doc/presentation/publish/xhtmls/presentation.html

   1 <?xml version="1.0"
   2       encoding="UTF-8"
   3 ?>
   4 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">
   5 <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
   6 <head>
   7     <title>Simulink coder target for automotive rapid prototyping platform</title>
   8     <meta name="generator" content="http://nestededitor.sourceforge.net/" />
   9     <meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=UTF-8" />
  10     <link rel="stylesheet" type="text/css" href="media/themes/Clean Presentation/style.css" />
  11 <script type="text/javascript" src="media/libraries/jquery/jquery.min.js"></script>
  12 <link rel="stylesheet" type="text/css" href="media/themes/Clean Presentation/style.css" />
  13 <script type="text/javascript" src="media/themes/Clean Presentation/scripts.js"></script>
  14 </head>
  15 <body>
  16
  17 <div class="header" id="header">
  18 <h1>Simulink coder target for automotive rapid prototyping platform</h1>
  19 <h2>Carlos Jenkins</h2>
  20 <h3>June, 2013</h3>
  21 </div>
  22
  23 <div class="body" id="body">
  24
  25 <div id="section1" class="section">
  26 <div style="margin-top: 10%; text-align: center; font-size: 1.3em;">
  27 <p>
  28 Simulink Coder<sup>(TM)</sup> target for automotive rapid prototyping platform
  29 </p>
  30 </div>
  31 <p>
  32 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="400" src="media/images/logos.png" alt=""/>
  33 </p>
  34 </div>
  35
  36 <div id="section2" class="section">
  37
  38 <h1 id="agenda">Agenda</h1>
  39
  40 <ul>
  41 <li>Background.
  42 <p></p>
  43 </li>
  44 <li>About Simulink.
  45 <p></p>
  46 </li>
  47 <li>Things developed.
  48 <p></p>
  49  <ul>
  50  <li>C Support Library.
  51  </li>
  52  <li>Simulink Coder Target.
  53  </li>
  54  <li>Simulink Block Set.
  55  </li>
  56  <li>Demos.
  57  <p></p>
  58  </li>
  59  </ul>
  60 </li>
  61 <li>Questions.
  62 </li>
  63 </ul>
  64
  65 </div>
  66
  67 <div id="section3" class="section">
  68
  69 <h1 id="background">Background</h1>
  70
  71 <p>
  72 Back in the beginning of 2012 a leading automotive company (Porsche) requested the Czech Technical
  73 University to develop a Engine Control Unit (ECU) for automotive applications.
  74 </p>
  75 <p>
  76 Real-Time Systems group at the Department of Control Engineering from the Faculty of Electrical
  77 Engineering (a.k.a <em>next door</em>) developed a hardware and Software platform to the needs of this
  78 industry (a.k.a <em>RPP</em> for Rapid Prototyping Platform).
  79 </p>
  80 <p>
  81 The hardware uses Texas Instruments TMS570LS3137 (pretty nifty CPU for automotive applications) and
  82 is built with automotive standards and interfaces in mind.
  83 </p>
  84 <p>
  85 It uses a real-time operating system and is (was) directly programmed in C.
  86 </p>
  87 </div>
  88
  89 <div id="section4" class="section">
  90
  91 <h1 id="background_cont">Background (cont.)</h1>
  92
  93 <p>
  94 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="400" src="media/images/board.png" alt=""/>
  95 </p>
  96 </div>
  97
  98 <div id="section5" class="section">
  99
 100 <h1 id="background_cont_i">Background (cont. I)</h1>
 101
 102 <p>
 103 Nevertheless, hand written C code is:
 104 </p>
 105
 106 <ul>
 107 <li>Hard to produce, sometimes very low-level.
 108 </li>
 109 <li>Hard to debug. Yes, 1 bit took us 4 hours.
 110 </li>
 111 <li>Requires good knowledge of the underlying hardware.
 112 </li>
 113 <li>Most of the time is non-portable or hard to port between platforms.
