Simulink及基于模型設(shè)計(jì)的嵌入式應(yīng)用PPT課件

1、Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink及基于模型設(shè)計(jì)的嵌入式應(yīng)用FNST第三事業(yè)部第一開(kāi)發(fā)部主任工程師 孫忠瀟Simulink基礎(chǔ)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(xué)習(xí)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(dòng)機(jī)控制 自定義娛樂(lè)工具箱 Target Support Package目標(biāo)芯片的驅(qū)動(dòng)工具箱基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)用 MBD(Model based Design) 代碼自動(dòng)生成相關(guān)知識(shí) M

2、BD demo濾波器建模，生成代碼以及驗(yàn)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(gè)動(dòng)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(jié)果 Link - 連接 -模塊與庫(kù)連接 -設(shè)計(jì)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(kù)塊庫(kù)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(jìn)進(jìn)行仿真。行仿真。普遍普遍認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)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(jì)統(tǒng)計(jì)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(jiān)實(shí)堅(jiān)實(shí)的的MatlabMatlab技技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)礎(chǔ)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(diǎn)特點(diǎn)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(qiáng)強(qiáng)大，能快速大，能快速實(shí)現(xiàn)實(shí)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(diǎn)要求整體把握，理有點(diǎn)難難度，度，一開(kāi)始就要面一開(kāi)始就要面對(duì)對(duì)整個(gè)系整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)SimulinkSimulink上手容易，一般從上手容易，一般從調(diào)調(diào)用用簡(jiǎn)單簡(jiǎn)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(kāi)始建開(kāi)始MatlabMatlab學(xué)科分支多，理學(xué)科分支多，理論論深度達(dá)，深

5、度達(dá)，后期依靠的是學(xué)后期依靠的是學(xué)術(shù)術(shù)理理論論造造詣詣MatlabMatlabSimulinkSimulink運(yùn)行機(jī)制與流程的運(yùn)行機(jī)制與流程的理解，會(huì)加速理解，會(huì)加速應(yīng)應(yīng)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(qiáng)強(qiáng)大，具有大，具有動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)仿真的功能，包含信號(hào)仿真的功能，包含信號(hào)處處理，理，圖圖像像視頻處視頻處理理， ，數(shù)數(shù)值值運(yùn)算，控制系運(yùn)算，控制系統(tǒng)統(tǒng)等等各個(gè)方面。等等各個(gè)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(qiáng)強(qiáng)大的大的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)仿真工具，通仿真工具，通過(guò)過(guò)模型建立，運(yùn)行仿真，甚至模型建立，運(yùn)行仿真，甚至自定自定義義模模塊塊應(yīng)應(yīng)用于信號(hào)用于信號(hào)處處理理音音頻處頻處理理，數(shù)，數(shù)值值運(yùn)算，控制系運(yùn)算，控制系統(tǒng)統(tǒng)等等各個(gè)方面。等等各個(gè)方面。音音樂(lè)樂(lè)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(shí)現(xiàn)：播放開(kāi)始后進(jìn)行音量調(diào)節(jié)、暫停、繼續(xù)以及播放停止等動(dòng)作。構(gòu)成音樂(lè)播放器9Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么跟跟GUIGUI結(jié)結(jié)合開(kāi)合開(kāi)發(fā)

7、發(fā)工工業(yè)業(yè)仿真仿真軟軟件件，具有，具有動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)仿真的功能，包含信號(hào)仿真的功能，包含信號(hào)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(jì)值計(jì)算，控制系算，控制系統(tǒng)統(tǒng)，等各個(gè)方面。，等各個(gè)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(jìn)進(jìn)行汽行汽車發(fā)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)控制規(guī)規(guī)格格設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，采用，采用基于模型基于模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的嵌入式的嵌入式軟軟件開(kāi)件開(kāi)發(fā)發(fā)流程，流程，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)代代

9、碼碼自自動(dòng)動(dòng)生成生成和各個(gè)和各個(gè)階階段的段的嚴(yán)嚴(yán)格格測(cè)試測(cè)試， ，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)汽汽車發(fā)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)控制代機(jī)控制代碼碼的量的量產(chǎn)產(chǎn)。 。發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)控制11Copyright 2014 FUJITSU LIMITEDSimulink能夠做什么S FunctionS Function是是Simulink EngineSimulink Engine運(yùn)行的機(jī)理體運(yùn)行的機(jī)理體現(xiàn)現(xiàn)，同，同時(shí)時(shí)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(lè)工具箱Simulink能夠做什么Target Support PackageTarget Support Package是是針對(duì)針對(duì)某一系列某一系列MCU/DSPMCU/DSP芯片的芯片的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)代代碼碼配置與自配置與自動(dòng)動(dòng)生成生成工具箱，工具箱，給給MBDMBD嵌入式開(kāi)嵌入式開(kāi)發(fā)發(fā)者提供快速算法者提供快速算法驗(yàn)證環(huán)驗(yàn)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(diǎn)點(diǎn): :1. 1.無(wú)需無(wú)需編編寫寫驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)代代碼碼： ：使用者使用者通通過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)簡(jiǎn)單的的對(duì)話對(duì)話框框設(shè)設(shè)置即可置即可生成生成驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)代代碼碼2. 2.生成代碼有效：生成代碼有效：錯(cuò)誤錯(cuò)誤的不合理的

