xPC—target快速原型化技術(shù)綜述

童偉男

【摘 要】xPC-target是一個(gè)實(shí)時(shí)的內(nèi)核系統(tǒng)，是由Mathworks公司基于RTW框架體系提供和發(fā)行的產(chǎn)品。本文首先介紹了xPC-target快速原型化技術(shù)，仔細(xì)分析了xPC-target快速原型化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，最后講述了xPC-target API接口部分。結(jié)果表明xPC-target快速原型化技術(shù)有著很強(qiáng)的實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】xPC-target；快速原型化技術(shù)；xPC-target API；RTW框架體系

【Abstract】XPC-target is the kernel of a real-time system， is provided by the Mathworks company based on the framework of RTW system and distribution of products. This paper first introduces the xPC-target， rapid prototyping technology， carefully analyses the xPC-target rapid prototyping system structure， finally tells the story of xPC-target API interface section. Results indicate that xPC-target， rapid prototyping technology has strong practicality.

【Key words】xPC-target；Rapid prototyping technology；xPC-target API；RTW framework

0 引言

xPC-target是一個(gè)實(shí)時(shí)的內(nèi)核系統(tǒng)，是由Mathworks公司基于RTW框架體系提供和發(fā)行的產(chǎn)品。該系統(tǒng)采用32位保護(hù)模式運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上，用于產(chǎn)品的原型開發(fā)和測試。支持多種類型的I/O設(shè)備，用戶只需安裝相關(guān)軟件和編譯器就可將一個(gè)PC兼容機(jī)作為xPC目標(biāo)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。在了解了以上的基礎(chǔ)上，我們便可以理解到xPC-target在實(shí)時(shí)仿真方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢。

1 xPC-target快速原型化技術(shù)介紹

xPC-target作為matlab/simulink的一個(gè)工具箱，是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PC硬件的實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試、調(diào)參的解決方案。xPC目標(biāo)采用雙機(jī)模式，即宿主機(jī)（上位機(jī)）控制目標(biāo)機(jī)（下位機(jī)）的技術(shù)途徑，目標(biāo)機(jī)可以通過擴(kuò)展各種I/O板卡與外交換信息形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)測試功能。

xPC-target的功能強(qiáng)大，操作簡單，用戶可以很方便實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的快速原型化、測試和配置功能。普通配置的PC機(jī)都可以作為目標(biāo)機(jī)嵌入xPC實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中實(shí)時(shí)運(yùn)行Simulink和RTW通過編譯生成的應(yīng)用程序。

具有豐富的I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊庫，支持多種CAN總線。

宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)通信通過RS232串口或者以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

MATLAB應(yīng)用程序界面采用客戶/服務(wù)模式，提供了九十多種函數(shù)用于宿主機(jī)對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制。

可以在程序運(yùn)行時(shí)從宿主機(jī)或者目標(biāo)機(jī)上動(dòng)態(tài)調(diào)參。

在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)上都可以進(jìn)行交互式的數(shù)據(jù)可視化和信號(hào)跟蹤。

支持Microsoft Visual C/C++ 5.0以上版本的開發(fā)工具。

xPC目標(biāo)采用雙機(jī)模式，在上位機(jī)和下位機(jī)的選取時(shí)有多種方式。

2 xPC-target快速原型化系統(tǒng)組成

上位機(jī)：可以是一般的筆記本或臺(tái)式機(jī)，運(yùn)行matlab/simulink，建立仿真模型，使用MATLAB環(huán)境下的RTW（Real Time Workshop），通過關(guān)聯(lián)到xPC工具箱的編譯器，自動(dòng)將simulink模型轉(zhuǎn)化為高效的可執(zhí)行C代碼，并且通過RS232或者TCP/IP通信協(xié)議，將該程序從上位機(jī)中下載至目標(biāo)機(jī)中實(shí)時(shí)地運(yùn)行。如使用TCP/IP通信協(xié)議，通過交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)上位機(jī)控制多臺(tái)目標(biāo)機(jī)的功能。

