InSys JSC द्वारा निर्मित उपकरणों के साथ MATLAB / Simulink का अनुप्रयोग

एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक कार्य वास्तविक उपकरणों के साथ मतलाब / सिमुलिंक का उपयोग है जो आपको वास्तविक दुनिया से संकेत प्राप्त करने की अनुमति देगा। यह डीबगिंग एल्गोरिदम के लिए बहुत उपयोगी है। यह पेपर InSys JSC द्वारा निर्मित ADC उपकरणों को Simulink से जोड़ने की तकनीक प्रस्तुत करता है। कनेक्ट करने के लिए एक DLL का उपयोग किया जाता है, जो एक sm_adc घटक के रूप में Simulink में दिखाई देता है। उपकरणों के साथ काम करने के लिए एक अलग कंसोल प्रोग्राम का उपयोग किया जाता है। DLL के साथ संचार साझा मेमोरी के माध्यम से होता है। इस तकनीक के अनुसार, InSys JSC के किसी भी लोड-असर मॉड्यूल पर कोई भी एडीसी जुड़ा हो सकता है। काम A7_DAC जनरेटर और FMC128E / FM412x500M अधिग्रहण मॉड्यूल की एक प्रणाली प्रस्तुत करता है।

यह कार्य 27-28 मार्च, 2018 को "तकनीकी विकास और जटिल तकनीकी प्रणालियों के डिबगिंग के लिए सम्मेलन" सम्मेलन में प्रदर्शित किया गया था।





समस्या का बयान

यह एक सिग्नल जनरेटर से एक प्रणाली के विकास की आवश्यकता है और एक एडीसी जो दिए गए मापदंडों के साथ एक संकेत उत्पन्न करेगा और इसे डिजिटाइज़ करेगा। प्राप्त आंकड़ों को प्रसंस्करण के लिए सिमुलिंक में स्थानांतरित किया जाना चाहिए।

उपकरण

काम के लिए, एडीसी मॉड्यूल और जनरेटर से एक स्टैंड इकट्ठा किया गया था। ADC के रूप में, FM412x500M सबमॉड्यूल का उपयोग किया जाता है, जिसमें 500 MHz की सैंपलिंग फ्रीक्वेंसी के साथ चार ADC चैनल होते हैं। सबमॉड्यूल FMC128E वाहक मॉड्यूल पर स्थापित है जिसमें एक आर्टिक्स 7 एफपीजीए और एक यूएसबी 3.0 इंटरफेस है। दोनों डिवाइस सिमुलिंक चलाने वाले लैपटॉप से ​​जुड़े हैं। प्रदर्शन की निगरानी के लिए, निश्चित रूप से, एक आस्टसीलस्कप का उपयोग किया जाता है।

स्टैंड की उपस्थिति:



स्टैंड का संरचनात्मक आरेख:



संकेत उत्पन्न:



स्टैंड की एल्गोरिथ्म:

1. सिमुलिंक एडीसी और जनरेटर लॉन्च करने की तैयारी करता है
2. Simulink जनरेटर को शुरू करने का निर्देश देता है
3. जनरेटर एक स्ट्रोब (पीला संकेत) और वास्तविक संकेत (नीला) बनाता है
4. गेट के सामने एडीसी डेटा एकत्र करना शुरू करता है
5. ADC सरणी एकत्र करता है और इसे Simulink में भेजता है
6. सिमुलिंक एडीसी से प्राप्त संकेत प्रदर्शित करता है

यह एक क्लासिक वन-टाइम कलेक्शन मोड है। इसकी ख़ासियत में विलक्षणता है। सिग्नल फ्रंट के साथ उपकरण दिए गए डेटा ऐरे को इकट्ठा करता है। डेटा संग्रह का चरण "कठिन वास्तविक समय" मोड में होता है, लेकिन प्रसंस्करण यह है कि इसे कैसे प्राप्त किया जाए। संग्रह दर चयनित चैनलों की संख्या और नमूना दर से निर्धारित होती है। चार एडीसी चैनलों और 500 मेगाहर्ट्ज की एक नमूना आवृत्ति के लिए, डेटा दर 4 जीबी / एस है। इस गति से, डेटा को FMC128E के SODIMM को लिखा जा सकता है। यानी 4 जीबी सैंपल सेव किया जा सकता है।

