文章目录

前言

背景

分布式仿真

使用方式

分析和应用

总结

参考资料

前言

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(三)——在Stateflow编辑窗口Debug》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(四)——在Simulink Debugger窗口调试》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(五)——七个Simulink布线技巧》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(六)——六种Simulink模型架构》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(七)——两种复数移相算法》

背景

        使用Simulink开发嵌入式软件，Contrl Model在进行仿真运行时，最常规的方法是搭建一个被控Plane Model，来配合为嵌入式软件开发的Contrl Model，在Simulink编辑窗口就就能仿真运行。这种仿真方式是一种纯虚拟的仿真，Contrl Model和Plane Model运行的平台是工程师的Computer。其中最关键的工作是搭建Plane Model，Plane Model的质量直接影响Contrl Model仿真的效果。

        一个高质量Plane Model的搭建往往对需要投入非常专业的技术人员，并且耗费大量的工作时间。即便如此，Contrl Model在Computer上运行和在MCU上运行仍然存在一些差别，Plane Model在Computer上运行和在真实世界里的表现也存在差异。这种大投入和不完美因素，很多开发团队经常是无法接受的。在这种纯虚拟仿真的基础上跨出一步后，诞生了分布式仿真。其在MBD工作流中的地位如下图所示：

分布式仿真

        分布式仿真，也称半实物仿真，Mathworks官方的说法是Connected I/O Simulation，顾名思义就是仿真模型的运行不全在Computer上。Contrl Model被分成两部分，纯算法的Model仍在Computer上运行，I/O之类的外设在外部MCU（I/O Server）上执行，Computer和外部MCU之间通过Serial协议进行连接。当仿真运行时，Model Block向IO Server发送命令和请求数据。Plane Model用真实世界中的物理实体替代，并受IO Server控制，整体框架示例如下：

使用方式

        第一步，硬件连接

        将USB串口线的两头，分别连接在MCU板子和Computer之间，确保Computer的设备管理器中能出现对应的COM资源。

        Tips：MCU板子上的一个SCI module将会被占用，所以不能跟其他应用冲突。

        第二步，配置Serial协议

        打开Simulink Configuration Parameters窗口，在Hardware Implementation一栏的Target hardware resources中找到Connected I/O分组，配置串口通信资源，示例如下：

        Tips：上述分布式仿真，依赖于Simulink和MCU之间的Serial协议和传输接口，以及MCU中的IO Server引擎，所以需要Simulink和MCU两边厂家的共同支持，不是每款MCU都支持这项功能。

        第三步，连接I/O

        在Simulink的Hardware工具页中, 点击Run on Board下拉按钮， 然后点击Connected I/O (inputs/outputs mode)按钮，示例如下：

        第四步，加载Contrl Model

        Contrl Model按照正常的方式搭建，不用做特殊修改，示例如下：

        第五步，运行仿真

        在Simulink的Hardware工具页中，点击Run with I/O按钮，即可利用Dashboard、Dispiay、Data lable和Data Inspect等工具查看信号，示例如下：

        也可以在MCU板子（例如电机控制器）上用探针检查信号，或者直接在被控实物（例如电机）上观察现象。示例如下：

分析和应用

        1、Plane Model是真实世界中的物理实物，不存在仿真拟合偏差。

        2、Contrl Model的算法仍在Computer上运行，可以非常方便地查看和分析数据。

        3、Contrl Model不再MUC板子上运行，不需要编译生成嵌入式代码的环节，可以非常灵活地修改调整Contrl Model，加速仿真调试进程。

        4、由于通信传输速率和数据量的限制，Simulink向MCU板子发送的指令，Simulink从MCU板子上获取的数据，都会有一定的时间开销，导致real time性能受到一定程度的限制。为保证系统整体的运行，Contrl Model的仿真步长和Sample time需要设置的稍长一些，至少要大于通信传输周期和MCU板子的响应周期。Contrl Model单个step的tasks量也要适当少一些，simulation pacing适当慢一些，确保MCU板子指定的时间内能够执行完。示例如下：

        5、对于多内核的MCU，只支持第一个主核的应用，其他Core的使用会受限。

        6、对于多时钟的MCU，只支持第一个timer0的应用，其他时钟源的使用会受限。

        7、对于高速响应的硬件性能会受限，例如不支持ePWM模块中HRPWM（高分辨率PWM），不支持中断的使用。

总结

        以上就是本人在研发中使用Simulink仿真时，一些个人理解和分析的总结，主要介绍了分布式仿真的工作原理，展示了仿真运行的效果，并分析了这种仿真方式的特点和适用场景。

        后续还会分享另外几个最近解锁的Matlab/Simulink新技能，欢迎评论区留言、点赞、收藏和关注，这些鼓励和支持都将成文本人持续分享的动力。

        另外，上述例程使用的Demo工程，可以到笔者的主页查找和下载。

参考资料

Mathworks Help - Connected IO Simulation