实时仿真课件系统之matlab

1、2009. 62009. 6实时仿真系统实时仿真系统内容提纲内容提纲一、一、Matlab简介简介二、二、RTW介绍介绍三、三、RTI介绍介绍一、一、Matlab简介简介 MATLAB的名称源自的名称源自Matrix Laboratory，它是一种科学，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工

2、作。析、仿真和设计工作。 利用利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对其功产品的开放式结构，可以非常容易地对其功能进行扩充。随着科技的进步，能进行扩充。随着科技的进步，MATLAB也是一步步完善，现也是一步步完善，现在已经推出了在已经推出了MATLAB2009a。新的版本对用户提供了更多的。新的版本对用户提供了更多的仿真工具，这些必将更有利于我们使用这些工具进行更准确的仿真工具，这些必将更有利于我们使用这些工具进行更准确的科学分析。科学分析。目前目前MATLAB产品族可以用来进行：产品族可以用来进行：数值分析数值分析 数值和符号计算数值和符号计算 工程与科学绘图工程与科学绘图 控制系

3、统的设计与仿真控制系统的设计与仿真 数字图像处理数字图像处理 数字信号处理数字信号处理 通讯系统设计与仿真通讯系统设计与仿真 财务与金融工程财务与金融工程一、一、Matlab简介简介一、一、Matlab简介简介 MATLAB产品族中，自动化的代码生成工具主要有产品族中，自动化的代码生成工具主要有Real-Time Workshop（RTW）和）和Stateflow Coder，这两种代码，这两种代码生成工具可以直接将生成工具可以直接将Simulink的模型框图的模型框图Stateflow的状态图的状态图转换成高效优化的程序代码。转换成高效优化的程序代码。 利用利用RTW生成的代码简洁、可靠、易

4、读。目前生成的代码简洁、可靠、易读。目前RTW支持支持生成标准的生成标准的C语言代码，并且具备了生成其他语言代码的能力。语言代码，并且具备了生成其他语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都可以自动整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都可以自动完成，用户需要做的仅仅使用鼠标点击几个按钮即可。完成，用户需要做的仅仅使用鼠标点击几个按钮即可。一、一、Matlab简介简介一、一、Matlab简介简介 MathWorks公司针对不同的实时或非实时操作系统公司针对不同的实时或非实时操作系统平台，发了相应的目标选项，配合不同的软硬件系统，可以平台，发了相应的目标选项，配合不同的软硬

5、件系统，可以完成快速控制原型（完成快速控制原型（Rapid Control Prototype）开发、硬）开发、硬件在回路的实时仿真（件在回路的实时仿真（Hardware-in-Loop）、产品代码生）、产品代码生成等工作。成等工作。 MATLAB开放性的可扩充体系允许用户开发自定义的开放性的可扩充体系允许用户开发自定义的嵌入式系统目标，利用嵌入式系统目标，利用Real-Time Workshop Embedded Coder能够直接将能够直接将Simulink的模型转变成效率优化的产品级的模型转变成效率优化的产品级代码。代码不仅可以是浮点的，还可以是定点的。代码。代码不仅可以是浮点的，还可以

6、是定点的。 一、一、Matlab简介简介二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍本节概述：本节概述：传统设计方式和基于模型的设计传统设计方式和基于模型的设计使用使用MathWorks工具进行基于模型设计工具进行基于模型设计螺旋式上升的设计过程螺旋式上升的设计过程Real-Time Workshop在设计过程中的角色在设计过程中的角色Real-Time Workshop targers关键概念关键概念Real-Time Workshop总体过程总体过程二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍传统设计方式：传统设计方式：基于模型的设计基于模型的设计 基于

7、模型的设计能够缩短设计周期时间并利用自动代系基于模型的设计能够缩短设计周期时间并利用自动代系统系统码生成技术替代了易于产生错误的手工编码。基于模统系统码生成技术替代了易于产生错误的手工编码。基于模自动模型模型生成代码型的设计过程如下：自动模型模型生成代码型的设计过程如下： 系统工程师定义并分析工程问题，得到设计规范说明。系统工程师定义并分析工程问题，得到设计规范说明。然后系统工程师使用诸如然后系统工程师使用诸如 Simulink (包含其包含其 blocksets )这这类仿真工具建立对应的系统模型。使用系统模型仿真并通过类仿真工具建立对应的系统模型。使用系统模型仿真并通过结果检验正确性。软件

8、开发人员使用系统模型，并把已有的结果检验正确性。软件开发人员使用系统模型，并把已有的代码结合进去。整个系统可再次通过仿真检验正确性。代码结合进去。整个系统可再次通过仿真检验正确性。二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍 一旦模型设定好使用一旦模型设定好使用 Real-Time Workshop 及其系列及其系列产品生成代码，代码就可以被自动生成出来并嵌入到微处产品生成代码，代码就可以被自动生成出来并嵌入到微处理器上去。接下来就可以测试并验证嵌入式软件的正确性理器上去。接下来就可以测试并验证嵌入式软件的正确性了。如果出现意外情况，系统工程师或软件开发者可以回了。如果出现意

9、外情况，系统工程师或软件开发者可以回到系统模型，仔细调整模型算法，并再次使用自动代码生到系统模型，仔细调整模型算法，并再次使用自动代码生成工具生成代码，这一过程耗时相对较少。基于模型的设成工具生成代码，这一过程耗时相对较少。基于模型的设计过程能够显著的减少了设计周期时间，消除了由于误解计过程能够显著的减少了设计周期时间，消除了由于误解规范造成的错误并为以后在循环中改进性能提供了较大的规范造成的错误并为以后在循环中改进性能提供了较大的灵活度。灵活度。二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍 基于模型设计和实行的流程如下：基于模型设计和实行的流程如下： Real-Time W

