EasyLab: Modell-basierte Software-Entwicklung für mechatronische Systeme

Transkript

1 EasyLab: Modell-basierte Software-Entwicklung für mechatronische Systeme Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll Lehrstuhl für Echtzeitsysteme und Robotik Institut für Informatik Technische Universität München Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll

2 Überblick BMBF-Projekt EasyKit EasyLab Anforderungs-Analyse Modellierung Modularer Aufbau Parametrisierung und Debugging Ausblick Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 2/16

3 BMBF-Projekt EasyKit Forschungskonzept Forschung für die Produktion von morgen Schwerpunkt: Einführungsstrategien mechatronischer Systeme Themenstellung Zuverlässige mechatronische Systeme Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 3/16

4 Projektziele Ausgangspunkt: Match-X ausgefeiltes Komponentensystem für Mechatronik Problem Benötigte Hardware kann auf einfache Weise in sehr kurzer Zeit bereitgestellt werden Erstellung der benötigten Software ist bislang langwierig und erfordert Spezialisten Zielstellung: Modulare Software für modulare Hardware Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 4/16

5 Von der Idee zum Mechatronischen System Anwendungsmodell Funktionsblock- Bibliothek Code- Generator C-Code Simulation Hardware- und Plattform-Modell Debugging Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 5/16

6 EasyLab - Überblick Funktionsblock- Bibliothek Anwendungsmodell Code- Generator C-Code Controllerspezifischer Compiler Simulation Hardware- und Plattform-Modell Debugging Target-Code Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 6/16

7 EasyLab - Überblick Anforderungen Möglichst einfache, jedoch ausdrucksstarke Modellierung Erstellung von Software für mechatronische Systeme auf Basis der Match-X-Bausteine (nicht ausschließlich) Nutzung durch Nicht-Informatiker : Erhöhung der Lösungskompetenz vor Ort Offenes System, Erweiterbarkeit Basis-Eigenschaften Modellierung Zugeschnittene Code-Generierung für eingebettete Systeme Integriertes Debugging Live-Simulation Definierte Schnittstellen für alle Komponenten Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 7/16

8 EasyLab - Überblick Ansätze Zwei Modellierungs-Paradigmen Synchroner Datenfluss Ereignisbasierter Kontrollfluss Template-basierte Code-Generierung Erweiterbare Software-Bibliothek Verwertung Einsatz in der Lehre (berufliche Ausbildung und Hochschulen) Vertrieb in Kombination mit EasyKit-Hardware Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 8/16

9 EasyLab - Datenfluss Synchroner Datenfluss Graphisches Verschalten von Funktionsblöcken Ein- und Ausgänge Interne Zustände Typisierte Verknüpfungen Intuitiv, entspricht Ingenieurs-Denken in Black Boxes Generierung von sicherem und zuverlässigem Code Formalisierung der Modellierung bietet Möglichkeit zur Verifikation Berechung statische Ausführungspläne Effizient: kein Scheduling zur Laufzeit Berechenbarer Speicherbedarf Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 9/16

10 EasyLab - Oberfläche Vergleiche z.b. LabView, Matlab (State-of-the-art in Ingenieurs-Anwendungen) Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 10/16

11 EasyLab - Modellierung der Hardware Unterstützung unterschiedlicher Prozessorarchitekturen Atmel AVR AT90CAN128 Microchip PIC 18F2520 und 18F2580 weitere in Vorbereitung Plattform-unabhängige Modellierung Nahtlose Integration von reinen Software-Funktionsblöcken Hardware-Treiber-Blöcken Plattform-Modell Prozessor-Architektur Werkzeugkette (Compiler, Linker,...) Hardware-Modell Beschreibung und Konfiguration der vorliegenden Hardware Gerät: Beschreibung von Match-X-Stapeln Modul Beschreibung von Hardware-Funktionsblöcken und Zuordnung von zugehörigen Softwareblöcken Grundlage für Anbindung von Hardware-Entwurfswerkzeugen (Hardware/Software-CoDesign) Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 11/16

12 EasyLab - Modularität Definition von neuen Funktionsblöcken durch Benutzer Beschreibung der Schnittstelle nach außen Templates für Code-Generierung Im XML-Format Validierbar mittels Schema: Standardisierung der Software- Schnittstelle Leichte Verarbeitung durch externe Werkzeuge Plugin-Schnittstelle Simulation Visualisierung Hierarchische Komposition von Funktionsblöcken Gruppierung von verschalteten Funktionsblöcken zu übergeordnetem Block Wiederverwendung von vorhandenen Komponenten Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 12/16

13 Parametrisierung und Debugging Vom Code-Generator auf Wunsch erzeugt Auslesen und Verändern von internen Zuständen Übertragung über jeweils verfügbares Medium Voraussetzung für Umsetzung didaktischer Konzepte Anschauliche Visualisierung der implementierten Algorithmen Benutzer interagiert über EasyLab mit dem mechatronischen System EasyLab RS232 RS485 CAN... Match-X- Stapel Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 13/16

14 Standardisierung Bestehender Match-X-Standard VDMA Einheitsblatt Definition u.a. der geometrischen und elektrischen Schnittstelle E F G H J K MS 1 MS 2 MS 3 MS 4 RB6 RB7 GD2 PRG RES CS RC0 NC SDO SDI UD2 RC1 INT GD1 X X UD1 SCK RC2 X CANL TXD X X RXD CANH X NC NC X X X X X NC RA0 NC UA1 PT1 PT2 GA1 NC RA3 Arbeitskreis Schnittstelle (VDMA) Überarbeitung des bestehenden Standards Erweiterung um Software-Schnittstelle Abgeleitet aus modularem Design von EasyLab Ermöglicht nahtlose Integration von eigenen Hardware-Bausteinen in EasyLab L M RA1 NC RA2 URP PT3 NC GA2 NC PT4 URM NC NC UA2 NC elektrische Schnittstelle RA4 RA Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 14/16

15 Ausblick: EasyKit ist... Hardware Modulare Hardware-Plattform Abgeschlossene Entwicklungsmethodik Rapid-Prototyping Übergang zum Serienprodukt unter Erhaltung der Software-Kompatibilität Software Modellierung / Entwicklung Integrierte Fehlersuche Simulation Erweiterbarkeit Anwendung Verschiedene industrielle Projekte Didaktik (berufliche Ausbildung und Hochschulen) Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 15/16

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll 16/16