cRIO-9076®, integra un procesador en tiempo real de 400 MHz con un LX45 FPGA y posee cuatro ranuras para módulos de I/O de la Serie C. Estos módulo...

cRIO-9076®, integra un procesador en tiempo real de 400 MHz con un LX45 FPGA y posee cuatro ranuras para módulos de I/O de la Serie C. Estos módulos de entrada/salida proveen de capacidades de envío y adquisición de datos analógicos, digitales y trenes de pulsos modulados en ancho de pulso (PWM), bus CAN, bus LIN, Profibus, puerto serie RS-232 y RS-485, Temporizadores... existe un amplio repertorio, y dentro de cada modalidad se pueden elegir rangos de tensión, salida/entrada diferencial o unipolar, optoacoplados... La versiones extendidas de la familia de sistemas RCP CompactRIO® presentan volúmenes superiores y capacidad de conectar aún más módulos de I/O. Respecto al funcionamiento y comodidad de manejo de este sistema RCP; una vez configurado el target (procesador y modelo de FPGA), se realiza un programa en lenguaje gráfico de LabView®, tanto para el procesador como para la FPGA, un programa sencillo puede ser un circuito lógico combinacional de tres puertas lógicas a nivel de bits para la FPGA, sin programa para el procesador de Tiempo-Real. La imágenes muestran el tiempo de espera hasta que el modelo se convierte en código, se compila/sintetiza y se transfiere al hardware, siempre que se utilice la FPGA el tiempo total de compilación y síntesis estará cercano a los 10 minutos, como puede verse en la figura 2.10. Tiempo que se debe esperar siempre entre iteraciones del modelo de control. Si se utiliza también un programa para el procesador de Tiempo-Real, y otro para la FPGA, el tiempo total a esperar serán los aproximadamente 10 minutos de síntesis para la FPGA y un minuto para la generación y compilación del código para el procesador. En el sistema MyRIO® es posible utilizar la interfaz SPI del procesador para acceder a los periféricos de entrada/salida sin necesidad de utilizar la FPGA, por lo que se pueden evitar los largos tiempos de síntesis de la FPGA. Para el sistema CompactRIO® la interfaz de comunicación con el PC es ethernet, el sistema MyRIO® dispone de interfaz USB. Lo errores cometidos en la programación de la FPGA se muestran en la etapa de generación de código VHDL y síntesis, LabVIEW no detecta estos errores antes de entrar en esta fase. Figura 2.10: Compilación de un modelo sencillo en LabView® para el RCP CompactRIO®. Se muestra a la izquierda el modelo y a la derecha el tiempo transcurrido desde que comenzó el proceso de síntesis y compilación /Simulink®, algunos de ellos son herramientas adicionales a modo de toolboxes muy específicas, orientadas en gran medida al mundo del control para automóvil. Los modelos de Simulink®, diseñados de forma gráfica, se ejecutan en su hardware de Tiempo-Real, pero este hardware no está orientado en ningún caso para utilizarse en la implementación final. Son soluciones para la etapa de prototipado en laboratorio y verificación, no cubren la última etapa. En los sistemas RCP de dSPACE® se distinguen dos tendencias, una de ellas orientada a probar el modelo de control en un hardware de Tiempo-Real, modelo de simulación con procesador real, del inglés PIL ”Processor-in-the-loop”. La otra tendencia está orientada a probar el modelo de control en Tiempo-Real junto con la simulación de la planta física a controlar, ejecutándose todo ello en Tiempo-Real, modelo de simulación HIL ”Hardware-in-the-loop”, en el que se tiene una planta virtual y un controlador real, ambos funcionando en un hardware de Tiempo-Real, con tiempos de muestreo del orden de microsegundos. El hardware de dSPACE® destinado a simulaciones HIL tiene forma de ”mainframe” de gran potencia computacional. La gran mayoría de sistemas RCP de dSPACE® están basados en procesador, utilizando a día de hoy procesadores PowerPC® de IBM®; el uso de FPGA por parte de este fabricante queda relegado a módulos de expansión de I/O para tratar señales digitales de alta frecuencia. Dentro del repertorio de sistemas RCP, de aquellos orientados a ejecutar el modelo de control en Tiempo-Real, encontramos tarjetas de expansión para bus PCI orientadas a su uso en ordenadores PC; estas tarjetas proporcionan capacidades de I/O al PC. El procesador que ejecuta el modelo diseñado en Simulink® se encuentra en la propia tarjeta, funcionando bajo el sistema operativo en Tiempo-Real QNX®, de la compañía QNX Software Systems Limited® que ahora mismo pertenece al grupo Blackberry® 7. 