Prototypage Rapide

Model Based Design

[Lab] - L.Kerhuel - R.Delpoux

Plan:

• Model Based Design (MDB)

  • Model de simulation

• De la simulation au programme embarqué

  • type de données et optimisation
  • Temps réel - tâches

Model Based Design (MDB)

Model Based Design (MDB)

Model Based Design (MDB)

Model Based Design (MDB)

Model Based Design (MDB)

Model Based Design

1. Identification
2. Simulation / synthèse commande
3. Test

Optimisation

type de données

• Virgule Fixe
• Virgule Flottante

Virgule fixe

int8

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111111}_{mantisse\ (7)} * \underbrace{slope}_{\text{LSB value}}$

• $v = (mantisse-sign*128) * slope $

• plage: $\pm 2^{7} * slope$

• 2 digit [0-9] significatifs

Virgule flotante

Custom (8 bits)

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111}_{exponent\ (4)} \ \color{yellow}{1}\underbrace{111}_{mantisse\ (3)} $

• $v \approx (1-2 sign) * mantisse * 2^{exponent-127}$

• plage: $\pm 2^{128} = 3.4*10^{38}$

• 0.9 digit [0-9] significatifs

Custom 8 bit Floating point

Script Matlab pour tester un flottant 8 bits

% 4 bit exponent (signed)
emin = -7; emax = 6; 
% 3 bits significand
p = 3;

exps = 2.^[emin:emax]; 
vals = (2^p) + [0:(2^p-1)];  % significand with leading 1

TotalVal = vals'*exps;

% add denormalized values
8bitFloat = unique([TotalVal  ; 2^emin * [0:(2^m-1)]']);
8bitFloat = unique(flipud(-TotalVal) ;TotalVal]); % with neg vals

Simulink

Data-type

Data-type notation

• int8…uint23
• fixdt(1,16)
  • signed (1)
  • 16 bit width
  • Scaling is derived from defined min & max
• fixdt(1,16,15)
  • Scaling is En15 (Exp neg $\rightarrow 2^{-15}$)
• fixdt(1,16,-15)
  • Scaling is E15 (Exp $\rightarrow 2^{15}$)

Datatype notation

• fixdt(1,16,.01,0)
  • Scaling is sfix16Sp01
    • Slope point 01

• SI: Stored Integer
• RWV: Real World Value

TP: Moteur PMSM

Tempé Réel

Pendule inverse

Aspect Temporel:

Simulation

Modélisation en temps continue:

transformé de Laplace en p (s)

• Solver résoud les équations différentielles
  • approximation numérique
• Pas de contraintes temps réelle
  • différent solveurs (Runge-Kutta, ODEx,…)

Aspect Temporel:

Implémentation

Implémentation en temps discret:

“pas” de calcul fixe

• pas de solveur
• Contrainte temps réel
  • model Single-Rate & Multi-Rate
  • implementation Single-Tasking & Multi-Tasking

Discrete times

• Single-rate:

  • Les blocks ont tous la même période d’exécution (Même couleur)

• Multi-Rate

  • Les blocks peuvent avoir des périodes d’exécution différentes (Schéma multicolore)

Modèle multi-rate

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@20 mips)

Single-Tasking

Single-Tasking: Dans le slot de temps, l’exécution de tous les blocks doit se terminer avant la fin du slot.

Multi-Tasking

Multi-Tasking: Préemption possible -> Monotonic Rate Scheduler

• La tâche la plus fréquente à la priorité maximale
  • Préemptera une tache plus lente
  • Beaucoup plus flexible
  • Mode par défaut (voir options du solveur)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@20 mips)

Tasking Conclusion

• Single-Tasking @ 20 MIPS -> Overload

  • dispatcher la tache la plus lente sur plusieurs slots
  • (option d’offset dans Time Step -> [.001 .005])

• Multi-Tasking @ 20 MIPS -> Ok

  • Rate transfert block options
    • Data Integrity
    • Deterministic data transfert

TP

• moteur PMSM
• moteur DC

download

• base model

Elements de correction

Liens:

• MPLAB device blocks for Simulink: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/71892-mplab-device-blocks-for-simulink

• MPLAB X: https://www.microchip.com/MPLABX

• XC16: https://www.microchip.com/XC16

• https://lubin.kerhuel.eu

• https://www.ctrl-elec.fr

Slide control:

• Next: Right Arrow or Space
• Previous: Left Arrow
• Start: Home
• Finish: End
• Overview: Esc
• Speaker notes: S
• Fullscreen: F
• Zoom: Alt + Click