index.html

   1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"
   2    "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
   3 <html>
   4 <head>
   5   <title>[[!meta title="Linux Target for Simulink® Embedded Coder®"]]</title>
   6   <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
   7   <link><style type="text/css">
   8     #main_content {max-width: 70em}
   9   </style>
  10 </head>
  11 <body>
  12
  13 <div id="main_content" style="max-width: 60em;">
  14
  15 <p>
  16
  17 [[!img ert_linux_snapshot1.png size="300x" align=right alt="Screenshot or ert_linux"]]
  18
  19 Linux ERT target
  20 for <a href="http://www.mathworks.com/">MathWorks</a>' <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Simulink">Simulink</a>®
  21 Embedded Coder® allows to compile a model of designed control system
  22 to the C-code and combine it with target specific support functions.
  23 The resulting executable/controller can be run in real-time on the
  24 target Linux system. The running dynamic system can be augmented via
  25 tunable block parameters in the Simulink model and data can be
  26 acquired and visualized with Simulink scopes.
  27 </p>
  28
  29 <p>
  30   Linux ERT target uses heavily real-time capabilities
  31   of <abbr title="PREEMPT RT">real-time</abbr> variant of the Linux
  32   kernel. The resulting control system supports sampling frequencies
  33   up to 20 kHz.</p>
  34
  35 <div>
  36 <b>Page Contents</b>
  37
  38 [[!toc]]
  39 </div>
  40
  41 <h2 id="news">Recent News</h2>
  42
  43 <ul>
  44 <li>
  45   We will present the a paper <a href="https://www.osadl.org/?id=2018">Usable Simulink Embedded Coder Target for Linux</a>
  46   and RPi motor control demonstartion at <a href="https://www.osadl.org/RTLWS-2014.rtlws-2014.0.html">16th Real Time Linux Workshop</a>
  47   taking place on 12 and 13 October 2014 in Dusseldorf Germany.
  48   The <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/public/ert_linux.pdf">Paper</a>
  49   and <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/public/ert_linux-rtlws2014.pdf">slides</a>
  50   are available from our <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/">publications archive</a>.
  51   </li>
  52 <li>
  53   We will present the ert_linux project
  54   at <a href="http://www.amper.cz/en/online-catalog/list-of-exhibitors.html/e9595_0-fakulta-elektrotechnicka-cvut-v-praze">Amper
  55   exhibition</a> from 18th to 21st March 2014 in Brno, Czech Republic.</li>
  56 <li>
  57 Linux ERT at Embedded World exhibition – 25 until 27 February 2014 - Visit
  58 <a href="http://www.ask-embedded-world.de/index.php5?id=342793&amp;Action=showCompany">DCE CTU</a>
  59 developers and researchers at the OSADL booth (hall 5 booth 276).
  60 </li>
  61 </ul>
  62
  63 <h2 id="linuxnative">Native Linux Real-Time and I/O Cards and Devices Support</h2>
  64
  65 <p>Current version of the Linux ERT target is optimized to use the
  66 proper Linux kernel timing mechanism with bounded maximal latencies.
  67 Matlab/Simulink running on GNU/Linux desktop system as development
  68 system is supported. More information about current version can be
  69 found
  70 in <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/~sojka/blog/on-generating-linux-applications-from-simulink/">Michal
  71 Sojka's blog post</a>. UIO driver and blockset has been implemented to
  72 support
  73 <a href="http://www.humusoft.com/produkty/datacq/">Humusoft data acquisition cards</a> (MF624 for now).</p>
  74
  75 <p><abbr title="User Space I/O">UIO</abbr> driver for the MF624 card
  76 is already included in the Linux mainline kernel. More documentation
  77 for this driver can be found
  78 on <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/hw/index.php/Humusoft_MF6xx">DCE
  79 HW Wiki page</a>.</p>
  80
  81 <p>
  82 The Bhanderi's <a href="http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/15792-comedi-toolbox-v1-0-for-linux-based-rtw-targets">ComediToolbox</a>
  83 suitable for most Linux <a href="http://www.comedi.org/">Comedi</a> driver supported analog and digital
  84 inputs/output cards has been successfuly tested with <b>ert_linux target</b>. The little updated version
  85 with target configuration example is available in <b>lintarget</b> project
  86 <a href="https://sourceforge.net/projects/lintarget/files/">download area</a>.
