgoat Заказчик 10
    11. 11. xPC Target Turnkey Host/Target Платформа для тестирования в реальном времени ваших алгоритмов управления или объектов управления. Тестируемая система (Объект или прототип контроллера) 11
    12. 12. Как это работает? © 2012 The MathWorks, Inc. 12
    13. 13. Рабочий процесс xPC Target1 32 EthernetХост: ноутбук или компьютер Машина реального времениВыполнение моделей Simulink в реальном времени 13
    14. 14. Подключение к тестируемому железу Библиотечные блоки драйверов xPC Target поставляются с модулями I/O для моделей Simulink Блоки подключаются к вашим портам в модели Функциональность настраивается через диалог параметров Сборка и загрузка вашего приложения на машину реального времени с использованием автоматической генерации кодаПример:Блоки драйверов Simulink для Настройка функционала,IO301, I/O модуля от Speedgoat Диалог параметров например, для генерации ШИМ 14
    15. 15. Пользовательский интерфейс xPC Target xPC Target предлагает несколько возможностей для связи и управления приложением реального времени, запущенным на машине:  xPC Target Explorer – xpcexplr  Simulink External Mode  xPC Target APIs  MATLAB GUIDE  Скрипты MATLAB Используйте один или несколько этих инструментов в зависимости от вашего рабочего процесса и требований к интерфейсу. 15
    16. 16. xPC Target Explorer – xpcexplr Пример: настройка параметров, мониторинг сигналов и построение графиков Double-click to editParameters Signals 16
    17. 17. xPC Target Explorer – следующее поколениеBeta в R2012a Новый дизайн Выше производительность Работает на 32-bit и 64-bit MATLAB Работает независимо от MATLAB Мониторинг нескольких сигналов из нескольких подсистем ОдновременнаяНа 32-bit MATLAB настройка» xpcexplr –beta параметровНа 64-bit MATLAB» xpcexplr Построение графиков 17
    18. 18. Simulink External ModeПример – Модель Simulink является интерфейсом для приложенияреального времени External Mode 18
    19. 19. xPC Target APIsПример – Создание настраиваемых интерфейсов Define callbacks and GUI behavior .NET, C, COM APIs Простое добавление элементов управления Программные callbacks с Intellisense Instant access to all API objects Drag and drop controls Graphical interface design 19
    20. 20. MATLAB GUIDEПример – Создание настраиваемых интерфейсов в MATLAB 20
    21. 21. Скрипты MATLABПример – использование объекта “tg”>> tg = xpc; % Create xPC Target object>> tg.load(mct_xpcClosedLoop); % Load application>> tg.start; % Start application>> Amp=tg.getparamid(Signal Generator, Amplitude);>> tg.setparam(Amp,2) % Change Amplitude value ans = parIndexVec: 2 OldValues: 0.5000 NewValues: 2>> tg.stop; % Stop application>> plot(tg.TimeLog,tg.OutputLog(:,[1 2])) % Plot data 21
    22. 22. xPC Target Embedded OptionПозволяет использовать xPC Target для разворачивания приложений Расширение для xPC Target Приложение работает независимо от Simulink Одна лицензия Simulink/xPC Target Для многих машин  Полевые испытания  Полноценный контроллер  Решения для тренажеров  И т.д. 22
    23. 23. Ключевые возможности xPC Target Доступ к параметрам и управление машиной реального времени и приложением xPC Target Сбор и отображение данных в реальном времени Настройка параметров до, во время и после выполнения в реальном времени Запись данных для пост-обработки Разработка графических интерфейсов Развертывание приложений с xPC Target Embedded Option 23
    24. 24. Конфигурация машины:Типичные подводные камни © 2012 The MathWorks, Inc. 24
    25. 25. Конфигурация машины:Типичные подводные камни При подключении вашей модели к тестируемому железу есть много факторов, которые, если их не принять во внимание, могут привести к рискам использования решения реального времени: Производительность Современность Доступность Качество Практичность I/O подключения ПО Поддержка Ремонт Создание собственной машины реального времени мешает инженерам сконцентрироваться на их настоящей работе – создании высокотехнологичного продукта следующего поколения 25