इसके अलावा, डेटा को कंप्यूटर में स्थानांतरित किया जाना चाहिए। FMC128E मॉड्यूल USB 3.0 इंटरफ़ेस के माध्यम से कंप्यूटर से जुड़ा है। डेटा ट्रांसफर दर 300 एमबी / एस है।

Simulink डेटा की एक सरणी प्राप्त करता है और इसे आगे की प्रक्रिया के लिए पास करता है। इस प्रसंस्करण का समय पहले से ही मॉडल की जटिलता से निर्धारित होता है। इस उदाहरण में, सरणी को बस आस्टसीलस्कप पैनल पर प्रदर्शित किया जाता है।

कुछ बिंदु पर, सिमुलिंक यह तय करता है कि अगले चक्र को पूरा करना आवश्यक है और सब कुछ दोहराता है। फिर से एडीसी तैयार करने, जनरेटर शुरू करने और डेटा एकत्र करने के लिए यूएसबी कमांड भेजे जाते हैं।

यह मोड डिबगिंग हार्डवेयर और एल्गोरिदम के लिए बहुत सुविधाजनक है। आप कहीं भाग नहीं सकते। डेटा की एक सरणी ले लीजिए। आप शांति से इसे देख सकते हैं, इसे डिस्क पर जला सकते हैं, और कॉफी पी सकते हैं। लेकिन जब सब कुछ काम किया जाता है, तो पहले से ही एक निरंतर संग्रह मोड पर स्विच करना संभव है।

DLL कनेक्शन

मतलाब आपको बाहरी डीएलएल में कार्यान्वित कार्यों को जोड़ने की अनुमति देता है। Simulink में बाहरी DLL को जोड़ने की क्षमता भी होती है, जबकि यह कुछ आवश्यकताओं को जोड़ता है। सिमुलिंक के अंदर, बाहरी डीएलएल एस-फंक्शन ब्लॉक की तरह दिखता है।



MATLAB बाहरी DLL के निर्माण सहित कई उदाहरण प्रदान करता है। हालांकि, MATLAB द्वारा प्रदान की जाने वाली विधि बहुत सुविधाजनक नहीं है। एक OpenSource आसान लिंक परियोजना है। इस परियोजना ने सिमुलिंक से जुड़ने के लिए एक क्लास लाइब्रेरी विकसित की है।

एक घटक बनाने के लिए, आपको बेसब्लॉक से प्राप्त एक क्लास बनाने और पोर्ट घोषित करने की आवश्यकता है:





DLL कनेक्शन समस्याओं

बाहरी डीएलएल बहुत अनुमति देते हैं, लेकिन उनके साथ काम करते समय कई समस्याएं होती हैं। मेरे लिए व्यक्तिगत रूप से सबसे महत्वपूर्ण निम्नलिखित हैं:

1. डीएलएल डिबगिंग मुश्किल है
2. यह प्रिंटफ () आउटपुट देखने में अजीब है
3. DLL को पुनःप्राप्त करने के लिए MATLAB से बाहर निकलने की आवश्यकता होती है

किसी प्रोग्राम को डीबग करते समय, चरण-दर-चरण डीबगिंग की आवश्यकता होती है। एक DLL के मामले में, पहले से ही मेमोरी में लोड DLL से कनेक्ट करना संभव है, वहां एक ब्रेकपॉइंट असाइन करें, और डिबगिंग सत्र का संचालन करें। लेकिन सिमुलिंक के माध्यम से DLL को लोड करने के क्षण को पकड़ना आवश्यक है, किसी तरह काम की शुरुआत में देरी। यह सब किया जा सकता है, लेकिन असुविधाजनक।

