chương 1 giới thiệu chung về hệ thống nhúng, Matlab/Simulink va thiết kế mô hình hệ thống nhúng bằng Matlab/Simulink, kỹ thuật pairwise testing, công cụ PICT của Microsoft và giới thiệu khái quát bải toán sinh mô hình Matlab/Simulink tự động. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP SINH TỰ ĐỘNG MÔ HÌNH MATLAB/SIMULINK. Chương 2 trình bày phương pháp sinh mô hình MATLAB/Simulink tự động bằng phương pháp tổ hợp va áp dụng kỹ thuật pairwise testing sử dụng công cụ PICT. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HE THONG VÀ THU NGHIEM Chương 3 trình bày về các công cụ sử dụng và các bước xây dựng hệ thống sinh mô hình Matlab/Simulink tự động.
Thực hiện thử nghiệm hệ thống đã xây dựng. Lê Thị Ngan-D17HTTT1 12 DO AN TOT NGHIỆP CHUONG 1: TONG QUAN 1. Giới thiệu hệ thống nhúng và thiết kế mô hình hệ thống nhúng bằng MATLAB/Simulink 1. Giới thiệu hệ thống nhúng Hệ thống nhúng (embedded system) [3] là một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hay hệ thống mẹ.
Đó là các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiến, quan trắc và truyền tin. Đặc điểm của hệ thống nhúng là hoạt động 6n định và có tính năng tự động hóa cao. Hệ thống nhúng thường có một số đặc điểm chung như: e Các hệ thống nhúng được thiết kế dé thực hiện một số nhiệm vụ nhất định chứ không phải đóng vai trò là các hệ thống máy tính đa chức năng. Một số hệ thống yêu cầu ràng buộc về tính hoạt động thời gian thực để đảm bảo độ an toàn và tính ứng dụng.
Một số hệ thống không yêu cầu ràng buộc chặt chẽ, cho phép đơn giản hóa hệ thống phan cứng dé giảm thiểu chi phi sản xuất. e_ Một hệ thống nhúng thường không phải là một khối riêng biệt mà là một hệ thống phức tap nằm trong thiết bị mà nó điều khiến. e Phần mềm được viết cho các hệ thống nhúng được gọi là firmware va được lưu trữ trong các chip bộ nhớ ROM hoặc bộ nhớ flash chứ không phải là trong một ô đĩa. Phần mềm thường chạy với số tài nguyên phần cứng hạn chế: không có bàn phím, màn hình hoặc có nhưng với kích thước nhỏ, dung lượng bộ nhớ thấp.
Hệ thống nhúng rất da dạng, phong phú về chủng loại (đồng hồ kỹ thuật sd, máy choi nhạc MP3, đèn giao thông,. Hệ thống nhúng có thé rất đơn giản với một vi điều khiển hoặc rất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiết bị ngoại vi và mạng lưới được nằm gọn trong một lớp vỏ máy lớn. Lê Thị Ngan-D17HTTT1 13 DO AN TOT NGHIỆP Đặc điểm của các thành phan trong hệ thống nhúng: e Giao diện: Các hệ thống nhúng có thé không có giao diện (đổi với những hệ thống đơn nhiệm) hoặc có đầy đủ giao diện giao tiếp với người dùng tương tự như các hệ điều hành trong các thiết bi dé bàn. Đối với các hệ thống đơn giản, thiết bị nhúng sử dụng nút bam, đèn LED và hién thị cỡ chữ nhỏ hoặc chỉ hiển thị số, thường đi kèm với một hệ thống menu đơn giản.
Trong một hệ thống phức tạp hơn, một man hình đồ họa, cảm ứng hoặc có các nút bam ở lề màn hình cho phép thực hiện các thao tác phức tạp mà tối thiểu hóa được khoảng không gian cần sử dụng, ý nghĩa của các nút bam có thé thay đổi theo màn hình và các lựa chọn. Một lựa chọn mới khi thiết kế hệ thống nhúng là sử dụng một giao điện web thông qua việc kết nối mạng. Điều này có thé giúp tránh được chi phí cho những màn hình phức tạp nhưng đồng thời vẫn cung cấp khả năng hiển thị và nhập liệu phức tạp thông qua một máy tính khác. Điều này hết sức hữu dụng với các thiết bị điều khién từ xa, cài đặt vĩnh viễn (router).
e Kiến trúc CPU: Các bộ xử lý trong hệ thống nhúng có thé được chia thành hai loại: vi xử lý và vi điều khiển. e Thiết bị ngoại vi: Hệ thống nhúng giao tiếp với bên ngoài thông qua các thiết bị ngoại vi (Serial Communication Interfaces (SCI), Universal Serial Bus (USB), .) e Công cụ phát triển: phan mềm hệ thống nhúng được phat triển nhờ sử dụng các trình biên dich (compilers), chương trình dịch hợp ngữ (assembler) hoặc các công cụ gỡ lỗi (debuggers). e_ Độ tin cậy: Các hệ thống nhúng thường được kỳ vọng là sẽ chạy trong thời gian dài liên tục mà không bị lỗi hoặc có thể khôi phục hệ thống khi gặp lỗi. Vì vậy các phần mềm hệ thống nhúng được phát triển và kiểm thử một cách can thận hơn phần mềm cho máy tính cá nhân.