    26. 26. Конфигурация машины:Типичные подводные камниПроизводительность Все задачи обязаны завершиться в отведенные  периоды (жесткое реальное время, детерминизм)  Решение для тестирования в реальном времени должно гарантировать отклик в отведенное время, чтобы обеспечить выполнение задачи!  Как убедиться в том, что полноценное решение для тестирования в реальном времени гарантирует отклик в отведенное время?  Какие задержки вносятся требуемыми расширениями I/O и протоколами?  Сколько времени занимает расчет алгоритма?  Какие CPU, чипсеты, устройства, настройки BIOS и драйверов, и типов шин гарантируют достижения требуемой производительности? 26
    27. 27. Конфигурация машины:Типичные подводные камниПодключения  Как убедиться, что I/O модули подходят для вашего приложения?  Все типы I/O должны быть обеспечены минимальным числом модулей I/O, чтобы уменьшить затраты и число слотов расширения  Если ли в модулях I/O требуемые трансиверы?  Какие требуемые и поддерживаемых диапазоны токов и напряжений?  Какие сигнальные подключения доступны?  Как убедиться, что драйверы xPC Target работают с модулями I/O наиболее эффективно и гибко? 27
    28. 28. Конфигурация машины:Типичные подводные камниПрактичность  Какие форм факторы существуют для построения системы с соответствием требований внешних условий? Поле Лабор. Кабинет Офис Жесткие условия Мобил  Как минимизировать потребление энергии?  Будет ли это работать в жестких внешних условиях или температурах (- 40 до + 85° C)?  Что насчет ЭМС, вибраций, специфичных требований для стран или соответствия сертификатам?  Доступны ли специальные разъемы и панели? 28
    29. 29. Конфигурация машины:Типичные подводные камниПоддержка  Можно ли быть уверенным, что выбранные компоненты будут доступны, если потребуется большеПоставки экземпляров?Ремонт  Что насчет гарантии, ремонта и технической поддержки машины реального времени, включая платы I/O и их взаимодействие с Simulink и xPC Target?  Что насчет жизненного цикла и требований по качеству для критических к безопасности приложений?  Как обеспечить непрерывную доработку и доступность драйверов плат I/O для самых последних релизов xPC Target и других продуктов MathWorks? 29
    30. 30. Машины реального времениSpeedgoat работают «из коробки» © 2012 The MathWorks, Inc. 30
    31. 31. Машины реального времени SpeedgoatКаждая машина реального времени Speedgoat построена такимобразом, чтобы работать «из коробки» Собраны по вашим специфичным требованиям (частоты дискретизации, поддержка I/O и протоколов, требования к окружению, форм фактор, …) Построены и оптимизированы для работы с Simulink и xPC Target Современное, технологичное, полностью протестированное решение Включает 3 года гарантии, техподдержки и обновлений ПОЦитата заказчика Цитата заказчика"Up and running in less than a day!“ “We received Speedgoat’s real-time target machine in the morning and in the evening our system under testDarren Hartman, Excavator was already up and running.Design, HUSCO International, USA That’s how rapid prototyping should be, shouldn’t it?” M. Feriencik, RUAG Space AG, Switzerland 31
    32. 32. Машины реального времени Speedgoat8 стандартных платформ Оптимизированы для высочайшей производительности в реальном времени Различные форм факторы для офиса, лаборатории, поля Открытая архитектура и широкий набор поддерживаемых подключений I/O 32