  87 </p>
  88
  89 <p>
  90 The basic blocks for <a href="can_bus/index.html">CAN messages sending and receiption</a>
  91 under Linux are implemented.
  92 </p>
  93
  94 <h2 id="platformselect">RT-Capable Platform and Kernel</h2>
  95 <p>
  96 Standard distribution Linux kernel does not guarantee bounded latencies for many operations.
  97 The use of <a href="http://rt.wiki.kernel.org/">real-time variant</a> of <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Linux">Linux</a>
  98 kernel is required to make system durable. This kernel variants minimizes regions
  99 where switch to the highest priority (i.e. Linux ERT generated) task is blocked by
 100 kernel when servicing system calls for other tasks.
 101 </p>
 102 <p>
 103 Selection of the right version of the kernel is not enough for non-disruptive
 104 operation. Computer system hardware selection is critical as well. The system
 105 has to provide enough computational power for compiled in blocks data evaluation
 106 evaluation and Linux kernel services processing. Other critical disturbance sources
 107 are hardware caused latencies and lags in a program processing by CPU. The source
 108 can be bus systems load by other subsystems (i.e. graphic processor memory access,
 109 peripheral DMA - SSD, SD-card, Flash controller etc.). The other critical source of
 110 latencies in x86 based systems is <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/System_Management_Mode">SMI</a>
 111 processing. The SMI enable and processing is under BIOS and motherboard vendor control
 112 and this problem cannot be resolved by operating system. This means that proper
 113 hardware selection is critical.
 114 </p>
 115 <p>
 116 A long period evaluation data of different combinations of Linux kernel version
 117 runing on many CPU architectures and boards from many vendors is <a href="http://www.osadl.org/">OSADL</a>
 118 <a href="http://www.osadl.org/Quality-assurance-at-the-OSADL-QA-Farm.osadl-services-qa.0.html">Quality Assurance Farm</a>.
 119 According to these track records carefully selected x86 or embedded GNU/Linux system can run
 120 real-time tasks with sampling frequencies up to 20&nbsp;kHz with no losing sample per months.
 121 </p>
 122
 123 <h2 id="download">Source Code and Download</h2>
 124
 125 <dl>
 126   <dt>Lintarget at Source Forge</dt>
 127     <dd><a href="https://sourceforge.net/projects/lintarget/files/">project download area</a>
 128        contains released versions of the Linux target and CANopen based distributed system
 129     </dd>
 130   <dt>Linux ERT source code repository</dt>
 131     <dd><a href="http://rtime.felk.cvut.cz/gitweb/ert_linux.git">http://rtime.felk.cvut.cz/gitweb/ert_linux.git</a>
 132        <br>version updated for real-time and native GNU/Linux host/target system setup
 133     </dd>
 134   <dt>Humusoft MF624 card support blockset</dt>
 135     <dd><a href="http://rtime.felk.cvut.cz/gitweb/mf624-simulink.git">http://rtime.felk.cvut.cz/gitweb/mf624-simulink.git</a>
 136        <br>initial version of blockset supporting analog and digital input/output, IRC, PWM and PWM measurement for MF624 cards.
 137     </dd>
 138 </dl>
 139
 140
 141 <h2 id="prjbackground">Project Background</h2>
 142
 143 <p>
 144 The Linux ERT has been initially developed at <a href="#dce">DCE of
 145 CTU</a> in order to create a dynamic environment model for hardware
 146 (airplane) in the loop testing of a fly-by-wire system
 147 at <a href="http://www.aero.cz/en">AERO Vodochody a.s.</a>. Simulink
 148 has been run on Windows host computer initially and code generated for
 149 GNU/Linux embedded target system was compiled
 150 under <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Mingw">MinGW/MSYS</a>
 151 environment and then uploaded to PowerPC
 152 based <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/hw/index.php/Boa5200">BOA5200</a>
 153 computer. The target computer was equipped with two CAN
 154 interfaces. <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Canopen">CANopen</a>
 155 blockset based on <a href="http://canfestival.org/">CANfestival</a>
 156 project was used to control distributed servosystem used to simulate
 157 fly-by-wire system load. Simulink CANopen blockset integrates a
 158 <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Socketcan">SocketCAN</a> driver configuration and CAN messages
 159 processing support to the generated code and enables the user to develop distributed embedded
 160 control applications with CANopen communication.</p>
 161
 162 [[!img LinTarget.JPG size=300x alt="Original code generation workflow"]]
 163 [[!img CANopenExample.JPG size=300x alt="Model including node controlled over CANopen"]]
 164
 165 <p>Lukáš Hamáček, “<b>RTW target for Linux with CANopen support</b>”, Master Thesis, Prague 2009. (<a href="dp_2009_hamacek_lukas.pdf">Pdf</a>)</p>
 166
 167 <h2 id="applications">Systems Controlled Linux Target for Embedded Coder</h2>
 168
 169 Some more information about concrete examples of controlled systems/setups:
 170
 171 <dl>
 172   <dt><b>Moving Slide</b> parallel kinematic/robot control</dt>
 173     <dd>The Linux ERT target is used at Adaptive Systems Department (Academy of Sciences
 174       of Czech Republic, UTIA institute) to realize control system for parallel kinematics
 175       control research projects. See <a href="moving-slide/index.html">respective page for more
 176       information about project</a>.