6https://www.dspace.com , Información de la compañía, Enero 2014 7http://www.qnx.com/company/ , QNX Software Systems Limited, Blackberry, Enero 2014 Las tarjetas de expansión para ordenadores PC, como el modelo DS1104 mostrado en la figura 2.11 ,proporcionan un sistema RCP con procesador propio modelo PowerPC 603e a 250 Mhz con 32KB de memoria caché y unidad de coma flotante de 64 bits, con 32 MB de memoria SDRAM y 8 MB de memoria de programa ROM. Respecto a la I/O que proporciona la tarjeta provee de 5 timers de 32 bits, 1 timer de 64 bits, 1 A/D de 16 bits, 4 A/D de 12 bits, 8 D/A 16 bits, 20 I/O digital, 2 entradas de encoder con contador de 24 bits, 1 UART RS-232/485. Figura 2.11: Sistema RCP DS1104 de dSPACE® para ordenadores PC La tarjeta DS1104 también cuenta con un microcontrolador Texas Instruments® TMS320F240 8, cuyo procesador es de 16 bits sin unidad de cálculo en coma flotante, funcionando a una frecuencia de reloj de 20 Mhz, contando con 32KB de memoria de programa ROM y 8 KB de memoria RAM, proporciona 7 salidas PWM, 4 entradas PWM, 1 puerto SPI y 14 I/O digitales adicionales. El consumo de la tarjeta DS1104 es de 18.5 Wattios. Su coste aproximado es de 950€ o 4800€9 junto con sus toolboxes para Simulink®. Además de esta tarjeta, existen otras de mayores capacidades, en las que cada parte está separada, una tarjeta con un procesador en Tiempo-Real a 1Ghz, a la que se conectan otras tarjetas de expansión que ejercen de módulos de I/O. El repertorio es muy amplio y completo, adecuándose a las complejas o específicas necesidades que se requiera cubrir. Respecto a los sistemas RCP cuyo funcionamiento es totalmente independiente de un ordenador PC, dSPACE® cuenta con un hardware denominado Micro-AutoBox, en formato de tamaño más reducido con procesador IBM PowerPC® a 900 Mhz o con un tamaño algo mayor con procesador Intel ATOM, la versión con procesador Intel® no puede funcionar en Tiempo-Real con el sistema operativo QNX®. Se debe resaltar que se trata de un sistema RCP muy orientado al mundo del automóvil pues sus interfaces CAN y LIN cuentan con soporte para protocolo de calibración de control del automóvil estandarizado por bus CAN (Can Calibration Protocol, CCP) o a través de algunas otras interfaces de comunicaciones denominándose en ese caso Protocolo de Calibración Extendido (XCP). La figura 2.12 muestra el cuidado aspecto de un sistema RCP MicroAutoBox. Figura 2.12: Sistema RCP MicroAutoBox Para dotar a este RCP de capacidades de entrada/salida se le debe dotar de las apropiadas tarjetas de I/O, la figura 2.13 muestra dónde se conectan dichas tarjetas de expansión del sistema MicroAutoBox. Figura 2.13: Posibilidades de I/O del sistema RCP MicroAutoBox En los sistemas MicroAutoBox en Tiempo-Real sólo puede colocarse una tarjeta de expansión I/O. El precio para universidades, junto con sus toolboxes de Simulink® y una tarjeta de I/O a elegir asciende a 12500€10 por unidad. Todos estos sistemas que se han descrito, se convierten en sistemas de prototipado rápido si se instalan y utilizan sus respectivas toolboxes para Simulink®, esta familia de toolboxes se denominan Real-Time Interfaces Blocksets (RTI). Cada funcionalidad de I/O tiene su propia toolbox que se vende por separado, así encontramos una toolbox genérica para manejar el procesador de Tiempo-Real, gobernar