doc/presentation/presentation.t2t

   1 Simulink coder target for automotive rapid prototyping platform
   2 Carlos Jenkins
   3 %%date(%B, %Y)
   4
   5 %!target: xhtmls
   6 %!style(xhtmls): media/themes/Clean Presentation/style.css
   7 %!postproc(xhtmls): '->' '&rarr;'
   8 %!nested(xhtmls): --libs jquery
   9 %!nested(tex): --docclass {article}
  10
  11 %S = Home =[home]
  12
  13 %xhtmls% ''' <div style="margin-top: 10%; text-align: center; font-size: 1.3em;">
  14 Simulink Coder^^(TM)^^ target for automotive rapid prototyping platform
  15
  16 %xhtmls% ''' </div>
  17
  18
  19 [400-logos.png]
  20
  21 = Agenda =[agenda]
  22
  23 - Background.
  24
  25 - About Simulink.
  26
  27 - Things developed.
  28
  29  - C Support Library.
  30  - Simulink Coder Target.
  31  - Simulink Block Set.
  32  - Demos.
  33
  34 - Questions.
  35
  36 = Background =[background]
  37
  38 Back in the beginning of 2012 a leading automotive company (Porsche) requested the Czech Technical
  39 University to develop a Engine Control Unit (ECU) for automotive applications.
  40
  41 Real-Time Systems group at the Department of Control Engineering from the Faculty of Electrical
  42 Engineering (a.k.a //next door//) developed a hardware and Software platform to the needs of this
  43 industry (a.k.a //RPP// for Rapid Prototyping Platform).
  44
  45 The hardware uses Texas Instruments TMS570LS3137 (pretty nifty CPU for automotive applications) and
  46 is built with automotive standards and interfaces in mind.
  47
  48 It uses a real-time operating system and is (was) directly programmed in C.
  49
  50 = Background (cont.) =[background_cont]
  51
  52 [400-board.png]
  53
  54 = Background (cont. I) =[background_cont_i]
  55
  56 Nevertheless, hand written C code is:
  57
  58 - Hard to produce, sometimes very low-level.
  59 - Hard to debug. Yes, 1 bit took us 4 hours.
  60 - Requires good knowledge of the underlying hardware.
  61 - Most of the time is non-portable or hard to port between platforms.
  62 - Hard to audit and certify.
  63
  64
  65
  66 = Background (cont. II) =[background_cont_ii]
  67
  68 Because of this the company has the policy to implement the Software for their system using
  69 **Model-Based Design**, which is a way to address these problems:
  70
  71 %xhtmls% ''' <div style=" text-align: center; font-style: italic;margin: 0 10% 0 10%;">
  72 "Model-Based Design (MBD) is a mathematical and visual method of addressing problems associated
  73 with designing complex control, signal processing and communication systems. It is used in many
  74 motion control, industrial equipment, aerospace, and automotive applications. Model-based design
  75 is a methodology applied in designing embedded software."
  76
  77 %xhtmls% ''' </div>
  78
  79 Or in other words, they use the Software **Simulink** for implementing their systems.
  80
  81 = About Simulink =[about_simulink]
  82
  83 %xhtmls% ''' <div style=" text-align: center; font-style: italic;margin: 0 10% 0 10%;">
  84 "Simulink, developed by MathWorks, is a data flow graphical programming language tool for modeling,
  85 simulating and analyzing multidomain dynamic systems. Simulink is part of Matlab."
  86
  87 %xhtmls% ''' </div>
  88
  89 In other words, Simulink is a Software that allows to you create algorithms (systems) by connecting
  90 boxes. Each box is  like a function, with inputs and outputs (with data type and arity).
  91
  92
  93
  94 = About Simulink (cont.) =[about_simulink_cont]
  95
  96 Oversimplifying, it is composed by two things:
  97
  98 - **Diagramming environment**: Were you draw your algorithm. No more different that UML or
  99   standard diagramming tools.
 100
 101 - **Block libraries**: a library with lots of blocks that do something:
 102
 103  - //Operations//: for example logical operations (OR, NOT, AND, etc), data type conversion,
 104    integration, sum, product (remember arity), etc.
 105
 106  - //Sources//: generate data for the model, like and pulse generator, signal repeater, wave
 107    generator, etc.
 108
 109  - //Skins//: blocks that outputs the results of the model. Few examples, like oscilloscope or
 110    XY gratification.
 111
 112
 113
 114 = About Simulink (cont. I) =[about_simulink_cont_i]
 115
 116 [800-simulink_gui.png]
 117
 118 = About Simulink (cont. II) =[about_simulink_cont_ii]
 119
 120 The program or system developed with Simulink is referred as a **model**.
 121
 122 The models can be "compiled" to C code (code generation) using the //Simulink Coder// product.
 123
 124 = Things developed =[things_developed]
 125
 126 - **C Support Library**: @@
 127   Define the API to communicate with the board. Include drivers and operating system.
 128
 129 - **Simulink Coder Target**: @@
 130   Allows Simulink model's code generation, compilation and download for the board.
 131
 132 - **Simulink Block Set**: @@
 133   Set of blocks that allows Simulink models to use board IO and communication peripherals.
 134
 135 - **Demos**: @@
 136   Just a bunch of examples of control application in form of Simulink models.
 137
 138
 139 == C Support Library ==[c_support_library]
 140
 141 Characteristics:
 142
 143 - Include drivers and operating system (FreeRTOS).
