簡介:1,嵌入式系統(tǒng)原理,8嵌入式網絡與協(xié)議棧,2,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,3,1概述,設計嵌入式網絡的原因計算/處理資源的分散性減少處理的數據量模塊化設計需求系統(tǒng)可靠性要求網絡技術的應用物理層聯(lián)網通信技術工業(yè)控制領域INTERNET應用,4,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,,5,2嵌入式網絡,CONTENTS分布式嵌入式系統(tǒng)基于網絡的設計過程幾種常用的網絡技術簡介,6,211分布式嵌入式系統(tǒng),分布式嵌入式系統(tǒng)的組成,7,212網絡的抽象模型,8,213網絡的形式,點對點網絡單工半雙工雙工總線多級網絡多種網絡,9,點對點網絡,需要考慮流量控制不需要考慮沖突,例如2臺計算機通過RS232通信,10,總線,節(jié)點,節(jié)點,節(jié)點,,,,,典型消息格式,例如常用的以太網,11,多級網絡,,12,多種網絡,高速網低速網工廠自動化網絡與現場總線,13,14,214報文傳遞編程,通常的編程方式請求/應答方式推移方式,15,214報文傳遞編程請求/應答方式,發(fā)送報文發(fā)送一個報文RESULTSEND_PACKETADDRESS,DATA,LENGTH報文尺寸大于發(fā)送單位分拆FORI0IMESSAGELENGTHIIPACKET_SIZESEND_PACKETADDRESS,,16,利用中斷方式發(fā)送報文,發(fā)送報文的方式查詢方式中斷方式,17,利用中斷方式接收報文,中斷控制器收到報文,產生中斷中斷服務例程執(zhí)行,讀取報文如果處理時間短,直接處理如果處理時間長,把報文提交給中斷任務進行處理,18,通信編程的阻塞式與非阻塞式,小結阻塞式發(fā)送數據,直到完成發(fā)送,調用才返回接收數據,直到收到數據后,調用才返回非阻塞式發(fā)送數據,調用立即返回;以后在需要的時候查詢發(fā)送是否完成發(fā)送的數據放到發(fā)送隊列中接收數據,無論是否收到數據,均立即返回。如果收到數據,則進行處理;如果未收到數據,以后在需要的時候繼續(xù)執(zhí)行接收操作檢查接收隊列中是否有報文,19,例非阻塞方式,SEND_PACKET//只把報文交給發(fā)送“過程/任務/隊列”WAIT//延時,等待發(fā)送完成IFSEND_FINISHED{//如果發(fā)送完成}ELSE{//如果發(fā)送未完成},20,例阻塞方式,SEND_PACKET//函數返回時,報文已發(fā)送,21,214報文傳遞編程推移方式,數據的發(fā)送方在不需要等待請求的情況下主動發(fā)送數據。推移方式適用于數據發(fā)送方周期性地產生數據的系統(tǒng)中,如工廠中連續(xù)過程控制系統(tǒng)的傳感器節(jié)點,不斷向控制主機發(fā)送數據;廣泛應用于汽車上的CAN總線網絡系統(tǒng);現場總線網絡的過程數據的通信機制等。,22,例汽車網絡系統(tǒng)推移方式,23,22基于網絡的嵌入式系統(tǒng)設計,CONTENTS通信分析系統(tǒng)性能分析考慮網絡中的優(yōu)先級倒置硬件平臺設計、分配與調度,24,221通信分析,報文傳輸延遲算法發(fā)送方的開銷網絡傳輸延遲接收方的開銷網絡傳輸延遲起主要作用,25,222系統(tǒng)性能分析考慮網絡無干擾,執(zhí)行延遲時間,,26,222系統(tǒng)性能分析考慮網絡有干擾,,由于P1到P2的數據依賴,任何P1執(zhí)行時間的不確定將使得P2的開始時間不確定。由于P2和P3分配到同一個嵌入式設備M2上,意味著P2的就緒時間和執(zhí)行時間的變化將會影響到P3的完成時間。由于P3到P4的數據依賴,P3完成時間的變化將影響P4的開始時間。,27,222系統(tǒng)性能分析考慮原則,,對復雜的基于網絡應用的嵌入式系統(tǒng)進行精確的性能分析,要使用CAD工具。有些算法可以有效地確定進程開始和完成時間的上界和下界。如果沒有計算機輔助分析工具來幫助分析性能,那么手工設計必須滿足硬實時要求的嵌入式系統(tǒng)時一定要小心。系統(tǒng)在力圖達到硬實時的時間確定性要求時,應確保關鍵性的任務是活動的,這一點非常重要。