Simulink及基于模型設計的嵌入式應用PPT課件

1、Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink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2Copyright 2014 FUJITSU LIMITED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 Target Support Package目標芯片的驅動工具箱基于模型的嵌入式設計及應用 MBD(Model based Design) 代碼自動生成相關知識 M

2、BD demo濾波器建模，生成代碼以及驗證3Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink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。Matlab2013b：simulink opens the Simulink Library Browser. Hyowinner：Simulink = Simu + Link Simu - Simulation -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4Copyr

3、ight 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink是什么模模塊庫塊庫模型模型波形波形從從Simulink BrowserSimulink Browser里里選擇選擇模模塊塊，建，建立模型并且立模型并且進進行仿真。行仿真。普遍普遍認識認識5Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink是什么根據(jù)根據(jù)論壇論壇回帖數(shù)回帖數(shù)統(tǒng)計統(tǒng)計判斷，判斷，大概只有大概只有MatlabMatlab的的1/81/8 粉粉絲絲SimulinkSimulink的使用者的使用者較較多都有多都有著著堅實堅實的的MatlabMatlab技技術術基基礎礎階階段段SimulinkSim

4、ulink的使用者的使用者較較多都多都有耐心，入有耐心，入門門檻較門門檻較高高特點特點SimulinkSimulink的使用者都期待其的使用者都期待其功能更加功能更加強強大，能快速大，能快速實現(xiàn)實現(xiàn)想要做的事想要做的事期待期待6Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink是什么要求整體把握，理有點要求整體把握，理有點難難度，度，一開始就要面一開始就要面對對整個系整個系統(tǒng)統(tǒng)SimulinkSimulink上手容易，一般從上手容易，一般從調調用用簡單簡單的的繪圖繪圖函數(shù)或矩函數(shù)或矩陣創(chuàng)陣創(chuàng)建開始建開始MatlabMatlab學科分支多，理學科分支多，理論論深度達，深

5、度達，后期依靠的是學后期依靠的是學術術理理論論造造詣詣MatlabMatlabSimulinkSimulink運行機制與流程的運行機制與流程的理解，會加速理解，會加速應應用的熟用的熟練練度度SimulinkSimulink7Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么跟跟MatlabMatlab一一樣樣功能功能強強大，具有大，具有動態(tài)動態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)仿真的功能，包含信號仿真的功能，包含信號處處理，理，圖圖像像視頻處視頻處理理， ，數(shù)數(shù)值值運算，控制系運算，控制系統(tǒng)統(tǒng)等等各個方面。等等各個方面。視頻處視頻處理理視頻幀差分使能錄像仿真8Copyright 20

6、14 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么SimulinkSimulink作作為為功能功能強強大的大的動態(tài)動態(tài)仿真工具，通仿真工具，通過過模型建立，運行仿真，甚至模型建立，運行仿真，甚至自定自定義義模模塊塊應應用于信號用于信號處處理理音音頻處頻處理理，數(shù)，數(shù)值值運算，控制系運算，控制系統(tǒng)統(tǒng)等等各個方面。等等各個方面。音音樂樂播放器播放器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(xiàn)：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9Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么跟跟GUIGUI結結合開合開發(fā)

7、發(fā)工工業(yè)業(yè)仿真仿真軟軟件件，具有，具有動態(tài)動態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)仿真的功能，包含信號仿真的功能，包含信號處處理，理，圖圖像像視頻處視頻處理，理，流程模流程模擬擬，數(shù)，數(shù)值計值計算，控制系算，控制系統(tǒng)統(tǒng)，等各個方面。，等各個方面。工工業(yè)業(yè)仿真仿真工業(yè)乙醇連續(xù)發(fā)酵仿真01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsc

8、oncentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)01002003004000100200300stepsconcentration(kg/m3)10Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么使用使用SimulinkSimulink進進行汽行汽車發(fā)動車發(fā)動機控制機控制規(guī)規(guī)格格設計設計，采用，采用基于模型基于模型設計設計的嵌入式的嵌入式軟軟件開件開發(fā)發(fā)流程，流程，經過經過代代

9、碼碼自自動動生成生成和各個和各個階階段的段的嚴嚴格格測試測試， ，實現(xiàn)實現(xiàn)汽汽車發(fā)動車發(fā)動機控制代機控制代碼碼的量的量產產。 。發(fā)動發(fā)動機控制機控制11Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么S FunctionS Function是是Simulink EngineSimulink Engine運行的機理體運行的機理體現(xiàn)現(xiàn)，同，同時時也也給給予用予用戶戶自定自定義義模模塊塊的功能的功能甚至可以自己定甚至可以自己定義義工具箱加入到工具箱加入到Simulink BrowserSimulink Browser中，中，讓讓你你隨心所欲隨心所欲！自定自定義義

