11. Aufgabenblatt

Transkript

1 Einführung in Computer Microsystems Sommersemester 2010 Wolfgang Heenes 11. Aufgabenblatt Aufgabe 1: Einführung in MatLab/Simulink/Stateflow MatLab 1 ist ein Programm zum wissenschaftlichen, numerischen Rechnen. Basis-Datenelemente sind Matrizen, daher auch der Name MatLab (Matrix Laboratory). Neben MatLab stehen weitere Programme zur Verfügung, die das Beschreiben und Simulieren von Systemen erlaubt. Simulink ist eine graphische, blockorientierte Oberfläche. Zur Modellierung und Simulation von Statecharts steht das Programm Stateflow zur Verfügung. MatLab, Simulink und Stateflow sind auf den Rechnern der RBG installiert. Zum Starten von Simulink ist vorher MatLab zu starten. Auf der Console erfolgt das Starten durch Eingabe von matlab. Wenn MatLab gestartet ist, wird Stateflow durch die Eingabe von stateflow oder sf gestartet. 1 Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester

2 Wie in der Abbildung zu sehen, werden zwei Fenster geöffnet. Das eine Fenster ist die Stateflow block library (sflib), die ein untitled Stateflow Block Icon sowie Stateflow Beispiel Blöcke enthält. Das andere Fenster enthält einen untitled Stateflow Block. Dieser Block kann Statecharts aufnehmen und in das Simulink Modell integriert werden. Um die Schritte (für den Moment) auf Simulink Ebene abzuschliessen, wird durch Auswahl des Textes unter dem Stateflow Block der Name in Stop-Watch geändert. Doppelklick auf das Chart öffnet den Eingabemodus für die Statechart-Elemente. Auf der linken Seite befinden sich eine Auswahlleiste der Statechart-Elemente. Durch einfachen Klick (z. B.) auf State (oberstes Icon in der Auswahlliste) kann man die graphischen Elemente auf die Zeichenfläche ziehen. Als Beispiel soll das folgende Chart eingegeben werden. Die Eingabe von Transitionen erfolgt direkt in der Zeichenfläche. Ist man in der Nähe eines States, wird der Mauszeiger zu einem Kreuz und man kann durch Linksklick Transitionen angeben. Durch Klick auf den Transitionspfeil kann man die Events, Bedingungen und Aktionen eingeben. Zur Erinnerung: Eine Bedingung wird in [ ] formuliert. Weitere Erklärungen sind in den Vorlesungsfolien zur 11. Vorlesung zu finden. Die Default Transition ist in der Auwahlleiste der Statechart-Elemente zu finden. Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester

3 Nach Eingabe aller Elemente und Transitionen kann das Chart gespeichert werden. Jetzt muss das Eingabe- und Ausgabeverhalten definiert werden. In dem Chart ist ein Event tick und eine Eingangsvariable run zu definieren. Außerdem sind zwei integer-variablen für minutes und seconds zu definieren. Durch Auswahl von Add Event Input from Simulink wird ein Event bekannt gemacht. Als Name für das Event wird tick eingegeben. Für die Eingangsvariable wird ähnlich verfahren. Durch Auswahl von Add Data Input from Simulink wird die Eingangsvariable run angelegt. Für die Ausgabe wird durch Auswahl von Add Data Output to Simulink die Ausgabe der minutes und seconds definiert. Als Typ kann z. B. uint32 (unsigned integer) angegeben werden. Durch die Auswahl von Tools Explore erhält man folgendes Fenster. Dort können die Eingaben nochmal überprüft bzw. geändert werden. Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester

4 Nun muss das Stateflow Modell in die Simulink Umgebung integriert werden. Nach dem Speichern wird das Chart auch in der Simulink Umgebung verändert. Um das Chart zu simulieren wechselt man in die Simulink Umgebung Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester

5 Durch Auswahl von View Library Browser können die Quellen und Senken ausgewählt werden. Unter Sources wird ein Pulse Generator ausgewählt. Durch doppelklicken auf das Symbol Pulse Generator können die Eigenschaften verändert werden. Dort kann die Periodenzeit auf eine Sekunde eingestellt werden. Außerdem müssen zwei Konstanten (0 und 1), ebenfalls aus Sources hinzugefügt werden. Ein manueller Schalter (Library Browser Signal Routing) verbindet die Konstanten mit dem Eingang run. Zuletzt müssen aus dem Library Browser noch die Anzeigeelemente ausgewählt werden (Library Browser Sinks). Dort wählt man zwei Displays aus. Das Modell sollte wie folgt aussehen. Zur Simulation des Modells kann unter Simulation Configuration Parameters die Stopzeit eingestellt werden (z. B. 1000). Außerdem sollten zur realistischen Simulation der Sekunden folgende Anpassungen vorgenommen werden. Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester

6 Durch Anpassung von Fixed-Step size kann je nach Maschine ungefähr eine Sekundentaktung erreicht werden. Die Simulation wird nun durch Simulation Start ausgeführt. Aufgabe 2: Handshaking-Protokoll Bei einem einfachen Handshaking-Protokoll wird beim Wechsel des externen Anforderungssignals a von 0 auf 1 vom Sender ein Signal req = 1 gesetzt, an den Empfänger geschickt und erst dann wieder auf 0 zurückgenommen, wenn der Empfänger das signal ack auf 1 gesetzt hat. Das req-signal wird nur gesetzt, wenn das ack-signal den Wert 0 hat. Der Empfänger nimmt seinerseits das ack-signal wieder auf 0 zurück, wenn 1. das req-signal ebenfalls auf 0 zurückgegangen ist und 2. ein Wechsel von 0 nach 1 des externen Quittungssignals q vorliegt. Der Empfänger setzt das ack-signal nur dann, wenn das q-signal den Wert 0 hat. Sowohl das a- als auch q-signal können beliebig lange anliegen. Beispiel: Anf. a Sender req Empfänger ack Quitt. q req a Sender Empfänger q ack Sender und Empfänger arbeiten mit demselben Takt. Es gibt ein globales Rücksetz-Signal reset. Geben Sie für den Sender und den Empfänger getrennte Zustandsgraphen und dann ein gemeinsames Statechart an. Simulieren Sie das System mit Stateflow. Geben Sie die Übergangstabelle für Sender und Empfänger an und minimieren 2 Sie die Übergangstabellen mit Espresso. Geben Sie die Ansteuergleichungen für die Flip-Flops an. 2 Einzeloptimierung oder Bündeloptimierung Einführung in Computer Microsystems - Sommersemester