例如設計一個嵌入式硬實時系統(tǒng),包括通信部分、數據處理部分、人機界面部分,為了保證系統(tǒng)的時間確定性,通常用戶界面活動和其他非基本任務可以臨時關掉。如果需要多個關鍵性任務能夠同時發(fā)生或運行,那么系統(tǒng)設計時一定要保證它們不共享任何處理器資源和通信鏈接資源。這是一種保守的設計策略,使用CAD工具有助于放寬某些限制,以便更充分地發(fā)揮硬件效率。,28,223網絡中的優(yōu)先級倒置,報文的優(yōu)先級不同當一個低優(yōu)先級報文在網絡上傳輸時,網絡的使用權就被分配給該低優(yōu)先級報文,允許它阻塞任何高優(yōu)先級報文,直到把該報文傳輸完成為止。因為每個報文的長度都有限,這種現象不會導致死鎖,但是可能會延緩關鍵性的通信。對此唯一能做的就是分析網絡的行為來確定優(yōu)先級倒置是否可能導致一些報文延遲時間過長。報文的優(yōu)先級相同網絡的用戶(進程)的優(yōu)先級不同,導致優(yōu)先級倒置,29,1優(yōu)先級不同的報文傳輸,,高優(yōu)先級報文,低優(yōu)先級報文,,,,發(fā)送,當一個低優(yōu)先級報文在網絡上傳輸時,網絡的使用權就被分配給該低優(yōu)先級報文,允許它阻塞任何高優(yōu)先級報文,直到把該報文傳輸完成為止。,30,2報文優(yōu)先級相同,進程優(yōu)先級不同,,進程(高),進程(低),進程,,,發(fā)送報文,,節(jié)點1,節(jié)點1,31,優(yōu)先級倒置的后果,網絡的傳輸延遲不確定系統(tǒng)設計需要考慮,32,224硬件平臺設計、分配與調度,在設計硬件平臺時,必須做出以下設計選擇所需要的處理器數目影響響應時間FF總線(32節(jié)點VS10節(jié)點所有處理器的類型現場總線控制系統(tǒng)上位機下位機所需要的網絡數目單級多級網絡的類型協(xié)議標準傳輸速率,33,嵌入式網絡系統(tǒng)的設計考慮小結,嵌入式網絡的概念、組成、分類和用途網絡的延遲分析考慮基本設計原則從延時方面考慮(優(yōu)先級)網絡中的優(yōu)先級倒置現象及后果,34,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,,35,23幾種常用的通信接口技術簡介,PCICOMPACTPCICPCIPC104/PLUSIRDA/FASTIRDAUSBETHERNET/FASTETHERNETIEEE1394PCMCIA其它,狹義的網絡分布于不同地理位置的裝置進行通信廣義的網絡分布于不同地理位置的裝置進行通信分布于同一個電路板的智能器件之間的通信,36,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,37,工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展階段,1手動控制系統(tǒng)人工2氣動控制和液壓控制系統(tǒng)減輕人的勞動強度3電氣控制系統(tǒng)初級自動化4計算機集中式控制系統(tǒng)CCS5集散式控制系統(tǒng)DCS6分布式控制系統(tǒng)DCS7基于現場總線的分布式控制系統(tǒng)FCS,38,工業(yè)自動化網絡,,,工廠級,車間級,現場級,網關,,,,網關,,,,,大型計算機管理系統(tǒng),大型控制裝置、計算機,傳感器、執(zhí)行器、施動器,39,4工業(yè)網絡與現場總線,現場總線概念工業(yè)過程變量讀(數據采集)、計算(處理)、寫(控制)工業(yè)自動化連續(xù)過程控制離散控制混合控制系統(tǒng),40,4工業(yè)網絡與現場總線,現場總線傳輸的信息的特點實時性與時間確定性協(xié)議的簡單性短幀信息傳送信息交換的頻繁性和網絡負載的均衡性要求網絡有較高的安全性、容錯能力低成本要求,41,4工業(yè)網絡與現場總線,BITBUS產品標準的爭論(集中式、總線仲裁器、令牌總線)FF的推出2019標準的多樣化多樣化的合理性源于應用的多樣性廠家的利益之爭,42,4工業(yè)網絡與現場總線,目前的標準化類型1IEC技術報告(即FFH1)類型2CONTROLNET(美國ROCKWELL公司支持)類型3PROFIBUS(德國西門子公司支持)類型4PNET(丹麥PROCESSDATA公司支持)類型5FFHSE(即