Simscape 2 レベルコンバーターモデル用の Simulink Real-Time インターフェイスサブシステムの生成

この例では次を使用します。

この例では、Simscape™ 2 レベルコンバータープラントモデル用に Simulink® Real-Time インターフェイスサブシステムを生成する方法を説明します。その後、そのインターフェイスモデルを Speedgoat® FPGA I/O モジュールに展開できます。この例では Speedgoat IO334-325k モジュールを使用します。

リアルタイムシミュレーション

FPGA でのプラントモデルのシミュレーションは、次を実現します。

リアルタイムシミュレーション: ハードウェアインザループにより、ターゲットハードウェア上で Simscape プラントモデルのリアルタイムシミュレーションが提供されます。

ハードウェアアクセラレーション: 再構成可能な FPGA でハードウェア上の複雑な物理システムのシミュレーションを高速化することによりラピッドプロトタイピングを提供します。

ワークフローを使用するには、以下を行います。

Simscape モデルを開発し、Simscape HDL ワークフローアドバイザーを使用して実装モデルに変換します。
HDL コードを生成し、HDL ワークフローアドバイザーを使用してコードを Speedgoat I/O モジュールに展開します。

セットアップと構成

アルゴリズムを Speedgoat I/O モジュールに展開する前に、以下を行います。

1. HDL の言語サポートおよびサポートされるサードパーティ製ツールとハードウェアにリストされている Xilinx® Vivado® の最新バージョンをインストールします。

次に、関数hdlsetuptoolpathを使用して、インストールした Xilinx Vivado 実行可能ファイルへのツールパスを設定します。

hdlsetuptoolpath('ToolName','Xilinx Vivado','ToolPath','C:\Xilinx\Vivado\2019.2\bin\vivado.bat')

2.リアルタイムシミュレーション用に、開発環境とターゲットコンピューターの設定を行います。Get Started with Simulink Real-Time (Simulink Real-Time)を参照してください。

3.Speedgoat I/O Blockset および Speedgoat HDL Coder Integration Package をインストールします。Install Speedgoat HDL Coder Integration Packages を参照してください。

理想的な 2 レベルコンバーターモデル

このモデルを開くには、MATLAB® コマンドプロンプトで次を入力します。

open_system('TwoLevelConverter_HDL')
set_param('TwoLevelConverter_HDL','SimulationCommand','update')

open_system('TwoLevelConverter_HDL/Simscape_system')

Simscape サブシステムは、入力として 6 スイッチ制御パルスを受け取ります。Simscape サブシステムは、2 レベルのキャリアベースの PWM メソッドを使用するジェネレーターとして機能し、次を実行します。

基準波をサンプリングします。
サンプルと三角搬送波を比較します。
サンプルが搬送波よりも高い場合はスイッチオンパルスを生成し、サンプルが伝送波よりも低い場合はスイッチオフパルスを生成します。

モデルのシミュレーションを実行します。

sim('TwoLevelConverter_HDL')
open_system('TwoLevelConverter_HDL/Load Scope')

HDL 実装モデルの生成

実装モデルを生成するには、Simscape HDL ワークフローアドバイザーを使用します。モデルで関数sschdladvisorを実行します。

sschdladvisor('TwoLevelConverter_HDL')

実装モデルを生成するには、Simscape HDL ワークフローアドバイザーで、タスクの既定の設定を維持し、タスクを実行します。[実装モデルを生成] タスクでモデルへのリンクを確認します。このモデルは元のモデルと同じ名前をもち、gmStateSpaceHDL という接頭辞が付けられます。

実装モデルを開くには、次を入力します。

load_system('gmStateSpaceHDL_TwoLevelConverter_HDL')
open_system('gmStateSpaceHDL_TwoLevelConverter_HDL/Simscape_system')
set_param('gmStateSpaceHDL_TwoLevelConverter_HDL','SimulationCommand','update')

実装モデルは、Simscape サブシステムを、状態空間計算を実行する HDL アルゴリズムに置き換えます。このサブシステム内を移動すると、状態空間方程式をモデル化するいくつかの遅延、加算器、および Matrix Multiply ブロックが確認されます。このサブシステム内の From ブロックと Goto ブロックは、元のモデルと同じ入力を HDL Subsystem に提供します。

open_system('gmStateSpaceHDL_TwoLevelConverter_HDL/Simscape_system/HDL Subsystem/HDL Algorithm')