10、orkshop 工作过程工作过程在在Simulik中建模中建模 离散系统离散系统 连续系统连续系统 异步系统异步系统用用Real-Time Workshop 生成代码生成代码 生成标准生成标准C代码代码 生成针对目标的生成针对目标的makefile编译成为目标平台可执行代码编译成为目标平台可执行代码 使用使用makefile生成的代码生成的代码在目标平台上运行应用程序在目标平台上运行应用程序 参数调节参数调节 信号检测信号检测二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍二、二、RTW(real-time works

11、hop)介绍介绍螺旋式上升的设计过程：螺旋式上升的设计过程：MathWorks帮助用户简化并加速软件开发。这些工帮助用户简化并加速软件开发。这些工具非常复合螺旋式上升设计过程和等效的具非常复合螺旋式上升设计过程和等效的V设计流程设计流程Real-Time Workshop 的角色的角色 Real-Time Workshop 扩展了扩展了Simulink 和和 MATLAB 的的功能。通过功能。通过RTW，能够自动从，能够自动从 Simulink 模型生成模型生成 C 代代码，并自动实现打包编译生成为实施应用软件。码，并自动实现打包编译生成为实施应用软件。 Real-Time Workshop

12、是产品级代码生成的基础，它本身是产品级代码生成的基础，它本身提供了快速原型和产品代码的生成环境。提供了快速原型和产品代码的生成环境。 Real-Time Workshop和其它和其它 MathWorks工具一起能够实现：工具一起能够实现： 针对不同目标平台裁剪并自动生成代码针对不同目标平台裁剪并自动生成代码 从系统级设计到实现的快速、直接的通路从系统级设计到实现的快速、直接的通路 同同MATLAB 和和 Simulink无缝集成无缝集成 简单友好的图简单友好的图形形 用户界面用户界面 开放的构架和可扩展的编译过程开放的构架和可扩展的编译过程 二、二、RTW(real-time workshop

13、)介绍介绍Real-Time Workshop应用广泛，大多数应用可以归为以应用广泛，大多数应用可以归为以下几类：下几类： Rapid prototyping 快速原型应用快速原型应用 Embedded applications 嵌入式应用嵌入式应用 Rapid simulations 快速仿真快速仿真 二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍Real-Time Workshop可用于系统实现，它提供了从可用于系统实现，它提供了从SImulink系统级设计到硬件实现的直接通路系统级设计到硬件实现的直接通路Real-Time Workshop 和其他提供自动代码生成功能的相

14、和其他提供自动代码生成功能的相关产品如下：关产品如下： 二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍Real-Time Workshop 的目标（的目标（Target）目标是所生成代码将要运行的环境，目标可以是某目标是所生成代码将要运行的环境，目标可以是某种操作系统也可以是中断驱动的硬件裸机种操作系统也可以是中断驱动的硬件裸机随同随同Real-Time Workshop产品一同发布的还有产品一同发布的还有DOS target和和Tornado target等示例目标，同时等示例目标，同时Real-Time Workshop 还包括还包括Rapid Simulation和和S-

15、Function target,这两种目标用于非实时仿真。这两种目标用于非实时仿真。xPC Target和和dSPACE等产品适用于进行快速原型等产品适用于进行快速原型仿真应用，这些目标需要用户单独购买。仿真应用，这些目标需要用户单独购买。Real-Time Workshop 支持用户自己的目标环境，支持用户自己的目标环境，包括嵌入式目标。包括嵌入式目标。除了除了MathWork提供的各种目标以外，提供的各种目标以外，Real-Time Workshop 还可以使用大量第三方开发的目标还可以使用大量第三方开发的目标 二、二、RTW(real-time workshop)介绍介绍三、三、RTI(

16、real-time interface)介绍介绍RTI-（dSPACE和和RTW的接口）的接口）实现使用实现使用dSPACE硬件功能的模块库硬件功能的模块库与普通的与普通的Simulink模块的使用无异模块的使用无异通过通过GUI界面配置界面配置I/O通道通道三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍RTI-（dSPACE和和RTW的接口）的接口）三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍RTI：启动：启动如何打开如何打开RTI库库 在在Matlab命令下输入命令下输入rti 打开打开Simulink,使用使用Simulink浏览器浏览器dSPACE

17、处理器和处理器和I/O板模块库板模块库 所有的模块都是所有的模块都是Matalb/Simulink库中的库中的模块模块 板卡和处理器单元的名称作为模块名字的板卡和处理器单元的名称作为模块名字的关键字（不允许改动关键字（不允许改动中断处理模块库中断处理模块库 HW(硬件硬件)中断处理模块中断处理模块 SW(软件软件)中断处理模块中断处理模块三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍自动产生包含自动产生包含RTI模块的模块的Simulink框图模型代码，应用于框图模型代码，应用于 Rapid Controller

18、 Prototyping (RCP)快速控制原型快速控制原型 Hardware-In-The-Loop-Simulation (HIL)硬件在回路仿硬件在回路仿真真支持的系统类型支持的系统类型 连续系统（连续系统（Continuous） 离散时间系统（离散时间系统（Discrete time） 混合系统（混合系统（Hybrid）为为ControlDesk进行准备进行准备 自动创建自动创建SDF文件（和文件（和TRC文件）文件） Host_service(x,y) 仿真控制仿真控制 错误处理操作错误处理操作Error handling将生成的实时代码载入到处理器系统上将生成的实时代码载入到处理器系统上 三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍三、三、RTI(real-time interface)介绍介绍l模型的积分算法和基本计算模型的积分算法和基本计算步长（固定步长），选择单步长（固定步长），选择单任务（任务（ single）多任务）多任务（ M