10、功能功能自定義娛樂工具箱Simulink能夠做什么Target Support PackageTarget Support Package是是針對針對某一系列某一系列MCU/DSPMCU/DSP芯片的芯片的驅動驅動代代碼碼配置與自配置與自動動生成生成工具箱，工具箱，給給MBDMBD嵌入式開嵌入式開發(fā)發(fā)者提供快速算法者提供快速算法驗證環(huán)驗證環(huán)境，境，F(xiàn)M4 TSPFM4 TSP主要有以下主要有以下優(yōu)優(yōu)點點: :1. 1.無需無需編編寫寫驅動驅動代代碼碼： ：使用者使用者通通過簡單過簡單的的對話對話框框設設置即可置即可生成生成驅動驅動代代碼碼2. 2.生成代碼有效：生成代碼有效：錯誤錯誤的不合理的

11、的不合理的驅動驅動配置模型會通配置模型會通過過錯誤錯誤提示提示讓讓使用者改正使用者改正3. 3.流程自流程自動動化：從模型代化：從模型代碼碼生成，生成，IDEIDE啟啟動動，工程，工程創(chuàng)創(chuàng)建，建，編譯編譯，下，下載載一一鍵鍵完成完成TSPTSP12Copyright 2014 FUJITSU LIMITED13Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設計及應用Model Based DesignModel Based Design，基于模型，基于模型設計設計是一種是一種流程流程， ，較較之之傳統(tǒng)軟傳統(tǒng)軟件開件開發(fā)發(fā)流程而言，流程而言，使開使開發(fā)發(fā)者能者能夠夠

12、更快捷、以更少的成本花更快捷、以更少的成本花費費進進行開行開發(fā)發(fā)。適用范。適用范圍圍包括包括信號信號處處理，控制理，控制系系統(tǒng)統(tǒng)，通信行，通信行業(yè)業(yè)。表述系。表述系統(tǒng)統(tǒng)的的模型模型是整個開是整個開發(fā)發(fā)流程的中心，流程的中心，貫貫穿穿需求，需求，設計設計， ，實實施施與與測試測試。 。模型本身就是一個模型本身就是一個可可執(zhí)執(zhí)行的行的規(guī)規(guī)格格書書，開，開發(fā)發(fā)者修改者修改優(yōu)優(yōu)化模型就是化模型就是對設計對設計的修的修繕繕，無需到，無需到實實施之后通施之后通過測試過測試再再進進行系行系統(tǒng)驗證統(tǒng)驗證，可以通，可以通過過仿真仿真在在早期早期設計時設計時期期就及就及時進時進行行正確性正確性驗證驗證，并且在，并

13、且在實實施施階階段，特段，特別別是是對對于嵌入式于嵌入式軟軟件，件，代代碼碼由模型生成。由模型生成。基于模型基于模型設計設計14Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設計及應用以一個以一個簡單簡單的的濾濾波器波器設計設計作作為為需求，通需求，通過過基于模型基于模型設計簡設計簡化流程將需求與算法化流程將需求與算法設計設計綁綁定起來，以保定起來，以保證證所有需求都被覆蓋，最所有需求都被覆蓋，最終實現(xiàn)終實現(xiàn)需求與需求與設計設計的一致性。的一致性。需求需求15Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設計及應用根據(jù)根據(jù)濾濾波器的數(shù)

14、學表達關系波器的數(shù)學表達關系進進行模型建立模型，并行模型建立模型，并設計輸設計輸入入輸輸出出進進行仿真，以行仿真，以驗證驗證模型模型計計算的正確性。模型算的正確性。模型輸輸入包括入包括濾濾波系數(shù)和需要波系數(shù)和需要濾濾波的信號波的信號( (帶帶噪聲的正弦波噪聲的正弦波) )仿真仿真時時， ，選擇選擇合適的算法至關重要。合適的算法至關重要。模型建立與仿真模型建立與仿真模型建立與仿真模型建立與仿真16Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設計及應用應應用于嵌入式開用于嵌入式開發(fā)發(fā)的模型往往需要的模型往往需要選擇選擇固定步固定步長長的解算器，而不的解算器，而不選選

15、用用變變步步長長的解算器的解算器這這是因是因為為微控制器的微控制器的時鐘時鐘信號是以固定信號是以固定頻頻率的周期工作，率的周期工作，雖雖然可以然可以實現(xiàn)實現(xiàn)倍倍頻頻和分和分頻頻， ，往往在一個往往在一個應應用的用的過過程中每個基程中每個基礎時鐘礎時鐘信號是保持不信號是保持不變變的。的。解算器的解算器的選擇選擇解算器的解算器的選擇選擇17Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設計及應用System Target FileSystem Target File是是SimulinkSimulink生成代生成代碼碼不可或缺的起到不可或缺的起到總領總領作用的文件。它決

16、定作用的文件。它決定了自身被了自身被選擇時選擇時模型配置的模型配置的動動作，自定作，自定義義GUIGUI的追加，模型生成代的追加，模型生成代碼碼的的類類型，以及型，以及主函數(shù)主函數(shù)mainmain的生成與否，生成方式等等。的生成與否，生成方式等等。grt.tlc: grt.tlc: 快速原型快速原型ert.tlc: ert.tlc: 嵌入式嵌入式C C代代碼碼，通常使用此，通常使用此項項或在此之上或在此之上進進行自定行自定義義硬件目硬件目標標TSPTSP工具的定制工具的定制custom:custom:往往都是以往往都是以ert.tlcert.tlc為為基基礎礎，追加自定，追加自定義義硬件硬件對