HDL ワークフローアドバイザー

HDL ワークフローアドバイザーは、HDL コード生成および FPGA 設計のプロセスをサポートします。このアドバイザーを使用して以下のことを行います。

モデルに HDL コード生成との互換性があるか確認し、非互換の設定を修正。
HDL コード、テストベンチ、およびそのコードとテストベンチをビルドして実行するスクリプトを生成。
合成およびタイミングの解析を実行。
生成されたコードを SoC、FPGA、Speedgoat I/O モジュールに展開。

モデル内のサブシステムに対して HDL ワークフローアドバイザーを開くには、関数hdladvisorを使用します。

load_system('sschdlexTwoLevelConverterIgbtExample')
hdladvisor('sschdlexTwoLevelConverterIgbtExample/Simscape_system')

左側のペインには、関連タスクのグループを表すフォルダーが含まれます。フォルダーを展開してタスクを選択すると、そのタスクに関する情報が右側のペインに表示されます。右側のペインには、詳細設定パラメーターに対してタスクを実行するための単純なコントロールと、コードとテストベンチの生成を制御するオプション設定が含まれます。各タスクの詳細については、そのタスクを右クリックし、[これはなに?] を選択します。HDL ワークフローアドバイザーのご利用の前にを参照してください。

Speedgoat IO334-325K モジュールへの理想的な 2 レベルコンバーターモデルの展開

1. 実装モデルの HDL ワークフローアドバイザーを開きます。

hdladvisor('gmStateSpaceHDL_TwoLevelConverter_HDL/Simscape_system/HDL Subsystem')

2.[ターゲットデバイスおよび合成ツールを設定] タスクで、[ターゲットワークフロー] を [Simulink Real-Time FPGA I/O] として、[ターゲットプラットフォーム] を [Speedgoat IO334-325K] として指定します。

3.[ターゲットのリファレンス設計を設定] タスクを実行し、パラメーター PCIe lanes に x4 の値を選択し、[このタスクを実行] を選択します。

4.[ターゲットインターフェイスを設定] タスクで、入力および出力 single データ型端子を PCIe Interface にマッピングし、[このタスクを実行] を選択します。

5.[RTL コードと IP コアの生成] タスクを右クリックして [選択したタスクまで実行] を選択します。モデルはベクトルデータ型を使用するため、[RTL コードと IP コアの生成] は失敗します。ScalarizePorts プロパティは dutlevel に設定されていなければならないからです。リンクをクリックしてこの設定を変更し、タスクを再度実行します。

6.[Simulink Real-Time インターフェイスの生成] タスクまでのワークフローを実行します。[プロジェクトを作成] タスクで、Vivado プロジェクトを開き、実装された設計を確認します。[Simulink Real-Time インターフェイスの生成] タスクが成功したら、リンクをクリックして Simulink Real-Time インターフェイスモデルを開きます。

スクリプトへの HDL ワークフローのエクスポート

ラピッドプロトタイピングのために、HDL ワークフローアドバイザーの設定をスクリプトにエクスポートできます。スクリプトは、コマンドラインから実行できる MATLAB® ファイルです。その後、スクリプトを変更して実行するか、設定を HDL ワークフローアドバイザーのユーザーインターフェイスにインポートすることができます。

HDL ワークフロースクリプトをエクスポートするには、アドバイザーでタスクを実行してから、[ファイル]、[スクリプトへのエクスポート] を選択します。この例の場合、スクリプトにエクスポートすると、このファイルには保存した設定が表示されます。

edit('hdlworkflow_slrt.m')

HDL ワークフロースクリプトをインポートするには、HDL ワークフローアドバイザーで [ファイル]、[スクリプトからインポート] を選択します。スクリプトファイルを選択して [開く] をクリックします。HDL ワークフローアドバイザーは、インポートされたスクリプト設定を使用してタスクを更新します。

FPGA ビットストリームを展開することによってリアルタイムアプリケーションを実行する方法を示す例については、Speedgoat FPGA I/O モジュールへの Simscape モデルのハードウェアインザループ実装を参照してください。

Simscape 2 レベル コンバーター モデル用の Simulink Real-Time インターフェイス サブシステムの生成

リアルタイム シミュレーション