11、的不合理的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)配置模型會(huì)通配置模型會(huì)通過(guò)過(guò)錯(cuò)誤錯(cuò)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(dòng)動(dòng)化：從模型代化：從模型代碼碼生成，生成，IDEIDE啟啟動(dòng)動(dòng)，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(shè)計(jì)及應(yīng)用Model Based DesignModel Based Design，基于模型，基于模型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是一種是一種流程流程， ，較較之之傳統(tǒng)軟傳統(tǒng)軟件開(kāi)件開(kāi)發(fā)發(fā)流程而言，流程而言，使開(kāi)使開(kāi)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(fèi)費(fèi)進(jìn)進(jìn)行開(kāi)行開(kāi)發(fā)發(fā)。適用范。適用范圍圍包括包括信號(hào)信號(hào)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(gè)開(kāi)是整個(gè)開(kāi)發(fā)發(fā)流程的中心，流程的中心，貫貫穿穿需求，需求，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)， ，實(shí)實(shí)施施與與測(cè)試測(cè)試。 。模型本身就是一個(gè)模型本身就是一個(gè)可可執(zhí)執(zhí)行的行的規(guī)規(guī)格格書書，開(kāi)，開(kāi)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(duì)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)的修的修繕繕，無(wú)需到，無(wú)需到實(shí)實(shí)施之后通施之后通過(guò)測(cè)試過(guò)測(cè)試再再進(jìn)進(jìn)行系行系統(tǒng)驗(yàn)證統(tǒng)驗(yàn)證，可以通，可以通過(guò)過(guò)仿真仿真在在早期早期設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)期期就及就及時(shí)進(jìn)時(shí)進(jìn)行行正確性正確性驗(yàn)證驗(yàn)證，并且在，并

13、且在實(shí)實(shí)施施階階段，特段，特別別是是對(duì)對(duì)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)14Copyright 2014 FUJITSU LIMITED基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)用以一個(gè)以一個(gè)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的的濾濾波器波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)作作為為需求，通需求，通過(guò)過(guò)基于模型基于模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化流程將需求與算法化流程將需求與算法設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)綁綁定起來(lái)，以保定起來(lái)，以保證證所有需求都被覆蓋，最所有需求都被覆蓋，最終實(shí)現(xiàn)終實(shí)現(xiàn)需求與需求與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及應(yīng)用根據(jù)根據(jù)濾濾波器的數(shù)

14、學(xué)表達(dá)關(guān)系波器的數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系進(jìn)進(jìn)行模型建立模型，并行模型建立模型，并設(shè)計(jì)輸設(shè)計(jì)輸入入輸輸出出進(jìn)進(jìn)行仿真，以行仿真，以驗(yàn)證驗(yàn)證模型模型計(jì)計(jì)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(hào)波的信號(hào)( (帶帶噪聲的正弦波噪聲的正弦波) )仿真仿真時(shí)時(shí)， ，選擇選擇合適的算法至關(guān)重要。合適的算法至關(guān)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(shè)計(jì)及應(yīng)用應(yīng)應(yīng)用于嵌入式開(kāi)用于嵌入式開(kāi)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(zhǎng)長(zhǎng)的解算器，而不的解算器，而不選選

15、用用變變步步長(zhǎng)長(zhǎng)的解算器的解算器這這是因是因?yàn)闉槲⒖刂破鞯奈⒖刂破鞯臅r(shí)鐘時(shí)鐘信號(hào)是以固定信號(hào)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(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)倍倍頻頻和分和分頻頻， ，往往在一個(gè)往往在一個(gè)應(yīng)應(yīng)用的用的過(guò)過(guò)程中每個(gè)基程中每個(gè)基礎(chǔ)時(shí)鐘礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)是保持不信號(hào)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(shè)計(jì)及應(yīng)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(lǐng)總領(lǐng)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(shí)選擇時(shí)模型配置的模型配置的動(dòng)動(dòng)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(xiàng)項(xiàng)或在此之上或在此之上進(jìn)進(jìn)行自定行自定義義硬件目硬件目標(biāo)標(biāo)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(chǔ)礎(chǔ)，追加自定，追加自定義義硬件硬件對(duì)