原FFH2,美國FISHERROSEMOUNT公司支持)類型6SWIFFNET(美國波音公司支持)類型7WORLDFIP(法國ALSTHOM公司支持)類型8INTERBUS(德國PHOENIXCONTACT公司支持)其它LONWORKS,TCN,CAN等,43,4工業(yè)網絡與現場總線,FF總線,,44,4工業(yè)網絡與現場總線,FF總線的優(yōu)點FF儀表實現了模擬儀表到數字儀表的飛躍,具有高抗干擾性;可以節(jié)約大量的導線,從而降低成本;可以在控制室進行現場儀表的調試和維護;儀表的精度得到普遍提高,變送器類儀表的精度均能達到01級以上;可以方便地實現儀表的溫度補償、故障檢測及保護等功能;FF儀表可以裝入PID等多種算法,直接構成控制回路;FF儀表具有互操作性,同一系統(tǒng)甚至是同一條總線上可以使用多個廠家的FF儀表,不同廠家功能相同的FF儀表還可以直接互換。,,45,FF現場總線控制系統(tǒng),46,4工業(yè)網絡與現場總線,HARTHART是HIGHWAYADDRESSABLEREMOTETRANSDUCER(高速可尋址的遠程變送器)的簡稱,最早由ROSEMOUNT公司開發(fā),并得到八十多家著名儀表公司的支持。目前世界上已有上百家公司宣布支持、使用這一協(xié)議,成立了HART用戶集團(HARTUSERGROUP),1993年成立了HART通信基金會。HART,屬于模擬系統(tǒng)向數字系統(tǒng)轉化的產品,它的最主要的特點是在420MA模擬信號的傳輸線上傳輸數字信號,使模擬信號和數字信號共同使用同一種傳輸介質,主要功能是方便了對現場設備的組態(tài)和管理。HART協(xié)議也分為三層結構,分別是物理層、數據鏈路層和應用層。,,47,SAMPLEHART產品,48,4工業(yè)網絡與現場總線,PROFIBUS,,,49,PROFIBUS體系結構,50,PROFIBUS的MAC機制,51,4工業(yè)網絡與現場總線,CANCAN是控制局域網絡(CONTROLAREANETWORK)的簡稱,最早由德國BOSCH公司推出,用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的通信。隨著CAN技術的發(fā)展,現在的應用已經不局限于汽車行業(yè),而且面向過程工業(yè)方向發(fā)展,如機械工業(yè)、紡織工業(yè)、農用機械、機器人、數控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域。1991年9月,PHILIPSSEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術規(guī)范(20版本)。該技術規(guī)范包括A、B兩部分,其中20A給出了CAN報文標準格式,20B給出了標準和擴展的兩種格式,此后,1993年11月ISO正式頒布了道路交通運輸工具數據信息交換高速通信控制器局域網(CAN)國際標準ISO11898。,,,52,CAN體系結構,53,4工業(yè)網絡與現場總線,CAN的典型應用,,,54,例子工業(yè)應用的CAN控制系統(tǒng),55,工業(yè)網絡與現場總線小結,概念由來與發(fā)展常用的現場總線技術和標準現場總線控制裝置是基于網絡技術的嵌入式系統(tǒng)(每個智能儀表嵌入了嵌入式處理器/控制器),56,,,TOBECONTINUED,57,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,58,5嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網,CONTENTS選擇協(xié)議棧選擇網絡技術選擇現成的實現方案使用標準的應用協(xié)議流行的網絡體系結構,59,51選擇協(xié)議棧,考慮適應產品的應用網絡打印機的開發(fā)TCP/IP協(xié)議,NETWARE協(xié)議等網絡協(xié)議所占用的內存的考慮硬件資源通信控制器物理層收發(fā)器接口成本因素協(xié)議開銷,60,52選擇網絡技術,例如根據應用選擇INTERNET接入工業(yè)自動化領域軍用其它,61,53選擇現成的實現方案,選擇現成的實現方案原因(現成的協(xié)議)一方面可以節(jié)省開發(fā)的時間,另一方面現成的方案具有很高的可靠性。