基于RTW的嵌入式半实物仿真系统的研究与实现

摘要

随着仿真技术的不断发展，越来越多的仿真系统必须采用硬件在环的方式构建，并要求采用实时仿真。目前国内半实物仿真产品应用较少，国外的产品价格昂贵，而嵌入式技术的飞速发展，为降低半实物仿真系统的开发成本提供了可能。因此本文开发了一种成本低廉、性能可靠的半实物仿真系统。该系统由PC机上的应用软件与下位机——仿真目标板(GT2440)组成，最终目的是为了将仿真模型运行在目标板上形成“半实物”接入回路中验证模型的正确性。主要的工作内容包括以下几个方面:
　　1.本文分析了仿真系统的功能需求，提出了结构设计方案，并建立了软、硬件开发环境;为了实现仿真模型在目标板上运行的目的，系统必须具备代码转换功能、编译功能、PC机与目标板之间的数据交换、及状态监视功能等。
　　2.为了实现代码转换功能，本文应用RTW(Real-Time Workshop)转换技术，并对它进行扩展，使其能够转换成可在Linux下运行的目标代码;基于Windows系统环境设计了应用软件，实现了代码编译功能，并能与目标板之间进行数据交换，同时能远程监视程序的运行状态。
　　3.为了满足程序在目标板上实时运行的需求，本文从操作系统用户空间角度出发，引入了高精度定时器，将其加入目标代码中以增强实时性;从内核空间角度出发，介绍了Linux的内核结构，通过改进内存管理、中断机制、进程调度策略等方法提高内核的实时性;同时研究了Linux的运行原理，对操作系统进行适当的裁剪，使其运行更加高效、稳定。
　　论文结尾以电机为对象，构建完整的仿真回路验证仿真系统的性能，并对结果进行分析。经试验测试，验证了嵌入式半实物仿真系统的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 xPC目标

1．2．2 dSPACE平台

1．3 本文的研究内容

第二章 RTW半实物仿真系统关键技术研究

2．1 仿真系统总体设计

2．1．1 仿真系统功能分析

2．1．2 仿真系统结构设计

2．1．3 软件环境的建立

2．1．4 硬件环境的建立

2．2 目标代码生成技术研究

2．2．1 RTW简介

2．2．2 RTW代码的生成过程

2．3 得到支持Linux系统环境的源码

2．3．1 联编文件的创建

2．3．2 添加对交叉编译器的支持

2．3．3 仿真模型参数的配置

2．3．4 RTW选项卡配置

2．4 目标代码分析

2．4．1 目标代码函数与文件分析

2．4．2 转换结果正确性检验

第三章 PC机应用软件开发

3．1 模拟Linux环境的搭建

3．1．1 MinGW／MSYS环境

3．1．2 交叉工具链

3．2 应用软件开发概述

3．2．1 软件功能分析

3．2．2 集成软件开发环境

3．2．3 软件功能之打开、编译

3．3 远程连接功能

3．3．1 Socket简介

3．3．2 Socket连接过程

3．3．3 网络连接程序函数分析

3．4 下载功能

3．4．1 FTP协议

3．4．2 FTP使用方法及函数分析

3．5 监视功能

3．5．1 虚拟仪器开发工具

3．5．2 串口通信

3．5．3 VISA模块功能

第四章 嵌入式Linux系统实时性改进

4．1 Linux时间子系统

4．1．1 计时的体系结构

4．1．2 定时器的使用方法

4．1．3 POSIX高精度定时器

4．2 Linux内存管理

4．2．1 虚存空间

4．2．2 页式管理机制

4．2．3 内核、用户两态之间的模式转换

4．2．4 内存管理及状态切换的改进

4．3 中断、异常

4．3．1 Linux关中断机制

4．3．2 关中断机制的改进

4．4 进程与进程调度

4．4．1 进程

4．4．2 进程调度策略

4．4．3 进程调度函数分析及权值计算

4．4．4 进程调度方法的改进

4．5 结果分析

第五章 半实物仿真系统实现

5．1 实验环境

5．2 实验前的准备工作

5．2．1 执行器驱动

5．2．2 嵌入式系统裁剪

5．3 开发板实验

5．3．1 RTW转换成代码

5．3．2 编译、下载

5．3．3 运行可执行程序

5．3．4 结果分析

总结

参考文献

致谢