17、應(yīng)對(duì)應(yīng)的配置或功能的配置或功能系系統(tǒng)統(tǒng)目目標(biāo)標(biāo)文件文件所謂tlc即Target Language Compiler的縮寫是一種解釋性編程語(yǔ)言，可以將模型編譯出來(lái)的rtw文件按照block級(jí)tlc程序轉(zhuǎn)化為目標(biāo)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(chǔ)，生成model.mk聯(lián)編程序，主要負(fù)責(zé)將模型產(chǎn)生的程序，附件的庫(kù)文件和自定義的模塊進(jìn)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(xiàng)，以及可執(zhí)行文件生成時(shí)所附帶的信息。基于模型的嵌入

18、式設(shè)計(jì)及應(yīng)用18Copyright 2014 FUJITSU LIMITED通通過(guò)過(guò)rmi setuprmi setup注冊(cè)注冊(cè)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(biāo)圖標(biāo)，能，能夠夠從需求文檔從需求文檔鏈鏈接到模型；每當(dāng)接到模型；每當(dāng)需求出需求出現(xiàn)現(xiàn)了了變變更可以通更可以通過(guò)鏈過(guò)鏈接接檢查檢查是否及是否及時(shí)時(shí)反映到所反映到所設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(guān)需求與模型關(guān)聯(lián)聯(lián)基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)用19Copyright 2014 FUJITSU LIMITED隨著模型復(fù)隨著模型復(fù)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(duì)對(duì)于于MAABMAAB標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的遵守度逐準(zhǔn)的遵守度逐漸漸成成為負(fù)為負(fù)擔(dān)，使用擔(dān)，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(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)行行標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)以及模型準(zhǔn)以及模型配置和屬性的配置和屬性的檢查檢查，并，并產(chǎn)產(chǎn)生生檢查報(bào)檢查報(bào)告。告。檢查檢查的內(nèi)容：的內(nèi)容：1. 1.是否會(huì)是否會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致系致系統(tǒng)統(tǒng)

20、仿真出仿真出錯(cuò)錯(cuò)2. 2.是否會(huì)是否會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致生成的代致生成的代碼碼無(wú)效無(wú)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(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(yàn)證驗(yàn)證基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)用20Copyright 2014 FUJITS

21、U LIMITED使用使用Profiler ReportProfiler Report來(lái)了解模型每個(gè)來(lái)了解模型每個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的的時(shí)間時(shí)間消耗和消耗和調(diào)調(diào)用次數(shù)。用次數(shù)。報(bào)報(bào)告中會(huì)提示模型告中會(huì)提示模型執(zhí)執(zhí)行行時(shí)間時(shí)間， ，調(diào)調(diào)用函數(shù)清用函數(shù)清單單和每個(gè)函數(shù)和每個(gè)函數(shù)調(diào)調(diào)用的用的詳細(xì)詳細(xì)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(jìn)進(jìn)行行ProfilerProfiler時(shí)時(shí)并不分析并不分析Model

22、ReferrenceModel Referrence內(nèi)部，需要內(nèi)部，需要單單獨(dú)分析獨(dú)分析模型效率分析模型效率分析基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)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(biāo)標(biāo)文件生成嵌入式代文件生成嵌入式代碼碼ert.tlcert.tlc會(huì)啟會(huì)啟動(dòng)動(dòng)代代碼碼生成生成過(guò)過(guò)程，將模程，將模塊轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)化化為為C C代代碼碼未未經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)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(qiáng)強(qiáng)代代碼碼自自動(dòng)動(dòng)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(biāo)標(biāo)文件

23、生成嵌入式代文件生成嵌入式代碼碼ert.tlcert.tlc會(huì)啟會(huì)啟動(dòng)動(dòng)代代碼碼生成生成過(guò)過(guò)程，將模程，將模塊轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)化化為為C C代代碼碼未未經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)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(qiáng)強(qiáng)代代碼碼自自動(dòng)動(dòng)生成生成基于模型的嵌入式設(shè)計(jì)及應(yīng)用代代碼碼自自動(dòng)動(dòng)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(hào)名模型增加信號(hào)名2. 2.通通過(guò)過(guò)信號(hào)信號(hào)線線屬性配置存屬性配置存儲(chǔ)儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類類型型代代碼碼自自動(dòng)動(dòng)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(shè)計(jì)及應(yīng)用1. 1.為為模型增加信號(hào)名模型增加信號(hào)名2. 2.通通過(guò)過(guò)M M代代碼碼在在BaseWorkspaceBase