 114 </li>
 115 <li>Hard to audit and certify.
 116 </li>
 117 </ul>
 118
 119 </div>
 120
 121 <div id="section6" class="section">
 122
 123 <h1 id="background_cont_ii">Background (cont. II)</h1>
 124
 125 <p>
 126 Because of this the company has the policy to implement the Software for their system using
 127 <strong>Model-Based Design</strong>, which is a way to address these problems:
 128 </p>
 129 <div style=" text-align: center; font-style: italic;margin: 0 10% 0 10%;">
 130 <p>
 131 "Model-Based Design (MBD) is a mathematical and visual method of addressing problems associated
 132 with designing complex control, signal processing and communication systems. It is used in many
 133 motion control, industrial equipment, aerospace, and automotive applications. Model-based design
 134 is a methodology applied in designing embedded software."
 135 </p>
 136 </div>
 137 <p>
 138 Or in other words, they use the Software <strong>Simulink</strong> for implementing their systems.
 139 </p>
 140 </div>
 141
 142 <div id="section7" class="section">
 143
 144 <h1 id="about_simulink">About Simulink</h1>
 145
 146 <div style=" text-align: center; font-style: italic;margin: 0 10% 0 10%;">
 147 <p>
 148 "Simulink, developed by MathWorks, is a data flow graphical programming language tool for modeling,
 149 simulating and analyzing multidomain dynamic systems. Simulink is part of Matlab."
 150 </p>
 151 </div>
 152 <p>
 153 In other words, Simulink is a Software that allows to you create algorithms (systems) by connecting
 154 boxes. Each box is  like a function, with inputs and outputs (with data type and arity).
 155 </p>
 156 </div>
 157
 158 <div id="section8" class="section">
 159
 160 <h1 id="about_simulink_cont">About Simulink (cont.)</h1>
 161
 162 <p>
 163 Oversimplifying, it is composed by two things:
 164 </p>
 165
 166 <ul>
 167 <li><strong>Diagramming environment</strong>: Were you draw your algorithm. No more different that UML or
 168   standard diagramming tools.
 169 <p></p>
 170 </li>
 171 <li><strong>Block libraries</strong>: a library with lots of blocks that do something:
 172 <p></p>
 173  <ul>
 174  <li><em>Operations</em>: for example logical operations (OR, NOT, AND, etc), data type conversion,
 175    integration, sum, product (remember arity), etc.
 176  <p></p>
 177  </li>
 178  <li><em>Sources</em>: generate data for the model, like and pulse generator, signal repeater, wave
 179    generator, etc.
 180  <p></p>
 181  </li>
 182  <li><em>Skins</em>: blocks that outputs the results of the model. Few examples, like oscilloscope or
 183    XY gratification.
 184  </li>
 185  </ul>
 186 </li>
 187 </ul>
 188
 189 </div>
 190
 191 <div id="section9" class="section">
 192
 193 <h1 id="about_simulink_cont_i">About Simulink (cont. I)</h1>
 194
 195 <p>
 196 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="800" src="media/images/simulink_gui.png" alt=""/>
