[发明专利]从FPGA确定回读信号

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于自动确定FPGA程序的模型信号的方法，所述模型信号在FPGA构建(Build)之后可借助于回读从FPGA读取。同样本发明涉及一种数据处理装置，该数据处理装置构成为用于实施上述方法。此外本发明还涉及一种计算机程序产品，包括计算机实现的指令，该计算机程序产品在适合的数据处理装置中加载和执行之后执行上述方法。同样本发明涉及一种具有电子可读取的控制信号的数字存储介质，其中控制信号能够如此与可编程数据处理装置配合，使得执行上述方法。

背景技术

在复杂动态模型的实时仿真基于狭窄的时间边界条件本身对现代运算节点提出高要求。在汽车硬件在环仿真(HiL)中主要在必须闭合快速调节回路的地方应用这样的模型。这例如是在气缸内压传感器的仿真中的情况，该气缸内压传感器在降低消耗或降低废气中起到越来越大的作用。即使在具有高度动态性的受控系统例如在电动机中，短的周期时间和小的延迟也是绝对必要的。该受控系统借助于基于CPU的仿真在实际中几乎不再可能实现。

FPGA(现场可编程门阵列)可以支持在实时仿真中的运算节点，其方法是FPGA承担模型动态部分的运算。通过信号并行处理的高度灵活性和可能性也可以通过应用FPGA容易地实现硬性实时要求。FPGA可以用作用于运算节点的CPU的硬件加速器。对于HiL仿真器的这样的扩展例如是dSPACE的DS5203-FPGA板。相应地环境模型的例如非常动态的部分扩展到FPGA中，从而确保保留对于控制装置足够精确和快速的反应时间。FPGA硬件配置按照一般程序的创建也称为FPGA代码，通常基于FPGA模型以硬件描述语言在构建过程中产生。

受控系统的模型由于对精度提高的要求而变得越来越复杂并因此难以处理。在汽车Hil环境中，这样的模型通常以MathWorks公司的成套工具Matlab/Simulink创建。Simulink提供以框图形式的基于模块的对这样的模型的观察。模型部分可以在框图中综合为子系统并且以信号相互连接。在这些模块之间的数据流在此通过信号线表示。

在基于CPU的实时仿真中，模型的框图借助于Simulink编码器首先转换为C/C++源文件。这些C/C++源文件紧接着通过编译器转换为可执行应用程序，该可执行应用程序可以在运算节点上以有实时能力的运行系统执行。附加地在CPU构建中产生跟踪文件，该跟踪文件是具有其图形建模例如在Simulink中的拓扑文件。

模型转换为CPU应用程序导致，仿真的运算顺序地以固定的步宽执行。所有模型状态或模型变量例如在信号线上的数据或模块的输入值/输出值的一致的映射因此总是在运算节点的主存储器中存在。通过到主存储器的直接访问可以分析和/或操纵试验工具例如控制台(ControlDesk)中的模型变量。自由选择地写入/读取访问Hil仿真的变量是可能的。根据跟踪文件可以选择信号值例如发动机转速并且通过显示输出或操纵。在HiL环境中人们将这些方法总结为术语“测量”和“调整”。

基于FPGA的仿真例如可以借助于Xilinx系统生成器(XSG)和dSPACE的FPGA程序模块组类似于基于CPU的仿真在模块图中以Simulink建模。

相比于CPU仿真，该模块自然没有转换为迭代的编程语言，而是转换为硬件描述语言，该硬件描述语言描述客户特定的数字电路。客户特定的数字电路的描述在产生FPGA代码中通过组合方法转换为FPGA配置数据流。相应地，用户想要测量或调整的每个模型变量必须通过显式(explizit)的建模经由信号线引导给FPGA的接口。紧接着该匹配，模型必须重新转换，这可能持续多个小时。该情况可能导致基于FPGA的实时仿真的非常长的开发周期。

对于一些FPGA可能的是，出于调试的目的而冻结并且读取FPGA的完整状态。通过FPGA的闭合的输入/输出特性然而不可能的是，类似于运算节点的主存储器任意地对模型状态访问，也就是说在运行中从FPGA读取信号并且必要时改变这些信号。信号从FPGA的读取例如可以通过回读实现，所述回读将数据从FPGA的工作层复制到配置层并且由配置层读取。相应地，原则上可以从FPGA读取任意的寄存数据。相反地可以通过部分的再配置将数据从FPGA的配置层复制到工作层中，以便改变寄存器数据。自然不是所有信号通过寄存器是可访问的。