Работа с платами ИНСИС из MATLAB, Дмитрий Смехов, Инструментальные Системы

1. «Инструментальные Системы»
Применение Matlab
Matlab

2. Основные задачи
1. Структура системы сбора
2. Запуск системы сбора
3. Подключение системы сбора к Matlab
4. Проверка алгоритма на реальных данных.
5. Выбор типа решения
6. Разработка узла ЦОС
7. Интеграция узла ЦОС в ПЛИС
8. Проверка узла ЦОС на тестовых данных
9. Проверка узла ЦОС в реальной работе
10.Эксплуатация

3. Структура системы сбора
АЦП
ПЛИС
Процессор
Объект
реального
мира
Вопросы:
• физическое подключение
• Частота дискретизации
• Режим:
• импульсный
• непрерывный
Скорость потока данных
[Мбайт/с]

4. Запуск системы сбора
PCI Express
USB 3.0
АЦПОЗУ
ISVI
Объект
реального
мира
Основная библиотека
Пример приложения
Программа визуализации
и измерения параметров
Канал
DMA
BARDY
exam_adc
Вопросы:
• Способ выделения
памяти
• Способ
регистрации
Скорость обработки
[Мбайт/с]

5. Подключение к Matlab
АЦП
Объект
реального
мира
АЦП
Объект
реального
мира
Файл
данных
Matlab
DLL BARDY
mex
System
Object
exam_adc

6. Проверка алгоритма
Все возможности Matlab

7. Выбор типа решения
• Компьютер
• Компьютер + GPU
• Сигнальный процессор
• ПЛИС

8. Разработка узла ЦОС
• Matlab / Simulink
• HDL Coder
• VHDL / Verilog
• C++ - Vivado HLS, SDSoC
• OpenCL - SDAccel

9. Интеграция узла ЦОС в ПЛИС
FIFORP
MUX
FIFO
TRD_ADC
TRD_USR_IN
DSP
FIFO
TRD_USR_OUT
AXI_STREAM
AXI_STREAM
AXI_LITE
ПО для
управления
узлом ЦОС

10. Проверка узла на тестовых данных
Данные поступают от компьютера, обрабатываются
и поступают обратно в компьютер
MATLAB
MUX
FIFO
TRD_USR_IN
DSP
FIFO
TRD_USR_OUT

11. Проверка узла на реальных данных
MATLAB
MUX
FIFO
TRD_USR_IN
DSP
АЦП ЦАП FIFO

12. Эксплуатация
PCI Express, USB 3.0
АЦПОЗУ
ISVI
Объект
реального
мира
Основная библиотека
служба для узла ЦОС
Рабочее приложение
Программа визуализации
и измерения параметров
Канал
DMA
BARDY
Application
Вопросы:
• Кто знает как
это работает ?
• Кто это будет
поддерживать ?
Узел
ЦОС

13. Конкуренция
Алгоритм
Аппаратура
сбораАппаратура
обработки
Matlab
ИнСисGPU ….
….

14. Конкуренция
Алгоритм
Аппаратура
сбораАппаратура
обработки
Matlab
ИнСисGPU ….
….

15. Подходы к проектированию
• Применение Matlab в разработке на ПЛИС?
– Классический подход RTL: Verilog / VHDL / Schematic
– Метод высокого уровня: Vivado HLS (C++)
– Системный подход
• MATLAB Simulink + Xilinx System Generator (XSG)
• MATLAB HDL-Coder
– Другие методы...

16. Процесс проектирования
– Отладка модели DSP Core в MATLAB Simulink
– Подключение интерфейсов обмена ПЛИС (RTL)
– Интеграция отлаженной модели DSP Core в базовую
прошивку ПЛИС
– Отладка модели всей системы
– Задание временных ограничений и размещения узлов в
кристалле
– Синтез и трассировка прошивки ПЛИС
– Отладка прошивки в железе

17. Пример: модель БПФ в MATLAB

18. Интеграция модели в Vivado / ISE
Реальные данные в ПЛИС (ChipScope Analyzer)

19. Примеры DSP: Matlab Simulink:
• Генератор модулированных M-последовательностей частотно-
временной с обработкой.
• CIC фильтр и модель для проверки:

20. Генератор хаоса в MATLAB
Пример модели из MATLAB Simulink: Временные диаграммы:
Результат на осциллографе:

21. Особенности подхода
• Преимущества
– Быстрый анализ новых проектируемых узлов ЦОС,
– Визуальное построение и сравнение полученных результатов,
– Simulink и Xilinx System Generator снижают порог вхождения при
разработке на ПЛИС,
– Ускорение проектирования за счет снижения времени
моделирования узлов.
• Недостатки
– Неоптимальный код для сложных систем ЦОС,
– Упрощенные модели в System Generator
– Необходимость осваивать несколько САПР.

22. Контакты
Александр Капитанов
WWW: http://www.insys.ru
e-mail: sallador@bk.ru
web-site: capitanov.ru
Дмитрий Смехов
WWW: http://www.insys.ru
e-mail: dsmv@insys.ru
web-site: ds-dev.ru
«Инструментальные Системы»
Москва