Réalisation de travaux pratiques de systèmes embarqués

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2 Réalisation de travaux pratiques de systèmes embarqués Yannick DEGLA National Instruments, Ingénieur Commercial pour l Enseignement et la Recherche Sud de la France

3 Sommaire Solutions National Instruments dans l embarqué Domaines d utilisation Quelques exemples concrets Solutions exclusivement didactiques

4 La conception graphique de systèmes Une approche basée plate-forme Test Surveillance Embarqué Contrôle/commande Robotique DAQ basée PC Les instruments modulaires et le PXI RIO et la conception personnalisée Connectivité avec les E/S tierces

5 Plate-forme NI d E/S reconfigurables (RIO) Application IP IP de traitement du signal, de contrôle ou tierces LabVIEW LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Middleware API Drivers pour le matériel et les E/S Processeur FPGA E/S E/S E/S personnalisées CompactRIO et Single-Board RIO PXI, PC RIO (Série R, FlexRIO) Value Entrée de gamme Durci Performance Hautes performances

6 L architecture RIO se développe Processeur FPGA E/S E/S E/S personnalisées Puissante et flexible mais complexe

7 Les défis de l architecture RIO Processeur Programmation parallèle tirant parti du multicœur FPGA Programmation bas niveau (Verilog et VHDL) Virgule fixe Module E/S Module E/S Module E/S Conception analogique Drivers et interfaces personnalisés IP spécialisées Bus et interfaces spécifiques Synchronisation et cadencement des différentes E/S

8 Répartition des applications dans l embarqué Grandes équipes influencées principalement par le prix des composants Petites et moyennes équipes influencées principalement par le temps/coût de développement

9 Répartition des applications dans l embarqué Les innovations dans la surveillance et le contrôle embarqué

10 Partenaires technologiques Processeur Bus FPGA Intel, Microsoft, Freescale, Wind River Multicœur et technologie temps réel PCI/PCIe, Etehernet, USB, sans fil, communication déterministe Architecture ouverte Xilinx Virtex et Spartan Matériel reconfigurable IP IP de contrôle, de traitement et drivers d E/S IP intégrées et importation d IP tierces E/S Analog Devices, Texas Instruments Connexion à tous types de capteurs et d actionneurs

11 Les quatre principaux besoins en RIO pour la surveillance et le contrôle/commande 1 Matériel hautes performances Processeur FPGA E/S E/S E/S personnalisées Faible encombrement et basse consommation Logiciel de développement intuitif Élargir la gamme des entrées/sorties personnalisées

12 Les matériels NI RIO Processeur FPGA E/S E/S E/S personnalisées PXI/FlexRIO PC RIO/Série R Nouveau CompactRIO multicœur Nouveau CompactRIO Single-Board RIO

13 Conception graphique de systèmes Concevoir Prototyper Déployer Identification modèle, conception contrôleur, simulation logicielle Simulation matérielle temps réel, prototypage temps réel, test HIL

14 1 Nouveau CompactRIO multicœur NI crio-908x Matériel hautes performances Processeur Intel Dual Core i7 à 1,33 GHZ IHM intégrée via graphiques VGA Déploiement possible avec LabVIEW Real-Time ou Microsoft Windows Embedded Standard 7 Connectivité étendue et options d extension MXI Express, dual Gigabit Ethernet, série, USB Prototype et applications déployées Prototypage de contrôle rapide pour l énergie renouvelable et l automobile, contrôle de véhicules autonomes et de robots

15 2 NI Single-Board RIO 9605/6 Plus petite, moins chère, plus performante Nouveau Encombrement réduit : 10,3 x 9,65 cm Accès direct au processeur et aux E/S du FPGA à travers le connecteur pour carte fille à haute densité et à haut débit Support du RS-232, de l USB et du CAN Idéale pour l OEM et le déploiement en volume Modèle Processeur Temp. de fonctionnement sbrio MHz -40 à 70 C 128 Mo 256 Mo sbrio MHz -40 à 70 C 256 Mo 512 Mo Mémoire Stockage FPGA USB CAN Alim. Spartan-6 LX25 Spartan-6 LX45 Non Non 9-30 V Hi-Speed (x1) Oui 9-30 V

16 Architecture RIO Processeur temps réel FPGA programmable Lignes FPGA Carte Mezzanine RIO (RMC) DIO FPGA USB E/S Processeur Format compact 10,3 x 9,7cm E/S Alimentation USB Ethernet RS232 CAN

17 Développement d une boucle de contrôle K c K p Conception Test de système Prototypage rapide Validation HIL K c K p K c K p Déploiement

18 Exemple d application : Identification et commande de systèmes (automatique) à l ENSEIRB-MATMECA Objectifs Moyens Modélisation du comportement dynamique de systèmes continus Synthèse fréquentielle de régulateurs PID (retour de sortie) Mesure des performances en boucle fermée Pratique de MATLAB Prototypage rapide Approche Software in the Loop (SiL) PC Windows + Module LabVIEW RT Cible NI CompactRIO utilisée en mode Scan Modules d entrée/sortie analogiques et numériques LabVIEW MathScript RT Module (fenêtre et nœuds MATLAB )

19 Exemple d application : Identification et commande de systèmes (automatique) à l ENSEIRB-MATMECA

20 Du prototype virtuel au déploiement LabVIEW Machine CAD CompactRIO et matériel de commande d axe

21 NI ELVIS Digital Electronics FPGA Board Exporter le code VHDL depuis Multisim Charger directement le code sur la cible FPGA réelle (NI Digital Electronics FPGA Board) Intégration directe du code créé avec NI Multisim dans les outils de développement spécialisés tels que Xilinx ISE Passage simple et rapide de la théorie à la pratique intégrant la programmation du FPGA en simulation et en réel

22 NI ELVIS Digital Electronics FPGA Board VHDL/Verilog NI LabVIEW

23 NI ELVIS pour le contrôle commande QNET-011 Rotary Inverted Pendulum Nouveau! QNET-013 VTOL 1DOF Helicopter Plant QNET-012 HVAC Trainer + _ PID J eq K m m R s K 2 m 1 s

24 Exemple de projets : Buggy électrique Pilotage et supervision en temps réel avec LabVIEW et NI CompactRIO

25 Questions?

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