 197 </p>
 198 </div>
 199
 200 <div id="section10" class="section">
 201
 202 <h1 id="about_simulink_cont_ii">About Simulink (cont. II)</h1>
 203
 204 <p>
 205 The program or system developed with Simulink is referred as a <strong>model</strong>.
 206 </p>
 207 <p>
 208 The models can be "compiled" to C code (code generation) using the <em>Simulink Coder</em> product.
 209 </p>
 210 </div>
 211
 212 <div id="section11" class="section">
 213
 214 <h1 id="things_developed">Things developed</h1>
 215
 216 <ul>
 217 <li><strong>C Support Library</strong>: <br />
 218   Define the API to communicate with the board. Include drivers and operating system.
 219 <p></p>
 220 </li>
 221 <li><strong>Simulink Coder Target</strong>: <br />
 222   Allows Simulink model's code generation, compilation and download for the board.
 223 <p></p>
 224 </li>
 225 <li><strong>Simulink Block Set</strong>: <br />
 226   Set of blocks that allows Simulink models to use board IO and communication peripherals.
 227 <p></p>
 228 </li>
 229 <li><strong>Demos</strong>: <br />
 230   Just a bunch of examples of control application in form of Simulink models.
 231 </li>
 232 </ul>
 233
 234 </div>
 235
 236 <div id="section12" class="section">
 237
 238 <h2 id="c_support_library">C Support Library</h2>
 239
 240 <p>
 241 Characteristics:
 242 </p>
 243
 244 <ul>
 245 <li>Include drivers and operating system (FreeRTOS).
 246 </li>
 247 <li>Exposes a high-level user-oriented API for controlling the board.
 248 </li>
 249 <li>Static library, as part of the compilation each Simulink model link against this.
 250 </li>
 251 </ul>
 252
 253 </div>
 254
 255 <div id="section13" class="section">
 256
 257 <h3 id="library___layers">Library - Layers</h3>
 258
 259 <p>
 260 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="500" src="media/images/layers.png" alt=""/>
 261 </p>
 262 </div>
 263
 264 <div id="section14" class="section">
 265
 266 <h3 id="library___modules">Library - Modules</h3>
 267
 268 <p>
 269 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="500" src="media/images/blocks.png" alt=""/>
 270 </p>
 271 </div>
 272
 273 <div id="section15" class="section">
 274
 275 <h3 id="library___modules_implemented">Library - Modules implemented</h3>
 276
 277 <p>
 278 Modules in the scope of this project:
 279 </p>
 280
 281 <ul>
 282 <li><strong>DIN</strong> : Digital Input.
 283 </li>
 284 <li><strong>LOUT</strong>: Digital Output.
 285 </li>
 286 <li><strong>AIN</strong>: Analog Input.
 287 </li>
 288 <li><strong>AOUT</strong>: Analog Output.
 289 </li>
 290 <li><strong>HBR</strong>: H-Bridge.
 291 </li>
 292 <li><strong>MOUT</strong>: Power outputs (2A).
 293 </li>
 294 <li><strong>SCI</strong>: SD-RAM logging.
 295 </li>
 296 <li><strong>SCI</strong>: Serial Communication Interface.
 297 </li>
 298 </ul>
 299
 300 </div>
 301
 302 <div id="section16" class="section">
 303
 304 <h2 id="simulink_target">Simulink Target</h2>
 305
 306 <p>
 307 Allows Simulink model's code generation, compilation and download to the board.
 308 </p>
 309 <p>
 310 It is composed by:
 311 </p>
 312
 313 <ul>
 314 <li>Installation script.
 315 </li>
 316 <li>Target descriptor.
 317 </li>
 318 <li>Template to generate a Makefile for source compilation.
 319 </li>
 320 <li>Template to generate the C <em>main</em> file (entry point).
 321 </li>
 322 <li>Script to download the compiled model binary to the board.
 323 </li>
 324 <li>Other minor control and support files.
 325 </li>
 326 </ul>
 327
 328 <p>
 329 Simulink generates code for almost all the standard blocks. But the model needs a way to output
 330 the results or input data so new blocks for board IO needed to be implemented.
 331 </p>
 332 </div>
 333
 334 <div id="section17" class="section">
 335
 336 <h2 id="simulink_block_set">Simulink Block Set</h2>
 337
 338 <p>
 339 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" width="600" src="media/images/block_library.png" alt=""/>
 340 </p>
 341 </div>
 342
 343 <div id="section18" class="section">
 344
 345 <h3 id="simulink_block_set___anatomy">Simulink Block Set - Anatomy</h3>
 346
 347 <p>
 348 Each block is composed by:
 349 </p>
 350
 351 <ul>
 352 <li>C-MEX S-Function. Fancy way to say:
 353  <ul>
 354  <li>C : Implemented in C language. Other options are Fortran and Matlab language itself.