將simulink模型設(shè)置為外部模式下，可以在上位機(jī)中直接在線調(diào)整simulink模塊或者變量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)參；通過設(shè)置host scope 可以實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)中任意觀測目標(biāo)機(jī)中變量波形。

目標(biāo)機(jī)：可以是具有PCI插槽的臺(tái)式機(jī)或者工控機(jī)，通過上位機(jī)生成的啟動(dòng)盤（U盤或者光盤）啟動(dòng)，運(yùn)行啟動(dòng)盤中的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，以運(yùn)行上位機(jī)下載的C代碼，在本論文中的風(fēng)機(jī)換流器的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于涉及到電力電子原件，需要盡可能的降低運(yùn)行步長，可以使目標(biāo)機(jī)運(yùn)行方式采用“polling”模式，而非中斷模式，可以在運(yùn)算時(shí)間不溢出的前提下最大限度降低運(yùn)行步長，在計(jì)及多功能數(shù)據(jù)采集卡、網(wǎng)絡(luò)通信模塊（此處不是與上位機(jī)進(jìn)行通信）與模型運(yùn)行時(shí)間，可以將最大運(yùn)行步長控制在50微秒以下。

3 xPC-target API接口介紹

xPC-target 的API應(yīng)用程序編程接口允許用戶自定義U/I界面?？赏ㄟ^其他軟件調(diào)用相應(yīng)程序，實(shí)現(xiàn)自定義監(jiān)控與控制面板。

API是應(yīng)用程序編程接口（Application Program Interface）的簡稱，是操作系統(tǒng)留給應(yīng)用程序的一個(gè)調(diào)用接口。API是一些預(yù)先定義的函數(shù)，目的是提供應(yīng)用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件的以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。一個(gè)API就是一個(gè)規(guī)范，它規(guī)定了兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)交換方式。xPC-target提供了多個(gè)API，這些接口提供了相同的功能來定制的解決方案，用戶可以創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序來控制實(shí)時(shí)應(yīng)用程序在目標(biāo)上運(yùn)行。xPC-target為用戶創(chuàng)建自己的宿主機(jī)圖形界面提供一系列的API函數(shù)，用來處理上下位機(jī)之間的通信，管理目標(biāo)機(jī)程序以及信號(hào)的監(jiān)視和參數(shù)的調(diào)整，通過這些函數(shù)用戶可以創(chuàng)建控制目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)程序的界面。xPC-target有兩個(gè)很強(qiáng)的應(yīng)用程序接口，分別是xPC-target API和xPC-target COM API。通過這兩種接口方式用戶可以充分的進(jìn)行控制和觀測信號(hào)完成對(duì)界面操作的相關(guān)功能。

1）xPC-target API

使用xPC-target API用戶可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1 通過以太網(wǎng)或者串口建立主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的通信；

2 加載目標(biāo)應(yīng)用程序dlm文件到目標(biāo)計(jì)算機(jī)；

3 在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行加載的應(yīng)用程序；

4 監(jiān)視目標(biāo)應(yīng)用程序在目標(biāo)機(jī)上的運(yùn)行狀況；

5 控制應(yīng)用程序在目標(biāo)機(jī)上的開始和停止；

6 將應(yīng)用程序從目標(biāo)機(jī)上卸載；

7 關(guān)閉主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的連接。

2）xPC-target COM API

xPC-target COM API是一個(gè)開放的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境接口，應(yīng)用于微軟COM標(biāo)準(zhǔn)和xPC-target進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。xPC-target COM API 提供與xPC-target 相同功能的函數(shù)組。xPC-target API是C函數(shù)的動(dòng)態(tài)鏈接庫，xPC-target COM API 是組織在一起的對(duì)象，類和函數(shù)的集合。可以通過一些圖形開發(fā)界面來操作這個(gè)集合。使用這些圖形開發(fā)環(huán)境可以建立能和xPC-target 應(yīng)用程序交互的用戶界面程序。

4 結(jié)論

本文介紹了xPC-target快速原型化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成以及xPC-target API的接口部分。通過對(duì)xPC-target硬件及軟件的講述表明了xPC-target技術(shù)的可實(shí)用性。

[責(zé)任編輯：湯靜]