17、應對應的配置或功能的配置或功能系系統(tǒng)統(tǒng)目目標標文件文件所謂tlc即Target Language Compiler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)編聯(lián)編文件文件聯(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(System Template Makefile 即system.tmf)為基礎，生成model.mk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?；谀Ｐ偷那度?/p>

18、式設計及應用18Copyright 2014 FUJITSU LIMITED通通過過rmi setuprmi setup注冊注冊Active-X controlsActive-X controls后后Simulink ModelSimulink Model菜菜單欄單欄增加了需求追蹤功能增加了需求追蹤功能追加了追加了鏈鏈接之后，文檔中出接之后，文檔中出現(xiàn)現(xiàn)SimulinkSimulink的小的小圖標圖標，能，能夠夠從需求文檔從需求文檔鏈鏈接到模型；每當接到模型；每當需求出需求出現(xiàn)現(xiàn)了了變變更可以通更可以通過鏈過鏈接接檢查檢查是否及是否及時時反映到所反映到所設計設計的模型中，以保持一致性的模型中，

19、以保持一致性需求與模型關需求與模型關聯(lián)聯(lián)基于模型的嵌入式設計及應用19Copyright 2014 FUJITSU LIMITED隨著模型復隨著模型復雜雜度的提高，人工度的提高，人工檢查檢查模型屬性，配置以及模型屬性，配置以及對對于于MAABMAAB標標準的遵守度逐準的遵守度逐漸漸成成為負為負擔，使用擔，使用SimulinkSimulink工具工具欄欄中的中的Model AdvisorModel Advisor工具可以自工具可以自動進動進行行標標準以及模型準以及模型配置和屬性的配置和屬性的檢查檢查，并，并產產生生檢查報檢查報告。告。檢查檢查的內容：的內容：1. 1.是否會是否會導導致系致系統(tǒng)統(tǒng)

20、仿真出仿真出錯錯2. 2.是否會是否會導導致生成的代致生成的代碼碼無效無效(Simulink Coder&Embedded Coder)(Simulink Coder&Embedded Coder)3. 3.生成的代生成的代碼碼是否符合安全是否符合安全標標準準(Simulink Coder&Embedded Coder&Simulink V&V)(Simulink Coder&Embedded Coder&Simulink V&V)模型模型檢查檢查與與驗證驗證基于模型的嵌入式設計及應用20Copyright 2014 FUJITS

21、U LIMITED使用使用Profiler ReportProfiler Report來了解模型每個來了解模型每個環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的的時間時間消耗和消耗和調調用次數(shù)。用次數(shù)。報報告中會提示模型告中會提示模型執(zhí)執(zhí)行行時間時間， ，調調用函數(shù)清用函數(shù)清單單和每個函數(shù)和每個函數(shù)調調用的用的詳細詳細效率分析信息效率分析信息使用注意：使用注意：1. 1.如果算法模型使用如果算法模型使用Model ReferrenceModel Referrence引用，那么需要使引用，那么需要使該該模型在模型在NormalNormal模式模式2. 2.在在進進行行ProfilerProfiler時時并不分析并不分析Model

22、ReferrenceModel Referrence內部，需要內部，需要單單獨分析獨分析模型效率分析模型效率分析基于模型的嵌入式設計及應用21Copyright 2014 FUJITSU LIMITED初次初次嘗試嘗試，先使用，先使用ert.tlcert.tlc作作為為系系統(tǒng)統(tǒng)目目標標文件生成嵌入式代文件生成嵌入式代碼碼ert.tlcert.tlc會啟會啟動動代代碼碼生成生成過過程，將模程，將模塊轉塊轉化化為為C C代代碼碼未未經過經過任何任何優(yōu)優(yōu)化的代化的代碼碼可可讀讀性不性不強強代代碼碼自自動動生成生成初次初次嘗試嘗試，先使用，先使用ert.tlcert.tlc作作為為系系統(tǒng)統(tǒng)目目標標文件

23、生成嵌入式代文件生成嵌入式代碼碼ert.tlcert.tlc會啟會啟動動代代碼碼生成生成過過程，將模程，將模塊轉塊轉化化為為C C代代碼碼未未經過經過任何任何優(yōu)優(yōu)化的代化的代碼碼可可讀讀性不性不強強代代碼碼自自動動生成生成基于模型的嵌入式設計及應用代代碼碼自自動動生成生成 提高可提高可讀讀性性22Copyright 2014 FUJITSU LIMITED1. 1.為為模型增加信號名模型增加信號名2. 2.通通過過信號信號線線屬性配置存屬性配置存儲儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類類型型代代碼碼自自動動生成生成 提高可提高可讀讀性性1 1基于模型的嵌入式設計及應用1. 1.為為模型增加信號名模型增加信號名2. 2.通通過過M M代代碼碼在在BaseWorkspaceBase