 355  </li>
 356  <li>MEX: Matlab Executable. Yes, it can be executed in Matlab, that's all. They are compiled by
 357    Matlab GCC wrapper called MEX.
 358  </li>
 359  <li>S-Function: System Function, as opposed to standard functions, or user functions.
 360  <p></p>
 361  </li>
 362  </ul>
 363 </li>
 364 <li>TLC (Target Language Compiler) file for code generation for that block.
 365 </li>
 366 </ul>
 367
 368 </div>
 369
 370 <div id="section19" class="section">
 371
 372 <h3 id="simulink_block_set___c_mex_s_function">Simulink Block Set - C-MEX S-Function</h3>
 373
 374 <p>
 375 C file that uses the S-Function API to describe what the block does:
 376 </p>
 377
 378 <ul>
 379 <li>Number of inputs and outputs. Just like a function.
 380 </li>
 381 <li>Datatype of each input and output. Can be static or dynamic (block context).
 382 </li>
 383 <li>Arity of each input and output. Scalar (single value), 1-D (array), 2-D (matrix). <br />
 384   Matlab supports crazy things as dynamic n-dimensional dynamically typed matrices :O.
 385 </li>
 386 <li>Number of parameters (different from inputs), used to configure the block.
 387 </li>
 388 <li>Validation of parameters (things like range and datatype).
 389 </li>
 390 </ul>
 391
 392 <p>
 393 It can be used also for the block to do something within Simulink. Right now they are just
 394 descriptors.
 395 </p>
 396 </div>
 397
 398 <div id="section20" class="section">
 399
 400 <h3 id="simulink_block_set___tlc_file">Simulink Block Set - TLC file</h3>
 401
 402 <p>
 403 File that defines how to generate code for that block (term is <em>inline</em>).
 404 </p>
 405 <p>
 406 Defines template C code and rules that will be used on code generation for:
 407 </p>
 408
 409 <ul>
 410 <li>Initialization of the block (required headers, calls to initialization functions, etc).
 411 </li>
 412 <li>The step function, the one that is called at each step to update the model. <br />
 413   "The function that is called in the main loop".
 414 </li>
 415 <li>Model termination. Like free manually allocated memory. Not used in our context.
 416 </li>
 417 </ul>
 418
 419 <p>
 420 TLC files can be viewed as wrappers for the C library API.
 421 </p>
 422 </div>
 423
 424 <div id="section21" class="section">
 425
 426 <h3 id="simulink_block_set___process">Simulink Block Set - Process</h3>
 427
 428 <p>
 429 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" src="media/images/tlc_process.png" alt=""/>
 430 </p>
 431 </div>
 432
 433 <div id="section22" class="section">
 434
 435 <h2 id="demos">Demos</h2>
 436
 437 <p>
 438 12 demos for things like:
 439 </p>
 440
 441 <ul>
 442 <li>Control analog output using analog input. Same for digital.
 443 </li>
 444 <li>Control H-Bridge (motor speed and direction) using analog input.
 445 </li>
 446 <li>Print a message. Echo all bytes received via SCI.
 447 </li>
 448 <li>Software generate a nice sinewave of analog outputs.
 449 </li>
 450 <li>Log each second the data read on one analog input.
 451 </li>
 452 <li>Others.
 453 </li>
 454 </ul>
 455
 456 </div>
 457
 458 <div id="section23" class="section">
 459
 460 <h3 id="demos___h_bridge_analog_control">Demos - H-Bridge Analog Control</h3>
 461
 462 <p>
 463 <img style="display: block;margin: 0 auto 0 auto;" src="media/images/demo_hbridge_analog_control.png" alt=""/>
 464 </p>
 465 </div>
 466
 467 <div id="section24" class="section">
 468
 469 <h1 id="questions">Questions?</h1>
 470
 471 <div style="margin-top: 10%; text-align: center; font-size: 1.3em;">
 472 <p>
 473 Thank you
 474 </p>
 475 </div>
 476 </div>
 477 </div>
 478 </body></html>