關于自主開發(fā)利用開發(fā)的剩余資源從事這一工作,如在沒有緊急的開發(fā)項目的情況下,進行這一工作。自主開發(fā)的協(xié)議棧不要馬上投入使用,因為可能存在的BUG會造成維護成本的升高。需要進行標準的一致性測試。進行長期的可靠性測試。經過測試過的協(xié)議棧才可以用在實際的項目中。,62,54例使用標準的應用協(xié)議,例如,通過使用HTML和HTTP(超文本標記語言和超文本傳輸協(xié)議)這類標準的應用數據格式和協(xié)議,就不需要為桌面系統(tǒng)寫自己的應用程序。對于客戶端應用可以使用標準的瀏覽器軟件對于服務器端的軟件可以使用標準的WEBSERVER,這些軟件很多可以找到開放源碼的,可以節(jié)省不少時間,可靠性也可以得到保證。而且,如果使用一個有廣泛應用基礎的標準應用協(xié)議,開發(fā)者不需要向最終用戶提供工具軟件。,63,55流行的網絡體系結構,NETBIOSIPX/SPXAPPLETALKTCP/IP,64,小結,使用標準化使用成熟的技術自主開發(fā)的成熟化再使用,65,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,,66,6嵌入式INTERNET,嵌入式INTERNET概述嵌入式INTERNET的應用目前最方便的聯(lián)網方式智能公路包括交通管理、車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測和汽車服務。植物工廠特種植物工廠,如實現野生名貴藥材的遠程監(jiān)控培養(yǎng)和種植、無土栽培技術應用、智能種子工程等。虛擬現實(VR)機器人包括交通警察、門衛(wèi)、家用機器人等。工業(yè)制冷冷庫、中央空調和超級市場冰柜。VR精品店客戶可以在INTERNET上實時地查看到存貨狀況。VR家政系統(tǒng)水、電、煤氣表的自動抄表,安全防火和防盜系統(tǒng)等。工業(yè)自動化目前已經有大量的8位、16位和32位嵌入式微控制器在實際工作中得到廣泛應用,網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源消耗的主要途徑。如制藥工業(yè)的過程控制、電力系統(tǒng)、電網安全、電網設備監(jiān)測和石油化工系統(tǒng)等。POS網絡及電子商務公共交通無接觸智能卡(CONTACTLESSSMARTCARD,CSC)發(fā)行系統(tǒng)、公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)、自動售貨機等。環(huán)境工程與自然水文資料實時監(jiān)測,防洪體系及水土質量監(jiān)測,堤壩安全,地震監(jiān)測網,實時氣象信息網,水源和空氣污染監(jiān)測等。,67,,,,68,6嵌入式INTERNET,原理(2種方式)1直接接入INTERNET設備可以直接連接到INTERNET上,對INTERNET進行透明的訪問。不需要專用的接入設備。設備的協(xié)議標準化,便于實現。需要的嵌入式處理器的資源比較高,如更快的處理器,更大的存儲器容量,導致系統(tǒng)的成本高。需要IP地址資源,目前INTERNET的IPV4的IP資源有限,因此這種方案在IPV6版本中可能比較現實,但是可以應用于INTRANET中。2通過網關接入INTERNETGOTONEXT,69,,網關,,RS232、RS485、CAN、紅外、電力線、射頻等,,需要接入INTERNET的各種設備,,INTERNET,70,6嵌入式INTERNET,接入方案案例32/64位網絡處理器32/64位的嵌入式系統(tǒng)因為有足夠的能力和資源,所以可以使用TCP/IP協(xié)議的全集和標準的SOCKET接口。集成以太網控制器接口例子NETSILICON公司的NETARMMOTOROLA的POWERPC,COLDFIRESAMSUNG的KS32C50100系列,S3C4510等,71,6嵌入式INTERNET,接入方案案例8/16位嵌入式處理器對協(xié)議棧進行簡化和裁減從模塊層次上進行基本模塊IP,TCP,UDP從模塊內部進行例如路由功能的裁剪需要專業(yè)的網絡知識和技能,72,6嵌入式INTERNET,嵌入式TCP/IP概述嵌入式協(xié)議棧的API可能與普通的協(xié)議棧不同WINSOCK,BSDSOCKET,為了開發(fā)的標準化嵌入式協(xié)議棧的可裁剪性嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的平臺兼容性嵌入式協(xié)議棧的效率較高(1)占用的代碼??;(2)需要的數據存儲器?。