De nos jours, au cours du développement de divers types de systèmes de contrôle, la simulation est devenue un outil important pour les ingénieurs de tester les performances du produit. le contrôle du processus de développement du système précoce intégré, en raison de l'absence d'un système efficace de développer des outils pré-vérification en temps réel, les concepteurs doivent attendre après l'achèvement du matériel du système à tester, nécessitent souvent coûteux . Plus tard, avec le prototypage de contrôle rapide (contrôle rapide Prototype, RCP) est introduit, les ingénieurs peuvent rapidement prototype construit sur une simulation commune des produits de simulation par ordinateur, de manière à réaliser des tests de performance en temps réel, une réduction significative du temps de développement et le coût < 2>. Système de commande classique intégré, un concepteur en utilisant l'outil de modélisation Matlab / Simulink comme avant, peut rapidement construire un modèle d'objet , mais les problèmes qui se posent généralement modèle efficace pour la conversion de code exécutable, et l'outil de modélisation insert la plate-forme de développement de type, cette étape comprend le compilateur et le modèle de configuration de l'environnement de développement, nécessite encore beaucoup de code écrit pour les systèmes embarqués et de l'expertise manuelle.
Pour résoudre ce problème, ce document propose, basée sur la technologie de prototypage de contrôle rapide, ajouter des solutions de modules intégrés personnalisés pour les systèmes embarqués aux bibliothèques Simulink, de manière à atteindre l'objectif de la configuration graphique des projets intégrés, afin d'éviter beaucoup de codage manuel et paramètres encombrants de configuration matérielle.
1 Prototypage rapide de contrôle
La technologie de contrôle Prototypage rapide origine dans la technologie de prototypage rapide (Rapid Prototype, RP). Au début des années 1990, les États-Unis véhicules Ford afin de réduire le temps de développement et les contrôleurs embarqués de coûts, la technologie de prototypage rapide dans le développement du contrôleur de domaine, une technique appelée la technologie de prototypage rapide de contrôle .
technique RCP appartient la conception d'algorithmes repose essentiellement et modèle de simulation semi-physique. Compte tenu de la simulation purement mathématique limitée de confiance, ce qui se traduit souvent pour référence, et la technologie RCP est basée sur une simulation semi-physique impliqué dans le processus de développement, les ingénieurs télécharger un algorithme développé par simulation par ordinateur pour la plate-forme matérielle en temps réel, grâce à la machine de simulation et de contrôleur exactement le port E / S réelle connecté à la simulation physique de l'objet contrôlé, en temps réel, des algorithmes de test , et peut être rapidement modifiée à plusieurs reprises, le but ultime de générer du code dans un système matériel pour former le produit final .
RCP la plus grande technologie de fonctionnalité est rapide, facile, pas cher, améliore grandement l'efficacité du développement, la programmation complexe peut être atteint grâce à la mise en place d'un modèle mathématique, l'accent d'ingénieurs se concentrera sur le niveau abstrait pour la construction et la conception du modèle de l'algorithme, et ne bug pas s'emmêler dans le débogage du programme et les questions de mise en uvre physique . Dans la pratique, la RCP peut être simulée simulation physique et une autre moitié - HIL (matériel dans la boucle, HIL) système de simulation complémentaire, complément .
Dans cet article US Concurrent iHawk système informatique de simulation parallèle comme plate-forme La figure 1 montre un système de prototypage rapide diagramme schématique Plate-forme Simulation .
Le système présente les caractéristiques suivantes:
(1) présente une forte puissance de calcul parallèle de simulation d'ordinateur et riche, une interface E / S multi-protocoles;
(2) afin de réaliser une transition sans couture et le modèle hors ligne dans le modèle Simulink de l'environnement;
(3) Simulation plate-forme de travail de simulation Workbench, fournit un système entièrement intégré, compatible avec l'environnement logiciel de modélisation tiers;
(4) l'ordinateur de simulation Simbox a un système de processeur parallèle bi-processeur, et construit A / D carte d'acquisition, le temporisateur / compteur carte, carton de série et d'autres interfaces d'E / S riches.
2 Conception et processus
2.1 Air Data Computer
support expérimental de cet objet est dirigé vers l'ordinateur anémométrique général (Air Data Computer, ADC), un moyen de données informatiques de l'air soi-disant pour le traitement des données d'air du système, il est très important dans les avions modernes pour une catégorie d'équipements électroniques embarqués à microprocesseur comme le noyau, avec une petite quantité d'informations provenant d'un capteur, calculer rapidement les autres données nécessaires atmosphériques, comprenant typiquement: la pression atmosphérique totale, pression statique, la température totale, l'angle d'attaque et l'autre .