    33. 33. Машины реального времени SpeedgoatСамые популярные Performance real-time target machine  Для использования на столе, в лаборатории или стойке  Высочайшая производительность реального времени  Поддержка многоядерных вычислений  Легкая, малошумная, с эффективной системой охлаждения  Подключение до 17 I/O модулей с шасси расширения Mobile real-time target machine  Небольшая и надежная, без вентиляторов и движущихся частей, защита от ударов  Идеально для ограниченного пространства и мобильных приложений  Опциональная поддержка диапазона температур от -40°C до +75°C  Поддержка частот до 2.16 GHz (dual core)  Подключение до 3 I/O модулей – до 9 в конфигурации open- frame 33
    34. 34. Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция Многофункциональные  FPGA-Based  Reconfigurable  Co-ExecutableSpeedgoat предоставляет широкий набор модулей I/O, сделанных иоптимизированных для использования с Simulink и xPC Target. Все модулипоставляются с драйверами Speedgoat и инструментами для xPC Target.Кроме того, в поставку большинства I/O модулей входит также кабель итерминальная плата. 34
    35. 35. Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция Многофункциональные  FPGA-Based  Reconfigurable  Co-ExecutableВысоко оптимизированы для целевого использования и включаютспецифичные аппаратные компоненты, такие как очень быстрые А/Цпреобразователи или специальные разъемы:Analog High-resolution (16 to 24-bit), high channel count, low latency, simultaneous, BNC and XLR panels, …Digital TTL, 12V, 24V, high-drive, opto-coupled, …Serial RS232, RS422, RS485, SDLC, HDLC, …Протоколы SSI, CAN, SAE J1939, real-time UDP, Raw Ethernet, EtherCAT, FlexRay, WebCam, CameraLink, Arinc 429, MIL-STD-1553, …Разное Shared memory, LVDT/RVDT, Synchro/Resolver, Crank, Cam, reed relays, programmable resistors, signal conditioning (current to voltage, voltage to current, temperature, …) 35
    36. 36. Одно- и многофункциональные I/O модулиОдна функция Многофункциональные  FPGA-based  Функционал по умолчанию, но  Переконфигурируется Speedgoat  Программируется заказчикомFPGA-based I/O модули на основе ПЛИС чипа от Xilinx предоставляют наборцифровых (TTL, RS422, LVCMOS, LVDS) и аналоговых I/O линий. Типичныеприменения:1. Преднастроенный функционал от Speedgoat Доступный функционал FPGA Code Module (один code module = один канал): PWM generation, capture, quadrature decoding, SSI, EndDat, SPI, I2C, synch, … Функционал доступен через блоки драйверов в Simulink Работает как модуль I/O с фиксированным функционалом, не требуется программирование HDL2. FPGA-based I/O модули, настроенные заказчиком с использованием SimulinkHDL Coder Обычно требуются, чтобы запускать компоненты модели на высочайших частотах (50 kHz до 150 MHz) Объединение компонентов модели с блоками Code Module в единый bitstream Требуется реализация подсистемы модели в Fixed-point3. Также доступно: FPGA Engineering Kits для написания и реализации вашегособственного HDL кода 36
    37. 37. 1. Speedgoat FPGA Code модулиFPGA-based I/O модули могут быть переконфигурированы требуемым FPGA Code:Code Число ФункционалModule каналовPWM 3 Pulse Width Modulation for symmetric, asymmetric, single-phase, multi-phase, and deadband compensation and frequency-modulated pulse trains.CAP 3 Measures pulse durations and PWM duty-cycles. Starts counting when a signal is toggling based on defined events.QAD 3 Quadrature decoding of incremental encoder sensors (rotation direction and position)INT 1 Interrupt to support asynchronous events pacing the entire model or a function-call triggered subsystem using an external source signal.NEG 1 Negation to sample and acquire for example analog signals based on a trigger event having a different polarity than the trigger sourceDIO remaining Functionality for general purpose digital inputs or outputs. All I/O lines not use by other FPGA I/O lines Code Module specific functionality are configured for the use as general purpose digital I/Os.PWM IN Provides information about high and low signal durations and measures period duration between two trigger eventsSSI Synchronous Serial Interface to