Документация

Факторы шага расчета

Модели Simulink^® запущены в одном или нескольких шагах расчета. Продукт Simulink обеспечивает значительную гибкость в создании многоскоростных систем, то есть, систем больше чем с одним шагом расчета. Однако эта та же гибкость также позволяет вам создавать модели, для которых генератор кода не может сгенерировать код в реальном времени для выполнения в многозадачной среде. Чтобы заставить многоскоростные модели действовать как ожидалось в режиме реального времени (то есть, дать правильные ответы), иногда необходимо изменять модель или давать механизму Simulink команду изменять модель для вас. В общем случае модификации включают помещающие блоки Перехода Уровня между блоками, которые имеют неравные шаги расчета. Следующие разделы обсуждают проблемы, которые необходимо решить, чтобы использовать многоскоростную модель в многозадачной среде. Для всестороннего обсуждения шагов расчета, включая переходы уровня, видят то, Что Шаг расчета?, Шаги расчета в Подсистемах, Шаги расчета в Системах, Переходах Уровня Твердости и сопоставленных темах.

Управление задачами для режимов

Существует два режима выполнения для модели фиксированного шага: однозадачность и многозадачность. Эти режимы доступны только для решателей фиксированного шага. Чтобы выбрать режим выполнения, выберите параметр конфигурации модели Treat each discrete rate as a separate task. Когда вы выбираете этот параметр, многозадачное выполнение применяется для многоскоростной модели. Когда вы очищаете этот параметр, однозадачное выполнение применяется.

Выполнение моделей в системе реального времени может быть сделано при помощи операционной системы реального времени, или оно может быть сделано на целевом компьютере пустого металла, куда модель запускается в контексте процедуры обработки прерывания (ISR).

То, что система (такая как Open Group UNIX^® или системы Microsoft^® Windows^®) является многозадачностью, не подразумевает, что ваша программа может выполниться в режиме реального времени. Это вызвано тем, что программа не может вытеснить другие процессы при необходимости.

В операционных системах (таких как PC-DOS), где только один процесс может существовать в установленный срок, процедура обработки прерывания (ISR) должна выполнить шаги сохранения контекста процессора, выполнения типового кода, сбора данных и восстановления контекста процессора.

Другие операционные системы, такие как совместимые POSIX единицы, обеспечивают автоматическое контекстное переключение и планирование задач. Это упрощает операции, выполняемые ISR. В этом случае ISR просто включает задачу выполнения модели, которая обычно блокируется. Следующая фигура иллюстрирует это различие.

Переходы выполнения и уровня модели

Чтобы сгенерировать код, который выполняется как ожидалось в режиме реального времени, вы (или механизм Simulink) можете должны быть идентифицировать и обработать переходы частоты дискретизации в модели. В многозадачном режиме по умолчанию механизм Simulink отмечает ошибки в процессе моделирования, если модель содержит недопустимые переходы уровня, несмотря на то, что можно использовать параметр конфигурации модели Multitask rate transition, чтобы изменить это поведение. Параметр Single task rate transition доступен для той же цели для однозадачного режима.

Чтобы постараться не повышать ошибки перехода уровня, вставьте блоки Перехода Уровня между задачами. Можно запросить, чтобы механизм Simulink обработал переходы уровня автоматически путем вставки скрытых блоков Перехода Уровня. Смотрите Автоматический Переход Уровня для объяснения этой опции.

Чтобы изучить такие проблемы, сначала рассмотрите, как симуляции Simulink отличаются от программ в реальном времени.

Выполнение во время симуляции модели Simulink

Прежде чем механизм Simulink симулирует модель, он заказывает блоки, основанные на их топологических зависимостях. Это включает расширяющиеся виртуальные подсистемы в отдельные блоки, которые они содержат и выравнивание целой модели в один список. Если этот шаг завершен, каждый блок выполняется в порядке.

Ключ к этому процессу является упорядоченным расположением блоков. Блок, выход которого непосредственно зависит от своего входа (то есть, блок с прямым сквозным соединением) не может выполниться, пока блок, управляющий его входом, не выполняется.

Некоторые блоки устанавливают свои выходные параметры на основе значений, полученных в предыдущем временном шаге или от начальных условий, заданных как параметры блоков. Выход такого блока определяется значением, сохраненным в памяти, которая может быть обновлена независимо от ее входа. В процессе моделирования расчеты выполняются до усовершенствования переменной, соответствующей времени. Это приводит к расчетам, происходящим мгновенно (то есть, никакая вычислительная задержка).

Выполнение модели в режиме реального времени

Программа в реальном времени отличается от симуляции Simulink, в которой программа должна выполнить типовой код синхронно с реальным временем. Каждое вычисление приводит к некоторой вычислительной задержке. Это означает, что демонстрационные интервалы не могут быть сокращены или удлинены (как они могут быть в симуляции Simulink), который приводит к менее эффективному выполнению.

Рассмотрите следующую фигуру синхронизации.

Отметьте неэффективность обработки в демонстрационном интервале t1. Тот интервал не может быть сжат, чтобы увеличить скорость выполнения, потому что по определению шаги расчета синхронизируются в реальное время.

Можно обойти эту потенциальную неэффективность при помощи многозадачного режима. Многозадачный режим задает задачи с различными приоритетами выполнить части типового кодекса, которые имеют различные частоты дискретизации.

Смотрите Многозадачные и Псевдомногозадачные режимы для описания того, как это работает. Важно изучить что раздел прежде, чем продолжить здесь.

Однозадачность по сравнению с многозадачной операцией

Однозадачные программы требуют более длинных демонстрационных интервалов, потому что все расчеты должны быть выполнены в каждый период часов. Это может привести к неэффективному использованию доступного процессорного времени, как показано на предыдущем рисунке.

Многозадачный режим может повысить эффективность вашей программы, если модель является большой и имеет много блоков, выполняющихся на каждом уровне.

Однако, если ваша модель во власти одного уровня, и только несколько блоков выполняются на более медленном уровне, многозадачность может на самом деле ухудшить эффективность. В такой модели издержки, понесенные в переключении задач, могут быть больше времени, требуемого выполнить более медленные блоки. В этом случае более эффективно выполнить все блоки на доминирующем уровне.

Если у вас есть модель, которая может извлечь выгоду из многозадачного выполнения, вы можете должны быть изменить свою модель путем добавления блоков Перехода Уровня (или дать механизму Simulink команду делать так), чтобы сгенерировать ожидаемые результаты.

Для получения дополнительной информации о двух режимах выполнения и примеров, смотрите Моделирование для Однозадачного Выполнения и Моделирование для Многозадачного Выполнения.