इस प्रक्रिया में, मैं वास्तव में डिबग आउटपुट को देखना चाहता हूं जो एक मानक स्टडआउट स्ट्रीम के रूप में बनता है। DLL के मामले में, यह थ्रेड किसी भी तरह से इंटरसेप्ट किया जा सकता है, लेकिन मैं सफल नहीं हुआ।

और अंत में, सबसे महत्वपूर्ण असुविधा DLL को पुनः प्राप्त करते समय MATLAB से बाहर निकलने की आवश्यकता है। अन्यथा, आप बस एक नई फ़ाइल नहीं लिख सकते। और MATLAB के बाहर निकलने और बाद के लॉन्च में बहुत समय लगता है।

इन समस्याओं को हल करने के लिए, जटिल सॉफ्टवेयर सिस्टम बनाने का एक क्लासिक तरीका है। यह साझा मेमोरी के माध्यम से कार्यक्रमों के बीच बातचीत है।

साझा मेमोरी कनेक्शन

आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम, विंडोज और लिनक्स दोनों, आपको स्मृति के सामान्य क्षेत्रों को व्यवस्थित करने की अनुमति देते हैं। यह आपको विश्वसनीय कार्यक्रम बनाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, एक प्रोग्राम में एक ग्राफिकल इंटरफ़ेस हो सकता है और ऑपरेटर के साथ बातचीत कर सकता है, और दूसरा प्रोग्राम उपकरण के साथ बातचीत कर सकता है। इस मामले में, उपकरण के साथ इंटरैक्ट करने वाले प्रोग्राम को फ्रीज करने से ऑपरेटर के साथ इंटरएक्शन के प्रोग्राम को फ्रीज नहीं किया जा सकेगा। सिमुलिंक के मामले में, यह दृष्टिकोण कुछ फायदे भी प्रदान करता है। उपकरण के साथ काम करने का कार्यक्रम एक बार लॉन्च किया जाएगा, यह उपकरण तैयार करेगा और साझा मेमोरी के माध्यम से कमांड का इंतजार करेगा। सिमुलेशन पर सिमुलिंक चलाने पर हर बार DLL लोड होगा। चूंकि DLL सीधे हार्डवेयर के साथ काम नहीं करता है, इसलिए यह लॉन्च जल्दी होगा।

इस स्टैंड के लिए दो कार्यक्रम और दो DLL विकसित किए गए हैं:

1. simulink_a7dac - जनरेटर नियंत्रण कार्यक्रम
2. simulink_adc - ADC नियंत्रण कार्यक्रम
3. sm_ctrl - जनरेटर नियंत्रण DLL
4. sm_adc - ADC नियंत्रण DLL

ब्लॉक आरेख नीचे दिए गए चित्र में प्रस्तुत किया गया है:



Simulink_adc प्रोग्राम बर्डी लाइब्रेरी पर आधारित है। यह कार्यक्रम आपको InSys JSC द्वारा निर्मित किसी भी ADC के साथ काम करने की अनुमति देता है। एक विशिष्ट एडीसी और वाहक मॉड्यूल के लिए ट्यूनिंग आरंभीकरण फ़ाइलों के माध्यम से किया जाता है।

सिमुलिंक में योजना देखें

और अंत में, यह सिमुलिंक के अंदर कैसा दिखता है:



सब कुछ वैसा ही दिखता है जैसा कि सिमुलिंक में है। एडीसी नियंत्रण के लिए एक इकाई। जनरेटर को नियंत्रित करने के लिए दूसरा ब्लॉक। जनरेटर को नियंत्रित करने के लिए कई पैरामीटर उपलब्ध हैं। एडीसी के लिए, सब कुछ आरंभीकरण फ़ाइल के माध्यम से है। यदि आवश्यक हो, तो ब्लॉक स्तर पर कई एडीसी पैरामीटर भी प्रदर्शित किए जा सकते हैं।