communicate with absolute encoders NEW (also provided by the IO401)SYN Synchronize various I/O modules installed in the same or in different target machines NEWLDO Allows to output a digital signal each time a trigger event applies whereas the trigger can be software‐based to При depend on the model period or it can be a hardware trigger transition. Polarity can be selected through the driver. необходимоSPI Implements either one SPI Master or one SPI Slave channel стиMcBSP SPI Code Module to communicate with the TI multichannel buffered serial port (McBSP) NEWI2C Implements either one I2C Master or one I2C Slave channelEnDat Implements one EnDat channel to communicate with encoder sensors from Heidenhain NEWBiSS Implements one BiSS channel to communicate with encoder sensors from Renishaw NEW 37
    38. 38. 2. FPGA-based I/O модули для совместноговыполнения с моделью Запуск выбранных подсистем модели на высоких скоростях на FPGA Speedgoat FPGA Code Modules также могут использоваться через Netlists Устранение задержек по шине PCI, когда и подсистема и I/O выполняются на FPGA Использование автоматической генерации кода C и HDL Обязательная реализация подсистемы модели в Fixed-point Требует Simulink HDL Coder от MathWorksХост компьютер: Совместное выполнение: машина реального времени (x86-based) сРазработка и установленной настраиваемой FPGA и стандартными модулями I/Oмоделирование вSimulink 38
    39. 39. Выгода от xPC Target TurnkeyПозволяет: Сфокусироваться на основных задачах, а не на инструментах и оборудовании Обнаруживать ошибки на стадии, когда их еще можно эффективно исправить Симулировать и автоматизировать тесты без дорогих прототипов или при их отсутствии Сократить цикл разработки через распараллеливание рабочего процесса Увеличить скорость инноваций с использованием независимой платформы для разработки 39
    40. 40. Некоторые заказчики xPC Target TurnkeyИспользование по всему миру в разных индустриях Цитата заказчикаABB, CH/SE/NO Mitsui, JPASML, NL NASA, US “In the past, our engineers had to consider hardware details such as theBAE Systems, US Oceanworks, CA number of bits of accuracy and worryBaxter Medical, US Philips Healthcare, US about communicating the design toCaterpillar, DE/IN/JP/US Phonak, CH the software engineer. WithCochlear, AU/BE Rafael, IS MathWorks tools for Model-Based Design, the system engineer canETEL, CH Raytheon, US focus on controls, not on the details ofGD Electric Boat, US Ratier-Figeac, FR the target hardware.”Hamilton Sundstrand, US Red Bull F1, UK Corey Quinnell, INCOVA TechnologiesHoneywell, US RUAG Space AG, CHHUSCO, US Robert Bosch, DE/NL "Up and running in less than a day!"Imedco, CH Siemens, DEKongsberg, NO SMA Solar Techn., DE Darren Hartman, INCOVA TechnologiesLockheed Martin, US Suzlon Energy, DEMedical Simulation, US TAI, TKMillipore, FR Volkswagen, DE Университеты по всемуMitsubishi, JP Volvo, SE/KO миру … и многие другие 40
    41. 41. Цитата заказчика"When we received our first real-time target machine fromSpeedgoat we were impressed by the quick installation andperfect operation with xPC Target and other tools fromMathWorks.Without the Mobile and Performance real-time targetmachines, I/O modules and complementing drivers, wewould have lost weeks or even months for H/W & S/Wdebugging.Instead, we were able to directly and entirely focus on ouractual control design."Cédric Antraygue, Design Engineer, cockpit controls,Ratier-Figeac, France 41
    42. 42. Примеры использования © 2012 The MathWorks, Inc. 42