唬?)代碼的效率高,可以減少對處理器的處理速度的要求。,73,6嵌入式INTERNET,嵌入式TCP/IP實現的形式基于硬件實現的協(xié)議棧日本SEIKO公司以IREADY芯核為基礎,開發(fā)的S7600芯片,大量購買時價格約為7美元。應用于DSP的協(xié)議棧如EDEVICE公司提供的SMARTSTACK協(xié)議棧,就是在ANALOGDEVICES公司的AD1218XDSP芯片的基礎上實現的。普通的協(xié)議棧軟件TCP/IP代理協(xié)議棧CONTINUED,74,6嵌入式INTERNET代理協(xié)議棧,75,6嵌入式INTERNET,嵌入式INTERNET的方案選擇考慮的問題與INTERNET連接的方式(直接、通過網關)需要發(fā)送和接收信息的種類在系統(tǒng)中使用軟件協(xié)議棧和硬件協(xié)議棧的難度評估增加一個協(xié)議棧,不同的方案對原來的設計的改動大小成本比較軟件成本、硬件成本、總體增加的成本,76,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,77,7藍牙技術,特點適用的設備多工作頻段全球通用ISMINDUSTRY,SCIENCE,MEDICINE使用方便安全加密、抗干擾能力強兼容性好尺寸小、功耗低多路、多方向連接,78,藍牙系統(tǒng)模塊,79,7藍牙技術,產品藍牙芯片藍牙芯片是藍牙系統(tǒng)的關鍵技術。2019年底,朗訊公司宣布了它的第一個藍牙集成芯片W7020,該產品由一個單芯片無線發(fā)送子系統(tǒng)、一個基帶控制器和藍牙協(xié)議軟件組成。2000年6月,MITEL宣布推出MT1020,稱這是世界上第一種藍牙基頻寬控制器,可進行語音和數據處理。2000年6月下旬,英國初創(chuàng)公司(CSR)宣布推出第一個支持短距射頻(RF)技術的單芯片RF及基頻IC,該芯片采取了低價策略,每顆售價8美元,并計劃2019年底降為5美元。CSR芯片組可支持的藍牙操作頻寬達24GHZ,并支持藍牙軟件層的快閃內存,能夠傳送語音數據等多種數據。該公司2000年將有超過100萬個組件出貨,主要客戶是電信巨人阿爾卡特(ALCATEL)和日本的TOCHIGIMITSUMI。CSR芯片組將采用035微米工藝在亞洲及歐洲地區(qū)生產。2000年7月,日本沖電氣工業(yè)公司開始出廠藍牙芯片組及中間軟件的工業(yè)樣品,并將設計藍牙接口所必需的硬軟件一并出售給設備廠家。目前查閱文獻,80,7藍牙技術,產品藍牙耳機2019年11月,愛立信公司展示了采用藍牙技術的實用電話耳機,這是第一個采用藍牙技術使手得以解放的部件。藍牙耳機輕巧、無線,通過內建藍牙無線發(fā)送芯片同插入移動電話上的藍牙相連,與人通電話十分方便。該耳機可以放在任一只耳朵上,同愛立信T28,T28WORLD和R320蜂窩電話配合使用。,81,7藍牙技術,產品藍牙適配器,82,7藍牙技術,產品藍牙手機2000年6月上旬在新加坡舉辦的“通信技術亞洲展覽會”上,愛立信公司展示了內置藍牙芯片的GPRS手機R520M和T36。愛立信公司認為R520M是世界首例藍牙GPRS手機。,83,7藍牙技術,產品筆記本電腦作為藍牙技術的倡導者,IBM公司宣布出臺一系列新的無線增強技術,以與IBM成功的THINKPAD筆記本電腦的線路設計相配套,同時推出應用藍牙技術的全新THINKPAD筆記本電腦,該電腦帶有PORTOFINO端口,能方便地連接到無線調制解調器、照相機和其它設備上。通過藍牙技術,筆記本電腦將不再需要無線調制解調器或是單獨的無線ISP賬號,而是將來自筆記本電腦的數據通過無線電設備發(fā)送到蜂窩電話,然后再由蜂窩電話進行傳輸。,84,7藍牙技術,產品無線操作的便攜硬盤在一次展覽會上,一款叫做NETDRIVE的便攜式硬盤給人留下極其深刻的印象,它可利用藍牙技術無線接收數據,加以存儲(總容量可達200兆)。有了這種設備后,電腦用戶可在電腦主機與硬盤間可進行無線操作。