Katedra Inżynierii Systemów Sterowania Materiały dodatkowe Simulink Real-Time Opracowali: mgr inż. Tomasz Karla Data: Listopad, 2016 r.
Wstęp Simulink Real-Time jest środowiskiem pozwalającym na tworzenie aplikacji pracujących w czasie rzeczywistym z modeli Simulink i uruchamianie ich na dedykowanych komputerach (Target PC) połączonych z fizycznymi systemami. Zarządzanie symulacją odbywa się na innym komputerze (Host PC). Oprogramowanie pozwala na wykorzystanie kart rozszerzeń i portów znajdujących się w dedykowanym komputerze co w połączeniu z dużą mocą obliczeniową takiej jednostki daje bardzo duże możliwości w projektowaniu systemów HIL. Od wersji MATLAB R2014a narzędzie zostało przemianowane na Simulink Real-Time. We wcześniejszych wersjach funkcjonowało pod nazwą xpc Target. Niniejszy materiał został opracowany w oparciu o Simulink Real-Time dostępny w wersji MATLAB 2015b. Nowsze i starsze wersje mogą się trochę różnić pod względem struktury opcji jednak znaczna większość opcji pozostaje taka sama. Instrukcja przygotowania modelu do pracy w narzędziu Simulink Real-Time 1. Utworzyć nowy Simulink Model. 2. Przejść w ustawienia Simulation> Model Simulation Parameters. 3. Przejść do zakładki Code Generation i wybrać w polu System Target File odpowiedni moduł: slrt.tlc (dla Simulink Real-Time) lub xpctarget.tlc (dla xpc Target).
Simulink Real-Time (xpc Target) do działania wymaga zgodnego kompilatora. W zależności od wersji oprogramowania MATLAB, dostępna jest inna lista kompatybilnych kompilatorów. W większości wypadków darmowy kompilator zawarty w Microsoft Windows SDK w wersji 7 wzwyż jest wystarczającym kompilatorem. W najnowszych wersjach MATLAB Simulink od 2016a nie ma już potrzeby wybierania zgodnego kompilatora. Aby wybrać kompilator w starszej wersji należy przejść do zakładki Code Generation, i wybrać go z listy w polu Build proces > Toolchain. 4. W zakładce Solver, w polu Solver options rekomendowane jest ustawienie trybu Fixed-step i zadeklarowanie wybranego kroku wykonywania symulacji oraz ustawić Stop time na inf.
5. W zakładce Simulink Real-Time Options (xpc Target Options) należy zdefiniować tryb wykonywania modelu. Do wyboru są : Real-Time pozwalający na wykonywanie symulacji w czasie rzeczywistym. W tym trybie, obliczenia poszczególnych kroków symulacji są wykonywanie w oknach czasowych równych długości zadeklarowanego kroku symulacji. Gdy obliczenia trwają krócej niż określony krok symulacji, po wykonaniu zadania dalsze obliczenia zostają wstrzymane dopóki nie zostanie rozpoczęte kolejne okno czasowe. W ten sposób uzyskuje się efekt pracy w czasie rzeczywistym. Freerun pozwalający na wykonywanie symulacji najszybciej jak to tylko możliwe. W tym trybie nie następuje wstrzymywanie obliczeń i kolejne kroki symulacji są liczone zaraz po obliczeniu wyników danego kroku. Ze względu na wykonywanie obliczeń w odizolowanym środowisku i bezpośrednim odwoływaniu się do procesora, obliczenia te są wykonywane znacznie szybciej niż w środowisku Windows (na komputerze z procesorem klasy i3 czas wykonywania obliczeń ulega średnio 100 krotnemu skróceniu względem wykonywania modelu w środowisku Windows). 6. Po przygotowaniu pliku modelu w środowisku Simulink Real-Time (xpc Target) użytkownik może przystąpić do opracowania aplikacji. Simulink Real-Time (xpc Target) jest w stanie wykorzystać większość bloków dostępnych w podstawowym toolboxie Simulink. Dodatkowo, do obsługi warstwy fizycznej dedykowanego komputera należy skorzystać w bloków w toolboxie Simulink Real-Time. Prócz bloków związanych z obsługą portów i kart rozszerzeń komputera posiada on także dodatkowe bloki programowe związane z wizualizacją, zbieraniem pomiarów, nadzorem nad przebiegiem pracy aplikacji.
7. Po opracowaniu odpowiedniego modelu Simulink, należy utworzyć z niego aplikację i załadować go dedykowanego komputera. Proces ten jest niemal całkowicie zautomatyzowany jednak wymaga przygotowania odpowiedniego środowiska uruchomieniowego na dedykowanym komputerze, na którym będzie uruchamiana aplikacja. Aby tego dokonać, należy najpierw skonfigurować i uruchomić odpowiedni Target PC (patrz Instrukcja konfiguracji komputera zdalnego (Target PC) oraz obsługi modeli na nim wykonywanych) a następnie kliknąć Build w modelu Simulink. Aplikacja zostanie automatycznie przesłana na aktywny Target PC. W celu podglądu jej działania, można ją uruchomić w trybie External (lista wyboru obok przycisku Start symulacji). Instrukcja konfiguracji komputera zdalnego (Target PC) z poziomu hosta (Host PC) oraz obsługi modeli na nim wykonywanych 1. Komendą slrtexplr (Simulink Real-Time) lub xpcexplr ( xpc Target) wywołać narzędzie Simulink Real-Time Explorer (z poziomu Host PC), służące do zarządzania procesem przygotowania i symulacji na komputerze docelowym. 2. W panelu Targets należy dodać nowy Target PC i go skonfigurować: Należy uzupełnić dane w polach: Host to target communication: Communication Type powinien być ustawiony na TCP/IP (w nowszych wersjach już nie ma tej opcji), w kolejnych polach wpisujemy adres IP komputera, maskę sieci i Gateway. IP musi być unikalne dla każdego komputera, maska sieci może pozostać jako 255.255.255.0 zaś Gateway 192.168.1.254 lub 255.255.255.255 (w warunkach laboratoryjnych).
Target settings : w tej sekcji użytkownik decyduje jakie moduły byłyby mu potrzebne w aplikacji. Do modułów należy między innymi obsługa wielu rdzeni procesora, tryb graficzny czy obsługa USB. Standardowo należy włączyć obsługę USB, MultiCore oraz Graphic mode. Boot configuration: tutaj należy ustawić odpowiedni sposób uruchamiania systemu na Target PC. Do wyboru są m. in. możliwość wykonywania bootowalnych dysków w postaci płyty CD lub pendrive. W celu zdalnego uruchamiania systemu komputera przez sieć należy wybrać opcję Network, następnie wpisać adres MAC karty sieciowej komputera Target PC oraz kliknąć przycisk Create boot disk. W wypadku bootowania z sieci, na danym komputerze zostanie uruchomiony serwer z bootowalnymi systemami dla określonych Target PC. Aby Target PC mógł się poprawnie uruchomić z przygotowanym systemem należy ustawić jego opcje bootowania na bootowanie z sieci. 3. Po przygotowaniu konfiguracji i uruchomieniu Target PC, w zakładce Applications pojawiać się będą wszystkie załadowane do komputera modele.