模型驗(yàn)證 - 基于模型的Zynq SoC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程及其案例研究

一旦性能使用高保真度模型驗(yàn)證完畢，接著在硬件中對控制器進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。根據(jù)圖 1 所示的工作流程，首先從生成 IP 核入手。IP 核生成工作流程指導(dǎo)選擇目標(biāo)開發(fā)板，引導(dǎo)完成映射內(nèi)核的輸入和輸出端口到目標(biāo)接口的流程，包括 AXI4 接口和外部端口。

通過與 Vivado Design Suite 集成，該工作流程能完成比特流構(gòu)建和 Zynq-7020 SoC 的架構(gòu)編程。

現(xiàn)在 IP 核已經(jīng)加載到目標(biāo)器件上，下一步是從針對 ARM 內(nèi)核的 Simulink 模型上生成嵌入式 C 語言代碼。從生成 C 語言代碼、編譯 C 語言代碼和用嵌入式 Linux 構(gòu)建可執(zhí)行文件整個(gè)過程完全自動化，然后原型即可投入運(yùn)行。

為了運(yùn)行原型硬件并驗(yàn)證其結(jié)果是否與仿真模型一致，我們構(gòu)建了一個(gè)用作高級控制面板的修改版 Simulink 模型（圖 4a）。在這個(gè)模型中刪除了設(shè)備使用的仿真模型（即驅(qū)動電子電路、電機(jī)、負(fù)載和傳感器部分），用連接到 ZedBoard 的 I/O 替代。

在 Simulink 會話中使用該模型可以啟動電機(jī)，選擇不同激勵(lì)配置，監(jiān)測相關(guān)信號，獲取供在 MATLAB 中后續(xù)處理的數(shù)據(jù)，不過現(xiàn)在可以重復(fù)的是脈沖測試（圖 3)。

圖 4a 顯示了硬件原型的軸轉(zhuǎn)速和相流結(jié)果與仿真結(jié)果的對比情況。硬件原型的啟動順序與兩個(gè)仿真模型的啟動順序有明顯差別。不過這種情況的原因預(yù)計(jì)是硬件測試中電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的初始角與仿真中使用的初始角不同，導(dǎo)致電流控制算法在通過自己的編碼器校準(zhǔn)模式驅(qū)動電機(jī)時(shí)的響應(yīng)不同。從施加脈沖第 2 秒開始，仿真和原型硬件的結(jié)果就基本完全吻合。

以這些結(jié)果為基礎(chǔ)，可以繼續(xù)進(jìn)一步不同負(fù)載和運(yùn)行條件下的測試，也可以開展進(jìn)一步的 C 語言和 HDL 優(yōu)化。
工程師正在轉(zhuǎn)為使用基于模型的設(shè)計(jì)工作流程，在賽靈思 Zynq SoC 上實(shí)現(xiàn)算法的軟硬件設(shè)計(jì)。Simulink 仿真能盡早評估算法，方便設(shè)計(jì)人員評估算法的有效性。無需實(shí)驗(yàn)室，在桌面上就能完成設(shè)計(jì)的權(quán)衡，顯著提升生產(chǎn)力。業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的 C 語言和 HDL 代碼生成技術(shù)，結(jié)合對賽靈思 All Programmable SoC 的硬件支持，為算法在真實(shí)硬件上運(yùn)行提供快速且可重復(fù)的流程。仿真和硬件環(huán)境間的持續(xù)驗(yàn)證讓設(shè)計(jì)人員能夠在開發(fā)流程中盡早發(fā)現(xiàn)并解決問題。

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