 177     </dd>
 178   <dt><b>Raspberry Pi</b> minimal components DC motor servo control</dt>
 179     <dd><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi">Raspberry Pi</a> is low cost
 180       hardware which does not implement any usual motor control peripherals in hardware.
 181       Yet fully preemptive variant of Linux kernel latencies are so low that fast signals
 182       processing in software allows to implement precise DC motor feedback control
 183       for incremental encoder inputs changing up to 15&nbsp;kHz.
 184       See <a href="rpi-motor-control/index.html"> respective page for more information
 185       about project</a>.
 186     </dd>
 187   <dt>Usable Simulink Embedded Coder Target for Linux</dt>
 188     <dd>Michal Sojka, Pavel Pisa<br>
 189     <a href="https://www.osadl.org/RTLWS-2014.rtlws-2014.0.html">16th Real-Time Linux Workshop</a>,
 190     Düsseldorf, Germany, October 2014.
 191     The <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/public/ert_linux.pdf">paper (PDF)</a>
 192     and <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/public/ert_linux-rtlws2014.pdf">slides (PDF)</a>
 193     are available from our
 194     <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/publications/">publications archive</a>.
 195     </dd>
 196 </dl>
 197
 198 <h2 id="contributors">Project Contributors</h2>
 199
 200 <dl>
 201   <dt>Michal Sojka</dt>
 202     <dd><a href="mailto:sojkam1@fel.cvut.cz">sojkam1@fel.cvut.cz</a> ,
 203        homepage <a href="http://rtime.felk.cvut.cz/~sojka/">http://rtime.felk.cvut.cz/~sojka/</a>
 204        <br>teacher, researcher and developer at DCE CTU.
 205     </dd>
 206   <dt>Pavel Píša</dt>
 207     <dd><a href="mailto:pisa@cmp.felk.cvut.cz">pisa@cmp.felk.cvut.cz</a> ,
 208        homepage <a href="http://cmp.felk.cvut.cz/~pisa/">http://cmp.felk.cvut.cz/~pisa/</a>
 209        <br>teacher, researcher and developer at DCE CTU.
 210     </dd>
 211   <dt>Rostislav Lisový</dt>
 212     <dd><a href="mailto:lisovros@fel.cvut.cz">lisovros@fel.cvut.cz</a>
 213        <br>former CTU master study programe student, Linux related projects developer at DCE now.
 214     </dd>
 215   <dt>Libor Waszniowski</dt>
 216     <dd><a href="mailto:xwasznio@fel.cvut.cz">xwasznio@fel.cvut.cz</a>
 217        <br>former DCE CTU researcher responsible for the project with AERO Vodochody.
 218     </dd>
 219   <dt>Lukáš Hamáček</dt>
 220     <dd>
 221        former CTU master student.
 222     </dd>
 223 </dl>
 224
 225
 226 <p id="dce"><b>DCE</b> – <a href="http://dce.fel.cvut.cz/" target="_blank">Department of Control Engineering</a> –
 227 <a href="http://www.cvut.cz/en" target="_blank">Czech Technical University in Prague</a>, <a href="http://www.fel.cvut.cz/en" target="_blank">Faculty of Electrical Engineering</a></p>
 228
 229 <h2>Acknowledgment</h2>
 230
 231 <p>This work was supported by Ministry of Industry and Trade of the Czech Republic under Project
 232 FT—TA3/044 during period of 2006 to 2009 years.</p>
 233
 234 </div>
 235
 236 </body>
 237 </html>