當他離開時,可將硬盤帶走,防止他人非法操作;回來后重新連上硬盤便可繼續(xù)工作。,85,7藍牙技術,產品個人電腦附件東芝公司于2000年8月上市對應藍牙技術面向電腦的周邊設備。推出的產品為具備藍牙通信功能的PC卡“PABTC001”和可以安裝該PC卡的模擬MODEM“PABTS001”。使用PC卡“PABTC001”可以在筆記本電腦之間通過無線方式傳輸文件。摩托羅拉公司也公布了其第一批藍牙產品,包括一個PCMCIA卡,一個USB附件。PCMCIA卡和USB附件這兩個新產品都是個人電腦的附加設備,可以允許個人電腦用無線方式交換信息和整理數據。,86,內容,嵌入式網絡幾種常用的網絡技術家庭網絡最后100米工業(yè)網絡與現場總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網嵌入式INTERNET藍牙技術I2C總線,,87,8I2C總線簡介,概述I2C總線是一種廣為人知的常用于將微控制器鏈接到系統(tǒng)的總線。目前大多數的嵌入式處理器都集成了I2C總線接口,許多的I/O芯片具有I2C總線接口,如EEPROM存儲器,溫度傳感器等。I2C總線廣泛的應用于嵌入式系統(tǒng)的主板上的各個部件之間的連接與通信。,88,I2C總線的應用例子,EMCU子系統(tǒng),E2PROM,數字傳感器,,,,,,,89,8I2C總線,系統(tǒng)結構,90,小結,嵌入式系統(tǒng)網絡設計的考慮網絡的形式常用的網絡技術介紹工業(yè)網絡現場總線家用網絡嵌入式INTERNET幾種解決方案藍牙與I2C簡介其它的網絡技術發(fā)展中,91,,,THEEND,
下載積分: 4 賞幣
上傳時間:2024-01-06
頁數: 91
大?。?4.27(MB)
子文件數:
簡介:COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK及基于模型設計的嵌入式應用,FNST第三事業(yè)部第一開發(fā)部主任工程師孫忠瀟SIMULINK基礎版主及代碼生成版主HYOWINNER2014年5月24日,2,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,目錄,SIMULINK是什么各家釋意用戶群分析學習難度分析SIMULINK能夠做什么視頻處理音頻處理工業(yè)流程模擬發(fā)動機控制自定義娛樂工具箱TARGETSUPPORTPACKAGE目標芯片的驅動工具箱基于模型的嵌入式設計及應用MBDMODELBASEDDESIGN代碼自動生成相關知識MBDDEMO濾波器建模,生成代碼以及驗證,3,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK是什么,百度SIMULINK是MATLAB最重要的組件之一,它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。MATLAB2013BSIMULINKOPENSTHESIMULINK?LIBRARYBROWSERHYOWINNERSIMULINKSIMULINKSIMUSIMULATION仿真具象化邏輯及結果LINK連接模塊與庫連接設計與需求連接模型與代碼連接你我與MATLAB/SIMULINK連接,4,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK是什么,模塊庫,,模型,,波形,,5,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK是什么,SIMULINK的使用者都期待其功能更加強大,能快速實現想要做的事,期待,6,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK是什么,7,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK能夠做什么,,視頻幀差分使能錄像仿真,,8,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK能夠做什么,,使用自帶模塊搭建音頻解析器,方便快捷。稍作加工即可實現播放開始后進行音量調節(jié)、暫停、繼續(xù)以及播放停止等動作。