Real-time embedded system modeling by introducing hardware-in-the-loop concept to systemc
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
Gömülü sistemlerin diğer sistemlerle etkileşme ihtiyacının sürekli artmasıyla beraber gömülü sisteme ait modelin etkileşilen diğer sistemleri içine alacak şekilde genişlemesi ihtiyacı da artmaktadır. Bu tüm modelin doğruluğunu azaltır ve modelleme eforunu arttırır. Genel model doğruluğunu azaltmadan tasarım eforunu düşürecek yeni tekniklerin geliştirilmesi gerekmektedir.Öte yandan, karmaşıklık ve piyasaya sürme süresi kısıtları; sistemlerin erken benzetim, doğrulama ve mimari keşifini gerektirmektedir. Dolayısıyla, bu tezde SystemC'nin modelleme ortamı olarak kullanıldığı gömülü sistemlerin donanım/yazılım ortak geliştirme alanında, döngü içinde donanım tekniğinin uygulanmasını sağlayacak yeni tasarım anlayışı ve metotlar önerilmiştir. Bunun için, öncelikle, gerçek ve sanal (modellenmiş) altsistemlerin arasındaki iletişimi açık bir şekilde tanımlayabilmek üzere melez kanal kavramı geliştirilmiştir. Gerçekten sanala iletişimde harici olayları SystemC benzetimine dahil edebilmek üzere özgün yöntemler öne sürülmüştür. Ek olarak, sanal altsistemlerden gerçek altsistemlere eşzamanlı çıktıların gerçeğe mümkün olan en yakın şekilde üretilmesi için bir yöntem önerilmiştir. Ayrıca, sıkı gerçek zamanlı çalışma için SystemC çekirdeği yamalanmıştır ve genel sistem gecikmesi için bir üst sınırı garantilemek üzere üzerinde çalışılan işletim sistemi iyileştirilmiştir. Ek olarak verili bir modelin çalışma başarımını tahmin etmek üzere bir matematiksel model geliştirilmiştir. Önerilen metotlar kümesinin başarımı bir dizi endüstriyel gömülü sistem üzerinde denenmiştir. 10 KHz kararlı çalışma frekansı ve Ethernet üzerinde bir mi-lisaniyenin altındaki gidiş-dönüş süresinde bir Giriş/Çıkış başarımı sağlamıştır. Ayrıca yöntemin başarımını bir gerçek hayat ortamında gözlemek üzere yapılan deneyde, gerçek aygıtlarla etkileşen bir BACnet Broadcast Yönetim Aygıtı'nın (BBMD) zamanlamasız işlem-seviyesi modeli, rakip gerçek sistemi azami yanıt süresinde 80 kata dek geçmiştir. As the demand for interaction of embedded systems with other systems is constantly increasing, the need to extend the model of the embedded system to include the other systems that are being interacted with is increasing, too. This results in degraded accuracy of the whole model and increased modeling effort. New modeling techniques have to be developed to reduce design effort without decreasing overall system accuracy.On the other hand, complexity and time-to-market constraints demand early simulation, verification, and architectural exploration of systems. Hence, in this dissertation, a new design concept and new methods have been proposed to apply the hardware-in-the loop technique to the field of hardware/software co-design of industrial embedded systems using SystemC as the modeling environment. First of all, the hybrid channel has been conceptualized to clearly define the communication between real and virtual (modeled) subsystems. For real to virtual communication, novel methods have been developed for incorporating external events to the SystemC simulation. Additionally, a method has also been proposed for generating concurrent outputs from virtual to real subsystems as timely as possible. SystemC kernel has been patched for hard real-time execution and the underlying operating system has been ameliorated to guarantee an upper bound for the overall system latency. Furthermore, a mathematical model has been set up to estimate the execution performance of a given model. The performance of the proposed set of methods has been experimented on some industrial embedded systems. A stable operating frequency of 10 KHz and an I/O performance of sub-millisecond round-trip time over Ethernet have been observed. In an experiment to observe the method's performance in a real-life environment, a non-timed transaction-level model of a BACnet Broadcast Management Device (BBMD) interacting with real devices outperformed a competing real system up to 80 times in maximum response time.
Collections