Materiały dodatkowe Simulink Real-Time

Katedra Inżynierii Systemów Sterowania
Materiały dodatkowe
Simulink Real-Time
Opracowali:
mgr inż. Tomasz Karla
Data:
Listopad, 2016 r.
Wstęp
Simulink Real-Time jest środowiskiem pozwalającym na tworzenie aplikacji
pracujących w czasie rzeczywistym z modeli Simulink i uruchamianie ich na
dedykowanych komputerach (Target PC) połączonych z fizycznymi
systemami. Zarządzanie symulacją odbywa się na innym komputerze
(Host PC).
Oprogramowanie pozwala na wykorzystanie kart rozszerzeń i portów
znajdujących się w dedykowanym komputerze co w połączeniu z dużą
mocą obliczeniową takiej jednostki daje bardzo duże możliwości w
projektowaniu systemów HIL.
Od wersji MATLAB R2014a narzędzie zostało przemianowane na Simulink
Real-Time. We wcześniejszych wersjach funkcjonowało pod nazwą
xPC Target.
Niniejszy materiał został opracowany w oparciu o Simulink Real-Time
dostępny w wersji MATLAB 2015b. Nowsze i starsze wersje mogą się
trochę różnić pod względem struktury opcji jednak znaczna większość opcji
pozostaje taka sama.
Instrukcja przygotowania modelu do pracy w narzędziu Simulink Real-Time
1. Utworzyć nowy Simulink Model.
2. Przejść w ustawienia Simulation> Model Simulation Parameters.
3. Przejść do zakładki Code Generation i wybrać w polu System Target File
odpowiedni moduł: slrt.tlc (dla Simulink Real-Time) lub xpctarget.tlc (dla
xPC Target).
Simulink Real-Time (xPC Target) do działania wymaga zgodnego
kompilatora. W zależności od wersji oprogramowania MATLAB, dostępna
jest inna lista kompatybilnych kompilatorów. W większości wypadków
darmowy kompilator zawarty w Microsoft Windows SDK w wersji 7 wzwyż
jest wystarczającym kompilatorem.
W najnowszych wersjach MATLAB Simulink od 2016a nie ma już
potrzeby wybierania zgodnego kompilatora.
Aby wybrać kompilator w starszej wersji należy przejść do zakładki Code
Generation, i wybrać go z listy w polu Build proces > Toolchain.
4. W zakładce Solver, w polu Solver options rekomendowane jest
ustawienie trybu Fixed-step i zadeklarowanie wybranego kroku
wykonywania symulacji oraz ustawić Stop time na inf.
5. W zakładce Simulink Real-Time Options (xPC Target Options) należy
zdefiniować tryb wykonywania modelu. Do wyboru są :
Real-Time – pozwalający na wykonywanie symulacji w czasie
rzeczywistym. W tym trybie, obliczenia poszczególnych kroków symulacji są
wykonywanie w oknach czasowych równych długości zadeklarowanego
kroku symulacji. Gdy obliczenia trwają krócej niż określony krok symulacji,
po wykonaniu zadania dalsze obliczenia zostają wstrzymane dopóki nie
zostanie rozpoczęte kolejne okno czasowe. W ten sposób uzyskuje się efekt
pracy w czasie rzeczywistym.
Freerun – pozwalający na wykonywanie symulacji najszybciej jak to tylko
możliwe. W tym trybie nie następuje wstrzymywanie obliczeń i kolejne kroki
symulacji są liczone zaraz po obliczeniu wyników danego kroku. Ze względu
na wykonywanie obliczeń w odizolowanym środowisku i bezpośrednim
odwoływaniu się do procesora, obliczenia te są wykonywane znacznie
szybciej niż w środowisku Windows (na komputerze z procesorem klasy i3
czas wykonywania obliczeń ulega średnio 100 krotnemu skróceniu
względem wykonywania modelu w środowisku Windows).
6. Po przygotowaniu pliku modelu w środowisku Simulink Real-Time (xPC
Target) użytkownik może przystąpić do opracowania aplikacji.
Simulink Real-Time (xPC Target) jest w stanie wykorzystać większość
bloków dostępnych w podstawowym toolboxie Simulink.
Dodatkowo, do obsługi warstwy fizycznej dedykowanego komputera należy
skorzystać w bloków w toolboxie Simulink Real-Time. Prócz bloków
związanych z obsługą portów i kart rozszerzeń komputera posiada on także
dodatkowe bloki programowe związane z wizualizacją, zbieraniem
pomiarów, nadzorem nad przebiegiem pracy aplikacji.
7. Po opracowaniu odpowiedniego modelu Simulink, należy utworzyć z
niego aplikację i załadować go dedykowanego komputera. Proces ten jest
niemal całkowicie zautomatyzowany jednak wymaga przygotowania
odpowiedniego
środowiska
uruchomieniowego
na
dedykowanym
komputerze, na którym będzie uruchamiana aplikacja. Aby tego dokonać,
należy najpierw skonfigurować i uruchomić odpowiedni Target PC (patrz
Instrukcja konfiguracji komputera zdalnego (Target PC) oraz obsługi modeli
na nim wykonywanych) a następnie kliknąć Build w modelu Simulink.
Aplikacja zostanie automatycznie przesłana na aktywny Target PC. W celu
podglądu jej działania, można ją uruchomić w trybie External (lista wyboru
obok przycisku Start symulacji).
Instrukcja konfiguracji komputera zdalnego (Target PC) z poziomu hosta
(Host PC) oraz obsługi modeli na nim wykonywanych
1. Komendą slrtexplr (Simulink Real-Time) lub xpcexplr ( xPC Target)
wywołać narzędzie Simulink Real-Time Explorer (z poziomu Host PC),
służące do zarządzania procesem przygotowania i symulacji na komputerze
docelowym.
2. W panelu Targets należy dodać nowy Target PC i go skonfigurować:
Należy uzupełnić dane w polach:
• Host to target communication: Communication Type powinien być
ustawiony na TCP/IP (w nowszych wersjach już nie ma tej opcji), w kolejnych
polach wpisujemy adres IP komputera, maskę sieci i Gateway. IP musi być
unikalne dla każdego komputera, maska sieci może pozostać jako 255.255.255.0
zaś Gateway 192.168.1.254 lub 255.255.255.255 (w warunkach laboratoryjnych).
• Target settings : w tej sekcji użytkownik decyduje jakie moduły byłyby mu
potrzebne w aplikacji. Do modułów należy między innymi obsługa wielu rdzeni
procesora, tryb graficzny czy obsługa USB. Standardowo należy włączyć
obsługę USB, MultiCore oraz Graphic mode.
• Boot configuration: tutaj należy ustawić odpowiedni sposób uruchamiania
systemu na Target PC. Do wyboru są m. in. możliwość wykonywania
bootowalnych dysków w postaci płyty CD lub pendrive. W celu zdalnego
uruchamiania systemu komputera przez sieć należy wybrać opcję Network,
następnie wpisać adres MAC karty sieciowej komputera Target PC oraz kliknąć
przycisk Create boot disk. W wypadku bootowania z sieci, na danym
komputerze zostanie uruchomiony serwer z bootowalnymi systemami dla
określonych Target PC. Aby Target PC mógł się poprawnie uruchomić z
przygotowanym systemem należy ustawić jego opcje bootowania na
bootowanie z sieci.
3. Po przygotowaniu konfiguracji i uruchomieniu Target PC, w zakładce
Applications pojawiać się będą wszystkie załadowane do komputera modele.