 144 - Exposes a high-level user-oriented API for controlling the board.
 145 - Static library, as part of the compilation each Simulink model link against this.
 146
 147
 148 === Library - Layers ===[library___layers]
 149
 150 [500-layers.png]
 151
 152 === Library - Modules ===[library___modules]
 153
 154 [500-blocks.png]
 155
 156 === Library - Modules implemented ===[library___modules_implemented]
 157
 158 Modules in the scope of this project:
 159
 160 - **DIN** : Digital Input.
 161 - **LOUT**: Digital Output.
 162 - **AIN**: Analog Input.
 163 - **AOUT**: Analog Output.
 164 - **HBR**: H-Bridge.
 165 - **MOUT**: Power outputs (2A).
 166 - **SCI**: SD-RAM logging.
 167 - **SCI**: Serial Communication Interface.
 168
 169 == Simulink Target ==[simulink_target]
 170
 171 Allows Simulink model's code generation, compilation and download to the board.
 172
 173 It is composed by:
 174
 175 - Installation script.
 176 - Target descriptor.
 177 - Template to generate a Makefile for source compilation.
 178 - Template to generate the C //main// file (entry point).
 179 - Script to download the compiled model binary to the board.
 180 - Other minor control and support files.
 181
 182
 183 Simulink generates code for almost all the standard blocks. But the model needs a way to output
 184 the results or input data so new blocks for board IO needed to be implemented.
 185
 186 == Simulink Block Set ==[simulink_block_set]
 187
 188 [600-block_library.png]
 189
 190 === Simulink Block Set - Anatomy ===[simulink_block_set___anatomy]
 191
 192 Each block is composed by:
 193
 194 - C-MEX S-Function. Fancy way to say:
 195  - C : Implemented in C language. Other options are Fortran and Matlab language itself.
 196  - MEX: Matlab Executable. Yes, it can be executed in Matlab, that's all. They are compiled by
 197    Matlab GCC wrapper called MEX.
 198  - S-Function: System Function, as opposed to standard functions, or user functions.
 199
 200 - TLC (Target Language Compiler) file for code generation for that block.
 201
 202
 203 === Simulink Block Set - C-MEX S-Function ===[simulink_block_set___c_mex_s_function]
 204
 205 C file that uses the S-Function API to describe what the block does:
 206
 207 - Number of inputs and outputs. Just like a function.
 208 - Datatype of each input and output. Can be static or dynamic (block context).
 209 - Arity of each input and output. Scalar (single value), 1-D (array), 2-D (matrix). @@
 210   Matlab supports crazy things as dynamic n-dimensional dynamically typed matrices :O.
 211 - Number of parameters (different from inputs), used to configure the block.
 212 - Validation of parameters (things like range and datatype).
 213
 214
 215 It can be used also for the block to do something within Simulink. Right now they are just
 216 descriptors.
 217
 218 === Simulink Block Set - TLC file ===[simulink_block_set___tlc_file]
 219
 220 File that defines how to generate code for that block (term is //inline//).
 221
 222 Defines template C code and rules that will be used on code generation for:
 223
 224 - Initialization of the block (required headers, calls to initialization functions, etc).
 225 - The step function, the one that is called at each step to update the model. @@
 226   "The function that is called in the main loop".
 227 - Model termination. Like free manually allocated memory. Not used in our context.
 228
 229
 230 TLC files can be viewed as wrappers for the C library API.
 231
 232
 233 === Simulink Block Set - Process ===[simulink_block_set___process]
 234
 235 [tlc_process.png]
 236
 237 == Demos ==[demos]
 238
 239 12 demos for things like:
 240
 241 - Control analog output using analog input. Same for digital.
 242 - Control H-Bridge (motor speed and direction) using analog input.
 243 - Print a message. Echo all bytes received via SCI.
 244 - Software generate a nice sinewave of analog outputs.
 245 - Log each second the data read on one analog input.
 246 - Others.
 247
 248 === Demos - H-Bridge Analog Control ===[demos___h_bridge_analog_control]
 249
 250 [demo_hbridge_analog_control.png]
 251
 252 = Questions? =[questions]
 253
 254 %xhtmls% ''' <div style="margin-top: 10%; text-align: center; font-size: 1.3em;">
 255 Thank you
 256
 257 %xhtmls% ''' </div>
 258