CN104951349A - 一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator，所述NetSimulator用作NCSLAB网站的底层算法仿真器，负责接收并实时运行来自NCSLAB网站的仿真算法，并将算法运行参数上传给NCSLAB服务器，所述NetSimulator基于ARM+浮点DSP架构的双核处理器，所述ARM+浮点DSP架构的双核处理器内部包含一个ARM控制器和一个浮点DSP，所述ARM采用精简指令集，搭载LINUX操作系统，负责网络通信，DSP核的启动、停止和程序更新，所述DSP为C67系列浮点型数字信号处理器，搭载DSP／BIOS(SYS／BIOS)实时操作系统，负责仿真算法的实时运行。NetSimulator较早期版本的仿真器而言，因采用DSP执行算法而具有更高的计算效率，因使用实时操作系统而具有更好的实时性。

Description

一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator

技术领域

本发明涉及网络化控制实验教学平台，尤其是一种用于网络化控制实验室网站NCSLAB的网络化控制算法实时仿真器。 

背景技术

实验室作为衔接理论和实践的应用平台，是进行实践教学和科学研究的重要场所，对于创新型人才的培养和科学技术的发展具有重要的意义和作用。自20世纪90年代中期以来，随着计算机技术、网络通讯技术和Web技术的迅速发展，作为真实本地实验室的有力补充，基于Web的远程实验室不断涌现并得到广泛应用。中国科学院自动化研究所与英国Glamorgan大学联合开发了网络化控制系统实验室NCSLAB(Networked control system laboratory)。NCSLAB无需用户安装任何软件或插件，无需学习任何特定的编程语言，仅通过连入因特网中的Web浏览器，即可设计自己的控制算法，并可进行控制系统的离线仿真、远程编译、实时控制以及可视化监控组态、实时监控等。 

自2006年NCSLAB建立以来，其体系结构经历了如下变革。 

(1)NCSLAB V1：Web浏览器/主服务器/子服务器/实验台； 

(2)NCSLAB V2：Web浏览器/中央服务器/区域服务器/子服务器/实验台； 

(3)NCSLAB V3：Web浏览器/中央Web服务器、MATLAB服务器/区域实验服务器/实验台。 

随着NCSLAB的逐步升级，NCSLAB对底层仿真算法执行机构的要求日益提高，之前版本NCSLAB使用的ARM9仿真器性能略显不足。为了解决ARM9仿真器运行仿真算法时表现的采样频率不高，算法实时性不好的问题。本发明基于ARM+浮点DSP架构双核处理器，利用搭载LINUX操作系统的ARM处理器分担算法运行处理器的通信工作，以搭载DSP/BIOS(或SYS/BIOS)实时操作系统的DSP作为算法实时运行处理器保证了算法的实时性，较之前版本使用的网络化控制算法仿真器，性能有大幅提升。 

发明内容

本发明的目的在于：以搭载DSP/BIOS(SYS/BIOS)实时操作系统的浮点DSP作为网络化控制算法的运行平台，保证了算法的实时性，并且DSP在执行控制算法仿真运算时较ARM有更高的运算效率，同时利用搭载LINUX操作系统的ARM分担DSP的通信任务。 

本发明采用的技术方案如下： 

本发明提供了一种用于网络化控制实验室网站NCSLAB的网络化控制算法实时仿真器，所 述网络化控制算法实时仿真器NetSimulator以ARM+浮点DSP架构双核处理器为基础，含有一个ARM核和一个DSP核，所述DSP核搭载DSP/BIOS(SYS/BIOS)实时操作系统，作为控制算法的实时仿真运算处理器，所述ARM核搭载LINUX操作系统，负责接收新的仿真算法、算法更新、算法的启动和停止以及和NCSLAB通信。 

作为上述方案的具体实现方式，所述网络化控制算法实时仿真器NetSimulator的ARM核接收到来自NCSLAB的网络化控制算法仿真程序后，控制DSP核开始实时执行仿真算法，并将控制算法的仿真数据通过网络发送给NSCLAB的服务器。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 