Le processus de développement traditionnel intégré, généralement la conception matérielle et la conception de logiciels séparément, qui est, selon les besoins et la performance du système, des modèles de conception et d'algorithmes, puis configurer les aspects matériels du conseil de développement intégré basé sur l'algorithme de modèle établi. Donc, pour les concepteurs, non seulement de maîtriser les connaissances de la conception des systèmes, mais aussi d'écrire une certaine compréhension du processus de développement et la programmation en langage C des systèmes embarqués. L'innovation de ce projet est basé sur la technologie de prototypage rapide de contrôle, non seulement peut utiliser la bibliothèque Simulink est livré avec l'outil RAT pour les modèles de convertir en code C pour plate-forme matérielle cible intégrée, et peut être personnalisé en ajoutant bibliothèque Simulink STM32 module intégré, de manière à atteindre l'objectif de la configuration graphique des projets intégrés, afin d'éviter un grand nombre de codage manuel et paramètres encombrants de configuration matérielle.
2.2 Conception d'algorithmes et de la modélisation
Selon la littérature , chacun des paramètres du solveur d'équation est exprimée comme suit.
(1) l'altitude-pression
H < 11000 m qui se trouvent dans la troposphère,
La substitution d'une valeur connue, Tb = 216,5 K, Pb = 22,632 kPa, Hb = 11000 m,
Où, Ma est le nombre de Mach.
(3) la vitesse indiquée
Vitesse indiquée se réfère au niveau standard de la mer des conditions atmosphériques, en fonction de la vitesse vraie de la valeur normalisée de la vitesse obtenue par le niveau moyen de la mer, aussi connu comme la vitesse de la table, il indique la taille du véhicule sur coussin d'air. nombre de Mach est inférieur à 1:
Obtenu ci-dessus était de caractériser la relation entre les paramètres d'entrée et de sortie de l'équation mathématique de l'ADC, les données d'air ADC résolution de la base mathématique, après le modèle Simulink est établie en fonction d'un ensemble de modèles mathématiques.
2.3 Intégration STM32 avec Simulink
L'innovation de ce projet est basé sur la technologie de prototypage de contrôle rapide, proposé d'ajouter des modules personnalisés STM32 intégré dans le programme de la bibliothèque Simulink, de manière à atteindre l'objectif de la configuration graphique des projets intégrés, afin d'éviter un grand nombre de matériel et difficile à écrire du code manuellement configuration paramètre.
Le processus de développement traditionnel, Simulink et STM32 ont une certaine combinaison, mais pas parfait, la clé réside dans le modèle mathématique Simulink ne peuvent être créés et modifiés pour générer du code C et ne comporte aucun environnement de développement STM32 et associés configuration, et les 32 bits Simulink uniquement pour le système de fichiers générique d'origine du processeur cible, le code ainsi généré a de nombreux défauts dans la lisibilité et la portabilité.
Par conséquent, cette étude sortie officielle de semi-conducteurs STMicroelectronics ST de la bibliothèque de développement STM32 firmware-MAT / TARGET intégré dans la bibliothèque de modèles Simulink à l'intérieur, en utilisant les capacités de modélisation graphique Simulink puissants, modèle hors ligne combinée avec les modules périphériques STM32, commune il inclus dans le modèle de simulation de prototypage rapide de contrôle intégré.
ST est actuellement le responsable STM32-MAT / TARGET, soutien F3, F4 série conseil de développement, télécharger et installer la bibliothèque du firmware par commande pathtool permet chemin Matlab contient la bibliothèque du firmware, il apparaîtrait STM32 intégré associé au modèle dans la bibliothèque Simulink module.
Et un module qui comprend un pont de conférence ADC, DAC, une minuterie, un port série et une autre configuration périphérique, et le fonctionnement général du module de commande Simulink ces modules sont sensiblement les mêmes, la seule différence est que la configuration des besoins liés système d'horloge de microcontrôleur et certains périphériques sélection de port utiliser un autre logiciel. Dans le modèle de simulation Simulink du premier ordinateur de données aérodynamiques mis en place comme représenté sur la Fig.
L'idée de base consiste à modéliser la pression statique, la pression totale et la température en entrée, par l'intermédiaire des modules respectifs calcule l'altitude pression, la vitesse, les données conditionnées en un seul paquet de données, et ensuite envoyé au module de port série.
STM32CubeMX et STM32-Mat / cible de liaison avec Matlab / Simu-lien du motif complexe et encombrant programmation manuelle est convertie en configuration directe et facile. Modèle grâce à la connexion du module est terminé, la configuration de l'environnement de développement complet grâce à une interface graphique STM32CubeMX dans les années Simulink.