    43. 43. Применение Real-Time TestingПример: Прототипирование управления двигателем Двигатели, работающие от AC (электросеть, инвертер, ДВС) или DC (батарея), которые Генерация ШИМ переводят электрическую или тепловую энергию в Speedgoat очень механическое движение гибкая и Различные частоты, например: включает функционал, пол – 1 – 20 kHz для внешнего контура управления скоростью и/или положением езный для – 10 – 200 kHz для внутреннего контура управления широкого – 1-100 MHz для генерации ШИМ спектра систем управления Шифраторы используются для обратной связи по двигателем положению/скорости Быстрые АЦП для получения обратной связи по крутящему моменту Широкое использование настраиваемых I/O плат FPGA – PWM generation, capture, synchronization, quadrature decoding, digital I/O Часто требуются доп. I/O (например, для CAN) 43
    44. 44. Применение Real-Time TestingПример: Авиа/космические системы1 2 Цифровое HIL симуляция моделирование4 3 Полевые испытания Самолет-носитель 44
    45. 45. Применение Real-Time Testing Пример: Авиа/космические системы Тестируемое железо – Головка самонаведения/датчик – Устройства навигации/содействия/управления Симуляция – Условия внешней среды – Сцена для головки/датчика – Динамика аппарата – Контуры управления, другие датчики/ИУ 5 KHz базовая частота дискретизации HIL Simulation Сложная модель (тысячи блоков) Несколько тестовых компьютеров объединены высокоскоростными интерфейсами (shared/reflective memory) Сотни каналов I/O Позволяет доказывать тестовые сценарии до включения дорогих полевых испытаний 45
    46. 46. Применение Real-Time Testing Пример: Технологии зеленой энергии (солнца и ветра) Тестирование управления солнечным инвертором и ветрогенератором Интерфейс с быстро коммутирующей электроникой Высокие частоты дискретизации: – До 20KHz для алгоритмов – До 200KHz для управления силовой электроникой Высокоскоростные аналоговые I/O Широкое использование настраиваемых FPGA I/O modules – PWM generation and capture for simulating and controlling H-bridge topologies (multi-phase, dead-times, inter-phase synchronization) 46
    47. 47. Применение Real-Time Testing Пример: Слуховые аппараты Быстрое прототипирование слуховых аппаратов Сложные модели (алгоритмы): 14.000 и более блоков Базовая частота дискретизации: 20.48 kHz Быстрые аналоговые I/O: 24bit, до 96kHz Требования по высокой скорости и низким шумам при установке Reflective/Shared memory Установка в стойки и панели XLR 47
    48. 48. Технология FPGA для Real-Time Testing Зачем использовать FPGA для real-time testing? – Настраиваемые/Перепрограммируемые I/O – Быстрые расчеты (уровни высоких KHz и MHz) Варианты использования: 1. С функционалом, заложенным Speedgoat 2. С алгоритмами Simulink, работающими на FPGA 3. Импорт собственного HDL кода в модель, работающую на FPGA 48
    49. 49. Пример использованияПрототипирование управления Цель – Разработать контроллер для бесщеточного двигателя постоянного тока Требования – 1KHz контур положения – 1KHz контур скорости – 10KHz контур крутящего момента (тока) – 100MHz генерация ШИМ 49
    50. 50. Задача 1 – Симуляция Controller Blocks Simulink Test BlocksШаги по разработке 1KHz 10KHz torque (current) loop Модель контроллера в Simulink 100MHz PWM generation Создание тестовых блоков датчиков/ИУ Валидация по максимуму путем симуляции 50
    51. 51. Задача 1 – Симуляция Controller Blocks Simulink Test BlocksВажные моменты 1KHz 10KHz torque (current) loop Тестовые блоки не являются представлением 100MHz PWM generation настоящих датчиков и ИУ Требуется создавать сложные модели датчиков/ИУ Чтобы замкнуть контур управления, требуется модель двигателя (объекта управления) 51
    52. 52. Задача 2 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksШаги по разработке FPGA and I/O transceivers 1KHz Настроить модель для работы в реальном времени 10KHz torque (current) loop Валидация контроллера с реальным железом 100MHz PWM generation (силовая электроника и двигатель) До 10KHz для контура крутящего момента подсистема может работать на CPU (не требуется реализация на FPGA) ШИМ блоки, предоставляемые Speedgoat, работают на FPGA 52
