👢 🧙🏻 👨🏾‍🍳 InSys JSC制造的设备在MATLAB / Simulink中的应用 ⁉️ 🚺 🏺

一个重要的实际任务是将Matlab / Simulink与实际设备一起使用，这将使您能够接收来自真实世界的信号。这对于调试算法非常有用。本文介绍了将InSys JSC制造的ADC器件连接到Simulink的技术。 DLL用于连接，在Simulink中作为sm_adc组件可见。使用单独的控制台程序来操作设备。与DLL的通信是通过共享内存进行的。根据该技术，可以连接InSys JSC的任何负载模块上的任何ADC。该作品介绍了一个由A7_DAC发生器和FMC128E / FM412x500M采集模块组成的系统。

在2018年3月27日至28日举行的“复杂技术系统的开发和调试技术”会议上演示了此工作。

问题陈述

它需要从信号发生器和ADC开发系统，以产生具有给定参数的信号并将其数字化。接收到的数据必须传输到Simulink进行处理。

配套设备

为了工作，从ADC模块和发电机组装了一个支架。作为ADC，使用FM412x500M子模块，其中有四个ADC通道，采样频率为500 MHz。子模块安装在FMC128E载体模块上，其中有Artix 7 FPGA和USB 3.0接口。两个设备都连接到运行Simulink的笔记本电脑。为了监视性能，当然要使用示波器。

展台外观：

展台结构图：

信号产生：

展位的算法：

Simulink准备启动ADC和发生器
Simulink指示发电机启动
发生器形成一个选通信号（黄色信号）和实际信号（蓝色）
门前的ADC开始收集数据
ADC收集阵列并将其传递给Simulink
Simulink显示从ADC接收的信号

这是经典的一次性收集模式。它的独特之处恰恰是单一性。沿信号前端的设备收集给定的数据阵列。数据收集阶段发生在“硬实时”模式下，但是处理方法是如何获取它。采集速率取决于所选通道的数量和采样率。对于四个ADC通道和500 MHz的采样频率，数据速率为4 GB / s。以这种速度，可以将数据写入FMC128E的SODIMM。也就是说，可以保存4 GB的样本。

此外，数据应传输到计算机。 FMC128E模块通过USB 3.0接口连接到计算机。数据传输速率为300 MB / s。

Simulink接收数据数组并将其传递以进行进一步处理。该处理的时间已经由模型的复杂性确定。在此示例中，该阵列仅显示在示波器面板上。

在某个时候，Simulink决定有必要执行下一个循环，然后一切重复。再次发送USB命令以准备ADC，启动发生器并收集数据。

此模式对于调试硬件和算法非常方便。您不能在任何地方着急。收集数据数组。您可以冷静地看一眼，将其刻录到光盘上，然后喝咖啡。但是，当一切都解决了之后，就可以切换到连续收集模式了。

DLL连接

Matlab允许您连接在外部DLL中实现的功能。 Simulink还具有连接外部DLL的能力，同时增加了一些要求。在Simulink内部，外部DLL看起来像一个S功能块。

MATLAB提供了大量示例，包括创建外部DLL。但是，MATLAB提供的方法不是很方便。有一个开源的easyLink项目。该项目开发了一个用于连接Simulink的类库。

要创建组件，您需要创建一个从BaseBlock派生的类并声明端口：

DLL连接问题

外部DLL允许很多，但是使用它们时有很多问题。对我个人而言，最重要的是：

DLL调试困难
观看printf（）输出很尴尬
重新编译DLL需要退出MATLAB

调试程序时，需要分步调试。对于DLL，可以连接到已加载到内存中的DLL，在其中分配断点，并进行调试会话。但是有必要抓住通过Simulink加载DLL的时刻，以某种方式延迟了工作的开始。所有这些都可以完成，但是不方便。

在此过程中，我真的很想看到作为标准stdout流形成的调试输出。在DLL的情况下，可以某种方式截获此线程，但我没有成功。

最后，最重要的不便是重新编译DLL时需要退出MATLAB。否则，您将无法编写新文件。退出和随后启动MATLAB需要很多时间。

为了解决这些问题，有一种构建复杂软件系统的经典方法。这是程序之间通过共享内存进行的交互。

共享内存连接

Windows和Linux都可以使用现代操作系统来组织内存的公共区域。这使您可以创建可靠的程序。例如，一个程序可以包含图形界面并与操作员进行交互，而另一个程序可以与设备进行交互。在这种情况下，冻结与设备交互的程序不会导致冻结与操作员交互的程序。在Simulink的情况下，此方法还提供了一些优点。与设备一起使用的程序将启动一次，它将准备设备并等待通过共享内存发出的命令。每次在仿真上运行Simulink时，DLL将加载。由于DLL不能直接与硬件一起使用，因此启动会很快。

为此支架开发了两个程序和两个DLL：

simulink_a7dac-发电机控制程序
simulink_adc-ADC控制程序
sm_ctrl-生成器控件DLL
sm_adc-ADC控制DLL

框图如下图所示：

simulink_adc程序基于Bardy库。该程序使您可以使用InSys JSC制造的任何ADC。通过初始化文件完成对特定ADC和载波模块的调整。

Simulink中的方案视图

最后，Simulink内部的外观是：

一切看起来都与Simulink相同。一台用于ADC控制的单元。第二块控制发电机。许多参数可用于控制发电机。对于ADC，一切都通过初始化文件完成。如有必要，还可以在块级别显示许多ADC参数。

注意两个主振荡器。在模型时间方面，它们指定数据收集的开始时间和时刻。这些要点非常重要。他们实际上设置了模型与现实世界之间的联系。起始信号进入ADC模块，并在DLL中进行处理。通过共享内存，他进入了ADC程序。然后，将其转换为对寄存器的一系列写入命令，然后通过USB进入FPGA。在FPGA内部，启动信号的搜索前沿被锁定。并且只有在机器朝相反方向翘起之后，确认才经过同一链。当确认到达Simulink时，start_out信号将出现在sm_adc块的输出处，该信号将传递到sm_ctrl块。这将是在建模时间的同一时刻。在sm_ctrl块中，沿着同一链，信号将被传输到生成器的FPGA，并形成信号。 ADC将在其存储器中捕获此信号。将从第二主振荡器产生数据采集信号。以同样的方式，数据进入Simulink，并进入sm_adc块的数据输出。目前，正在返回一个16384个计数的块。接收到的块显示在示波器上。

结果

事实证明，通过共享内存进行工作是有效的。 ADC管理程序使您可以使用我们的任何ADC。同时，仍然存在通过配置文件配置参数的便捷方法。该程序被设计为控制台应用程序，而所有调试输出均可见。有可操作性的迹象。 SM_CTRL组件允许您连接各种外部应用程序以控制设备。调试ADC控制程序不会造成任何困难。这是一个通用程序，您可以在其中设置断点并进行调试。使用相同的技术，可以开发用于Matlab / Simulink与外界交互的其他程序。

该工作发表在网站hub.exponenta.ru上 ;

参考文献：

InSys JSC制造的设备在MATLAB / Simulink中的应用

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