दो मास्टर ऑसिलेटर पर ध्यान दें। मॉडल समय के संदर्भ में, वे डेटा संग्रह का प्रारंभ समय और क्षण निर्दिष्ट करते हैं। ये बिंदु बहुत महत्वपूर्ण हैं। वे वास्तव में मॉडल और वास्तविक दुनिया के बीच संबंध स्थापित करते हैं। प्रारंभ संकेत ADC ब्लॉक में प्रवेश करता है, इसे DLL में संसाधित किया जाता है। साझा मेमोरी के माध्यम से, वह एडीसी कार्यक्रम में प्रवेश करता है। फिर इसे रजिस्टर में कमांड के अनुक्रम में बदल दिया जाता है, जो USB के माध्यम से FPGA में प्रवेश करता है। और FPGA के अंदर, स्टार्ट सिग्नल के सामने के किनारे को खोजा जाता है। और केवल मशीन को विपरीत दिशा में लादने के बाद, पुष्टि उसी श्रृंखला से गुजरती है। जब पुष्टि सिमुलिंक तक पहुंचती है, तो start_out सिग्नल sm_adc ब्लॉक के आउटपुट पर दिखाई देगा, जिसे sm_ctrl ब्लॉक में पास किया जाएगा। और यह मॉडल समय के सभी एक ही क्षण होगा। उसी श्रृंखला के साथ sm_ctrl ब्लॉक में, जनरेटर के FPGA को संकेत प्रेषित किया जाएगा और यह संकेत का निर्माण करेगा। एडीसी इस सिग्नल को अपनी मेमोरी में कैप्चर करेगा। एक डाटा अधिग्रहण सिग्नल दूसरे मास्टर ऑसिलेटर से उत्पन्न होगा। उसी तरह, डेटा सिमुलिंक में जाता है और sm_adc ब्लॉक के डेटा आउटपुट में जाता है। फिलहाल, 16384 काउंट का एक ब्लॉक वापस किया जा रहा है। प्राप्त ब्लॉक को आस्टसीलस्कप पर प्रदर्शित किया जाता है।



परिणाम

साझा मेमोरी के माध्यम से काम को प्रभावी दिखाया गया है। एडीसी प्रबंधन कार्यक्रम आपको हमारे किसी भी एडीसी के साथ काम करने की अनुमति देता है। इस स्थिति में, कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल के माध्यम से मापदंडों को कॉन्फ़िगर करने का एक सुविधाजनक तरीका रहता है। प्रोग्राम को कंसोल एप्लिकेशन के रूप में डिज़ाइन किया गया है, जबकि सभी डिबग आउटपुट दिखाई देता है। संचालन का संकेत है। SM_CTRL घटक आपको उपकरण को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न बाहरी अनुप्रयोगों को जोड़ने की अनुमति देता है। एडीसी नियंत्रण कार्यक्रम को डीबग करना किसी भी कठिनाइयों का कारण नहीं बनता है। यह एक सामान्य कार्यक्रम है जहां आप ब्रेकपॉइंट और डीबग सेट कर सकते हैं। इसी तकनीक का उपयोग करते हुए, मतलाब / सिमुलिंक और बाहरी दुनिया के बीच बातचीत के लिए अन्य कार्यक्रमों को विकसित किया जा सकता है।

कार्य साइट पर प्रकाशित किया गया है hub.exponenta.ru ;

संदर्भ:

1. SIMULINK_SM प्रोजेक्ट - प्रोग्राम सोर्स कोड: https://github.com/dsmv/simulink_sm
2. ईज़ीलिंक परियोजना: https://sourcesup.renater.fr/frs/?group_id=1500
3. कैरियर मॉड्यूल FMC128E http://insys.ru/fmc/fmc128e
4. सबमॉड्यूल FM412x500M http://insys.ru/mezzanine/fm412x500m
5. टेलीग्राम चैनल InSys Research