1.因为DSP在执行数学运算方面有更高的效率，所以将DSP作为仿真算法运行处理器，较ARM有更高的运算效率； 

2.DSP搭载了DSP/BIOS(SYS/BIOS)实时操作系统，较早期版本仿真器使用的LINUX操作系统而言，更能够保证控制算法仿真的实时性； 

3.利用搭载了LINUX操作系统的ARM核为DSP核负责算法接收、启动、停止和网络通信功能，分担了DSP的工作负担，使DSP有更高的运算频率(一秒内可执行仿真算法的次数)。 

附图说明

图1为网络化控制算法实时仿真器NetSimulator的使用流程图； 

图2为网络化控制算法实时仿真器NetSimulator的模块图。 

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。 

下面结合图1、图2对本发明作详细说明。 

如图1所示，为网络化控制算法实时仿真器NetSimulator的流程图。 

S101：等待接收算法。NetSimulator启动之后开始等待由NCSLAB发送控制仿真算法，如果有新的控制算法则执行S102接收算法。 

S102：接收新的控制算法。ARM通过网络通信协议接收由NCSLAB服务器发送的控制仿真算法并存于内存中。 

S103：检测是否有旧算法在执行。ARM核检测DSP核是否正在运行旧的控制仿真算法，若有则执行S104。 

S104：结束旧算法。ARM核控制DSP核结束当前正在运行的旧控制仿真算法，并将DSP核保持在复位状态。 

S105：更新DSP的控制算法。ARM核将新的控制仿真算法写入DSP核内存。 

S106：DSP开始执行算法。ARM核释放DSP的复位状态，使DSP开始运行新的控制仿真算法。控制算法开始执行后，系统执行S101和S107。 

S107：将仿真结果实时传输给NCSLAB服务器。ARM核在DSP开始执行控制仿真算法后，从DSP读取仿真结果并上传给NCSLAB服务器。同时执行S101检测是否有新算法要接收。 

图2为用于网络化控制实验室网站NCSLAB的网络化控制算法实时仿真器的功能框图。如图2所示，NetSimulator内部有一个ARM处理器(ARM核)和一个DSP处理器(DSP核)，所述ARM处理器负责从NCSLAB网站服务器接收新的仿真算法，控制DSP停止旧的仿真算法，更新DSP的算法，启动DSP执行新的算法，在DSP运行仿真算法的时候将仿真结果上传给NCSLAB网站服务器。 

在一个实施例中，所述控制算法为倒立摆闭环控制系统仿真算法，所述DSP核处于空闲状态，用户在NCSLAB网站上点击开始试验的按钮后，NCSLAB网站将仿真算法传输给NetSimulator，所述NetSimulator的ARM核通过TCP协议接收仿真算法并存于内存中，所述NetSimulator的ARM核将倒立摆闭环控制系统的仿真算法写入DSP核内存，然后控制DSP核开始执行仿真算法，并在DSP运行仿真算法的同时将仿真结果(倒立摆的滑块位置和摆杆角度)上传给NCSLAB服务器。 

在另一个实施例中，所述控制算法为伺服电机的网络化控制仿真算法，所述DSP核正在运行倒立摆闭环控制系统仿真算法，用户在NCSLAB网站上点击开始试验的按钮后，NCSLAB网站将仿真算法传输给NetSimulator，NetSimulator的ARM核通过TCP协议接收仿真算法并存于内存中，所述ARM核检测到DSP核正在运行算法后，控制DSP停止当前算法的运行，然后所述ARM核将伺服电机的网络化控制仿真算法写入DSP核内存，并控制DSP核开始执行伺服电机的网络化控制仿真算法，所述ARM核在DSP运行仿真算法的同时将仿真结果(伺服电机转速和转角)上传给NCSLAB服务器。 

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (4)

1.一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator，其特征在于是基于ARM+浮点DSP架构的双核处理器的嵌入式系统。

2.根据权利要求1所述的一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator，其特征在于：接收并运行来自NCSLAB网站的仿真算法，并将算法仿真参数上传至NCSLAB服务器。

3.根据权利要求1所述的一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator，其特征在于：所述Netcontroller-Omap基于TI公司ARM+浮点DSP架构处理器，其包含一个ARM核和一个DSP核。

4.根据权利要求1所述的一种网络化控制算法实时仿真器NetSimulator，其特征在于：算法执行处理器搭载实时操作系统。