2.4 génération automatique de code
L'un des outils les plus importants de la technologie RCP est basée sur le modèle de génération automatique de code. La conception de processus à base de modèle est nécessaire d'abandonner le code écrit à la main, se concentrera davantage sur le développement d'algorithmes utilisant Simulink fonctionnalités graphiques, rapide et efficace algorithme génère automatiquement le code.
paramètres de simulation Simulink apparaîtront dans la configuration associée STM32, y compris les fichiers de sélection et TMF fichiers générés par ccm et sélectionnez le fichier STM32CubeMX cio, puis générer un rapport de code.
Enfin configuré pour générer un fichier de projet Keil MDK dans STM32CubeMX en.
des résultats de simulation et d'analyse en boucle 2.5
Section 2.4 Le programme compilé généré programmé dans la carte de développement STM32, en utilisant un ordinateur connecté au port série RS232, et construit par Simulink. La figure 3 sur un programme d'ordinateur pour recevoir des données et le déballage affichage.
modèle informatique de simulation Simbox construit à partir des données de transmission, la transmission de données d'origine du modèle lié au système prototype ADC. Dans ce modèle, l'environnement de simulation Workbench et génère le code compilé des variables RTDB, les données brutes mappés sur MOXA CP-118EL-A cartes multi-ports par variable RTDB Simulator , protocole de réutilisation de matériel de prototype série RS232 ADC système de transmission série USART3, STM32 aux données d'origine après avoir reçu le début du résolveur associé de données de l'air.
Alors que le deuxième ensemble de l'exécution du programme de simulation montre. La figure 3, la transmission de données STM32 ouvertes, les observations sont en accord avec le résultat attendu, comme le montre la figure.
Dans la Fig. 4, les données de sortie sont cinq groupes d'altitude pression, nombre de Mach, la température statique, et à une vitesse vitesse indiquée, ligne en pointillés représente le modèle de simulation mathématique en sortie du CAN d'origine obtenu HILS ligne représente effectivement reçu PC solutions prototypes données aériennes ADC calculées. Comme on peut le voir, cinq groupes de données réelles peuvent être mieux suivi des données théoriques sur les systèmes de prototypage rapide et de procédures construites pour atteindre le modèle mathématique théorique attendue en cohérence. . La figure 4 (a), (c), (d), (e) la courbe réelle est lisse relativement, la nature transitoire, obtenu de bons résultats, sur la figure 4 (b) en raison de la variation du nombre de Mach 02/10 à 10. 3 ordres de grandeur, agitée, de sorte que la courbe réelle relativement grossière, une courbe lisse devrait être plus dans une étude ultérieure du processus de filtrage. Dans l'ensemble, le système prototype ADC mis en place et a obtenu de bons résultats.
3 Conclusion
Sur la base de l'analyse de cette question sur la base de la technologie RCP, en intégrant la méthode Matlab / Simulink STM32-Mat développé bibliothèque firmware, combinée avec l'environnement de développement configuré STM32CubeMX, a proposé une méthode pour le projet STM32 de développement rapide et l'application réussie de la méthode ordinateur de données d'air dans l'avionique pratique embarqués de génie logiciel.
Tel qu'il est utilisé dans le présent document planches STM32 correspond au système de prototypage rapide est construit, il a l'avenir produit - les mêmes fonctionnalités que l'ordinateur de données d'air et riche interface E / S, qui peut être le système de simulation semi-physique comme un prototype. Le rôle STM32-MAT / TARGET aspiré STM32 différents modules intégrés dans la bibliothèque Simulink, en utilisant la génération de code automatique peut être rapidement converti en code fonction intégrée. configuration de base STM32CubeMX pour un environnement graphique intuitif. La combinaison des trois, vous pouvez rapidement construire un système prototype de « produit » dans la boucle de simulation. Le temps et la difficulté, ils peuvent directement sur le modèle pour tous les aspects du STM32 comprennent divers modules, y compris le changement direct et le développement traditionnel intégré, en plus de la nécessité de changer le modèle, mais aussi passer beaucoup de temps sur le programme et l'environnement redéveloppement configuration, plus important encore, aucun soutien STM32-MAT / TARGET, les modules de code générés par le modèle et le manque lié STM32 et ccm autres fichiers de configuration, il y aura de nombreux problèmes dans le processus d'adaptation et de conseil de développement.
Par conséquent, cette étude propose la technologie à base de RCP, combinée avec le développement intégré STM32-MAT / Target et STM32CubeMX, un système de prototypage rapide et le matériel dans la simulation en boucle peut réduire considérablement le temps et le coût basé sur l'original, afin d'améliorer l'efficacité du développement, avec un certain la valeur des uvres.
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Informations sur l'auteur:
La pluie jaune peut, Xu Jun, Jiang Yu Accrocher
(Beijing Institute of Technology School of Astronautics, Beijing 100081, Chine)