構成音樂播放器,9,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK能夠做什么,10,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK能夠做什么,11,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,SIMULINK能夠做什么,SIMULINK能夠做什么,TARGETSUPPORTPACKAGE是針對某一系列MCU/DSP芯片的驅動代碼配置與自動生成工具箱,給MBD嵌入式開發(fā)者提供快速算法驗證環(huán)境,FM4TSP主要有以下優(yōu)點1無需編寫驅動代碼使用者通過簡單的對話框設置即可生成驅動代碼2生成代碼有效錯誤的不合理的驅動配置模型會通過錯誤提示讓使用者改正3流程自動化從模型代碼生成,IDE啟動,工程創(chuàng)建,編譯,下載一鍵完成,TSP,12,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,13,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,MODELBASEDDESIGN,基于模型設計是一種流程,較之傳統(tǒng)軟件開發(fā)流程而言,使開發(fā)者能夠更快捷、以更少的成本花費進行開發(fā)。適用范圍包括信號處理,控制系統(tǒng),通信行業(yè)。表述系統(tǒng)的模型是整個開發(fā)流程的中心,貫穿需求,設計,實施與測試。模型本身就是一個可執(zhí)行的規(guī)格書,開發(fā)者修改優(yōu)化模型就是對設計的修繕,無需到實施之后通過測試再進行系統(tǒng)驗證,可以通過仿真在早期設計時期就及時進行正確性驗證,并且在實施階段,特別是對于嵌入式軟件,代碼由模型生成。,基于模型設計,14,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,以一個簡單的濾波器設計作為需求,通過基于模型設計簡化流程將需求與算法設計綁定起來,以保證所有需求都被覆蓋,最終實現需求與設計的一致性。,需求,15,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,根據濾波器的數學表達關系進行模型建立模型,并設計輸入輸出進行仿真,以驗證模型計算的正確性。模型輸入包括濾波系數和需要濾波的信號帶噪聲的正弦波仿真時,選擇合適的算法至關重要。,模型建立與仿真,模型建立與仿真,16,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,應用于嵌入式開發(fā)的模型往往需要選擇固定步長的解算器,而不選用變步長的解算器這是因為微控制器的時鐘信號是以固定頻率的周期工作,雖然可以實現倍頻和分頻,往往在一個應用的過程中每個基礎時鐘信號是保持不變的。,解算器的選擇,解算器的選擇,17,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,SYSTEMTARGETFILE是SIMULINK生成代碼不可或缺的起到總領作用的文件。它決定了自身被選擇時模型配置的動作,自定義GUI的追加,模型生成代碼的類型,以及主函數MAIN的生成與否,生成方式等等。GRTTLC快速原型ERTTLC嵌入式C代碼,通常使用此項或在此之上進行自定義硬件目標TSP工具的定制CUSTOM往往都是以ERTTLC為基礎,追加自定義硬件對應的配置或功能,系統(tǒng)目標文件,所謂TLC即TARGETLANGUAGECOMPILER的縮寫是一種解釋性編程語言,可以將模型編譯出來的RTW文件按照BLOCK級TLC程序轉化為目標代碼。,聯(lián)編文件,,聯(lián)編文件,即MAKEFILE文件MK,在MAKE_RTW指令下以系統(tǒng)模板聯(lián)編文件SYSTEMTEMPLATEMAKEFILE即SYSTEMTMF為基礎,生成MODELMK聯(lián)編程序,主要負責將模型產生的程序,附件的庫文件和自定義的模塊進行編譯和鏈接。系統(tǒng)模板聯(lián)編文件TMF允許用戶指定編譯器,編譯選項,以及可執(zhí)行文件生成時所附帶的信息。