Ngoài ra, các thiết bị rời không đáng tin cậy như 6 đĩa, công tắc hoặc nút bam thường bị hạn chế sử dụng. Việc khôi phục hệ thong khi gap lỗi có thé được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật như watchdog timer - nếu phần mềm không đều đặn nhận được các tín hiệu watchdog định kỳ thì hệ thống sẽ bị khởi động lại. Lê Thị Ngan-D17HTTT1 14 DO AN TOT NGHIỆP Một số van đề về độ tin cậy: e _ Hệ thống không thé ngừng dé sửa chữa một cách an toàn mà sẽ chuyển sang sử dụng các hệ thống con dự trữ hoặc các phần mềm cung cấp một phan chức năng (hệ thống dây cáp dưới đáy biên). e Hệ thống phải được chạy liên tục vi tính an toàn, ví dụ như các thiết bị dẫn đường máy bay, thiết bị kiểm soát độ an toàn trong các nhà máy hóa chất,.
Giải pháp đưa ra là backup hệ thống. e Nếu hệ thống ngừng hoạt động sẽ gây tổn thất rất nhiều tiền. Ví dụ như các dịch vụ bán tự động, hệ thống chuyền tiền,. Xuất phát từ những thực tiễn trên cho thấy việc mô phỏng, kiểm thử hệ thống nhúng là vô cùng quan trọng đề giảm thiểu rủi ro, sai sót trong quá trình sử dụng.
Giới thiệu MATLAB/Simulink 1. MATLAB MATLAB [2] là viết tắt từ “Matrix Laboratory” - thư viện về ma trận. MATLAB là một ngôn ngữ lập trình bậc cao, là phần mềm cung cấp môi trường tính toán kỹ thuật số và lập trình, do công ty MathWorks thiết kế. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với các chương trình máy tính được viết bang nhiều ngôn ngữ lập trình khác.
Dữ liệu cùng với các thư viện có san, MATLAB cho phép: e Sử dụng các hàm có san trong thư viện, các phép tính toán học thông thường. e Lập trình tạo ra những ứng dụng mới © Mô phỏng các mô hình thực tế e Phân tích, khảo sát và hiển thị đữ liệu e Phát triển và giao tiếp với một số phần mềm khác như C, Fortran. Lê Thị Ngan-D17HTTT1 15 DO AN TOT NGHIỆP 1. Simulink Simulink [8] là một phan mềm mở rộng của MATLAB dùng đề mô hình hóa, mô phỏng và phân tích một hệ thống động.
Thông thường dùng đề thiết kế hệ thống điều khiến, thiết kế DPS, hệ thống thông tin và các ứng dung mô phỏng khác. Simulink là thuật ngữ mô phỏng được ghép bởi Simulation và Link. Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn. Dé mô hình hóa, Simulink cung cấp một giao diện đồ họa dé sử dụng và xây dựng mô hình sử dụng thao tác nhấn và kéo chuột.
Với giao diện đồ họa ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn. Simulink được sử dụng phô biến như một công cụ tạo mẫu hoặc thiết kế hệ thống ở mức cao trong nhiều linh vực như hệ thông máy bay, điều khiển động cơ ô tô,. Mô hình Simulink gồm 2 yếu tố chính là khối và đường. Khối là các đơn vị chức năng được sử dụng dé tạo, điều khiển và xuất tín hiệu.
Các khối được kết nói với nhau bởi các đường, một khối có thé là một khối cha bao gồm các khối và đường khác. Các khối được lay từ thư viện khối có sẵn trong thư viện Simulink. Từ các khối kết nối với nhau băng các đường tín hiệu đề tạo thành một mô hình Simulink va dựa trên đó dé có thé mô phỏng, phân tích trước khi xây dựng một hệ thống thật. Vi vậy, Simulink đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng, phan tích thiết kế hệ thống nhúng.
Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống nhúng bằng MATLAB/Simulink 1. Mô hình hóa và mô phỏng M6 hinh(model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng, con người dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra quy luật của hoạt động của đối tượng. Mô hình hóa (modeling) là thay thế đối tượng gốc băng một mô hình nhằm thu nhận các thông tin quan trọng về đối tượng bằng cách tiễn hành thực nghiệm trên mô hình. Lý thuyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình dé hiểu biết về đối tượng gốc gọi là lý thuyết mô hình hóa.
Lê Thị Ngan-D17HTTT1 16 DO AN TOT NGHIỆP Mô phỏng (Simulation) là phương pháp mô hình hóa dựa trên việc xây dung mô hình số (Numerical model) và dùng phương pháp số (Numerical method) dé tim các lời giải. Mô hình hóa và mô phỏng là cho phép xây dựng mô hình của hệ vật lý và thực hiện thực nghiệm trên mô hình đó. MATLAB/Simulink là công cụ hữu hiệu dé biểu diễn mô hình toán của hệ trên máy tính số và cho phép phân tích nó. Mô hình hóa và mô phỏng được sử dụng khi hệ vật lý không tồn tại, tốn thời gian hoặc chỉ phí để xây dựng.
Đồng thời cũng cho phép quan sát, phân tích hệ thống trước khi thực hiện trên hệ thong thật va là công cụ hữu dung cho việc thiết kế, nghiên cứu với chi phí thấp, dé dang thay đồi. Thiết kế mô hình hệ thống nhúng bằng MATLAB/Simulink Mô hình hệ thống nhúng MATLAB/Simulink được tạo bởi nhiều khối như: inport(vao), outport (ra), mathematical operator (phép toán), logical/relational operator (logic/quan hé), multiport switch, delay,. Cac block lién két voi nhau bang lines, truyền đữ liệu Boolean, integer, floating/fixed/point giữa chúng. Mỗi khối thực hiện một vai chức năng trên các đầu vào của nó và xuất ra kết quả.
Đầu ra của các khối là đầu vào cho khối khác (được biéu diễn bằng các đường nối các công vao/ra tương ứng). Các mô hình có thé được phân cấp. Mỗi khối có thé là một hệ con bao gồm các khối và đường khác.