    53. 53. Задача 2 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksПроблемы FPGA and I/O transceivers Замена блоков (тестовые блоки на I/O блоки) 1KHz 10KHz torque (current) loop Настройка модели для работы в реальном времени 100MHz PWM generation – Настройки для генерации кода – Верификация I/O сигналов, подстройка модели для учета задержек/пропускной способности – Если есть CPU Overload, рассмотреть варианты  Использование multi-core, покупка более быстрого CPU, перенос части алгоритма на FPGA 53
    54. 54. Задача 3 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksШаги по разработке Изменение FPGA and I/O transceivers требований 1KHz 10KHz SW (CPU) для контура управления 100KHz torque (current) loopкрутящим моментом недостаточно 100MHz PWM generation – Увеличить до 100KHz, чтобы повысить точность Валидация контроллера с железом (силовая электроника и двигатель) Требуется дизайн Simulink HW/SW – Аналоговый вход, контроллер крутящего момента, ШИМ блоки работают на FPGA 54
    55. 55. Задача 3 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksПроблемы FPGA and I/O transceivers Перенос контроллер крутящего момента на FPGA 1KHz 100KHz torque (current) loop – Конвертация из floating-point в fixed-point и валидация 100MHz PWM generation – Использовать только блоки, поддерживаемые Simulink HDL Coder Требуемые I/O должны поддерживаться HDL Coder workflow – Нужны быстрый (FPGA-based) аналоговый вход – Использование PWM блоков Speedgoat как «blackbox architecture» (Netlist) 55
    56. 56. Задача 4 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksШаги по разработке Изменение FPGA and I/O transceivers требований Моделирование силовой электроники в Simulink 1KHz 100KHz torque (current) loop Максимальная валидация путем симуляции 100MHz PWM generation Развертывание моделей в реальном времени и тестирование с железом (двигатель постоянного тока) Требуется разработка HW – Контроллер крутящего момента работает на 100KHz – Силовая электроника работает на 100MHz – Аналоговый вход, контроллер крутящего момента, силовая электроника, ШИМ блоки работают на FPGA 56
    57. 57. Задача 4 – Real-Time Симуляция Controller Blocks I/O Interface BlocksПроблемы FPGA and I/O transceivers Перенос контроллер крутящего момент и силовой электроники на FPGA 1KHz – Если силовая электроника была разработана в SimPowerSystems torque (current) loop 100KHz  Требуется редизайн для мира FPGA 100MHz PWM generation – Конвертация из floating-point в fixed-point и валидация Требуемые I/O должны поддерживаться в HDL Coder workflow – Нужны быстрый (FPGA-based) аналоговые вход – Использование PWM блоков Speedgoat как «blackbox architecture» (Netlist) 57
    58. 58. КонсалтингБыстрый старт: Участие в проекте: – 3-5 дней у вас, быстрый ввод в – Project-based consulting; курс дела раскройте полный потенциал – Демонстрация инструментов и продуктов MathWorks. техник для прототипирования, – Консультанты MathWorks могут тестирования и развертывания поддержать вас на всех стадиях моделей Simulink® в системах Model-Based Design, включая: реального времени с  Requirements specification and analysis использованием железа xPC  Data acquisition and analysis  Mathematical modeling and algorithm design Target Turnkey. Темы включают:  Simulation and model integration  Creating real-time models  Blockset and toolbox customization  Monitoring and logging data, changing model  Rapid prototyping using xPC Target™ parameters  Validation, test, and calibration  Configuring host-target communication  Development of associated test harnesses  Integrating I/O hardware and frameworks  Deploying a real-time application  Developing automated test scripts  Applying learned techniques to your applicationТренинги: Основы Simulink Coder • xPC Target освещается в течение 3 часов во время однодневного тренинга 58

    ×