,,基于模型的嵌入式設計及應用,18,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,通過RMISETUP注冊ACTIVEXCONTROLS后SIMULINKMODEL菜單欄增加了需求追蹤功能追加了鏈接之后,文檔中出現SIMULINK的小圖標,能夠從需求文檔鏈接到模型;每當需求出現了變更可以通過鏈接檢查是否及時反映到所設計的模型中,以保持一致性,需求與模型關聯(lián),基于模型的嵌入式設計及應用,19,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,隨著模型復雜度的提高,人工檢查模型屬性,配置以及對于MAAB標準的遵守度逐漸成為負擔,使用SIMULINK工具欄中的MODELADVISOR工具可以自動進行標準以及模型配置和屬性的檢查,并產生檢查報告。檢查的內容1是否會導致系統(tǒng)仿真出錯2是否會導致生成的代碼無效SIMULINKCODEREMBEDDEDCODER3生成的代碼是否符合安全標準SIMULINKCODEREMBEDDEDCODERSIMULINKVV,模型檢查與驗證,基于模型的嵌入式設計及應用,20,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,使用PROFILERREPORT來了解模型每個環(huán)節(jié)的時間消耗和調用次數。報告中會提示模型執(zhí)行時間,調用函數清單和每個函數調用的詳細效率分析信息使用注意1如果算法模型使用MODELREFERRENCE引用,那么需要使該模型在NORMAL模式2在進行PROFILER時并不分析MODELREFERRENCE內部,需要單獨分析,模型效率分析,基于模型的嵌入式設計及應用,21,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,初次嘗試,先使用ERTTLC作為系統(tǒng)目標文件生成嵌入式C代碼ERTTLC會啟動代碼生成過程,將模塊轉化為C代碼未經過任何優(yōu)化的代碼可讀性不強,代碼自動生成,初次嘗試,先使用ERTTLC作為系統(tǒng)目標文件生成嵌入式C代碼ERTTLC會啟動代碼生成過程,將模塊轉化為C代碼未經過任何優(yōu)化的代碼可讀性不強,代碼自動生成,基于模型的嵌入式設計及應用,代碼自動生成提高可讀性,22,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,1為模型增加信號名2通過信號線屬性配置存儲數據類型,代碼自動生成提高可讀性1,基于模型的嵌入式設計及應用,1為模型增加信號名2通過M代碼在BASEWORKSPACE創(chuàng)建信號數據對象3關聯(lián)數據對象與模型信號DISABLEIMPLICITSIGNALRESOLUTIONGCS命令可自動關聯(lián),代碼自動生成提高可讀性2,代碼自動生成提高可讀性2,23,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,1將模型轉換為子系統(tǒng)2在BLOCKPARAMETER中配置為原子子系統(tǒng)3CODEGENERATION頁面定義函數名與文件名,代碼自動生成結構化,24,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,基于模型的嵌入式設計及應用,最終目的是將通過模型生成的代碼下載到目標硬件中去使用,那么模型生成的代碼能不能如實地反映仿真過程是必須要去驗證的。模型與代碼的一致性驗證可以通過處理器在環(huán)仿真PROCESSORINTHELOOP,PIL來驗證。,代碼的有效性驗證,25,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,MOREABOUTSIMULINKTOBECONTINUED,CMEXS函數,子系統(tǒng)MASK,TLC語言,SIMULINKBLOCKHELP文檔制作,自定義SIMULINKLIBRARY,LEVEL1MS函數自動生成,CALLBACKS,ICONDRAWCOMMAND,模型定點化,代碼生成文件結構,26,COPYRIGHT2014FUJITSULIMITED,
下載積分: 4 賞幣
上傳時間:2024-01-06
頁數: 27
大?。?3.89(MB)
子文件數: