Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Hardwareprogrammierung.

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2 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink WARR-Workshop im WiSe 2014 von Martin Dziura (martin.dziura@tum.de)

3 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Teilnehmer / Teameinteilung Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura TeamMitglied 1Mitglied 2Mitglied 3 1Alexander SchmittMartin HackerBjörn Wagner 2Joachim SturmAndreas Lindner 3Sebastian ReigberMaximilian Bambauer 4Jonas PfistererThomas LausenhammerMartin Schlecker 5Daniel BartXaver Lamprecht 6Alexander Frericks 7Felix RößlerPhilipp Neumann 8Stefan RaabYannick Apfel 9Danel EiringhausRalf Süss 10Florian EttemeyerJohannes Kugele

4 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Zeitplan Termin 117. Oktober Einführung in Simulink und Stateflow Termin 224. Oktober Einführung in Targets und Waijung - Vorstellung der Workshop-Hardware - Einfache Beispielprogramme Termin 331. Oktober- Schnittstellen / Visualisierung 18:00Besuch von TUM Phoenix Autonomous Flight Termin 47. NovemberGastvortrag MathWorks (mit LEGO) Termin 514. NovemberGastvortrag Jonis / Eigene Projekte Termin 621. NovemberEigene Projekte / Fazit / Ausblick Termin 1 - 17. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

5 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Bitte während der Präsentation alle Notebooks zuklappen oder ausschalten! Danke Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

6 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Kommunikationsprotolle Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

7 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München UART Universal Asynchronous Receiver and Transmitter Startbit, Datenbits, optionales Paritätsbit, Stoppbit(s) Beispiel: „8N1“ bedeutet 8 Datenbits, keine Parität, 1 Stoppbit Übertragung ist asynchron (nicht synchronisiert)  Konfiguration einer gemeinsamen BAUD-Rate (Bit/s) notwendig typische Werte sind 9600, 19200, 57600, 115200, … Anwendungen: Debugging, PC-to-Board, Board-to-Board, Sensor-to Board (GPS) Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura PinFunktion TXData Transmit RXData Receive GND

8 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Anwendung: USB zu Seriell (UART) Einfache Chips verfügbar, beispielsweise von FTDI Treiber erzeugen einen Virtuellen COM Port (VCP) Simple Kommunikation über fertige Terminal-Programme Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

9 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Terminal-Software HTerm Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

10 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München SPI Serial Peripheral Interface Synchronisiert über CLK Konfiguration von CPOL/CPHA Anwendungen: Board-to-Board, Chip-to Board Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura PinFunktion CLKClock MOSIMaster Out / Slave In MISOMaster In / Slave Out CSChip Select GND

11 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München SPI-Modi CPOL: Polarität des CLK/SCK-Signals (Active High / Active Low) CPHA:Flanke der Datenübernahme (1. Flanke / 2. Flanke) Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

12 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München I²C Serial Peripheral Interface Synchronisiert über SCL (100kbit/s, 400kbit/s, 1Mbit/s) Alle Daten über eine Leitung (half-duplex) Anwendungen: Chip-to-Chip Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura PinFunktion SCLSerial Clock SDASerial Data GND

13 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München I²C-Kommunikation Definierte START/STOP-Bedingung I²C-Geräteadresse beinhaltet R/W-Bit (7bit+1bit) Empfänger setzt Acknowledge (ACK) für jedes Byte Beispiel: START + CHIP/W + REGISTER + CHIP/R + DATEN + STOP Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

14 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Vorstellung der Workshop-Hardware Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

15 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München STM32F4 Discovery Shield Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura Erweiterungsboard für das STM32F4-Discovery mit 4 mikroBUS-Module USB-UART-Schnittstelle (FTDI) CAN-Interface

16 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München STM32F4 Discovery Shield – Wo ist Was? Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

17 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Was sind „Clicks“? „Clicks“ sind Erweiterungs- Module mit mikroBus-Interface Große Auswahl verfügbar: http://www.mikroe.com/click/ Schnittstellen sind einheitlich und einfach gestaltet Oft jedoch zusätzliches Verständnis bzw. lesen von Dokumentationen notwendig Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

18 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München 7-Segment-Anzeige / Bargraph Einfache Möglichkeit zur Visualisierung von Daten ohne Kommunikation mit externen Geräte Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

19 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Ansteuerung von 7-Segment-Anzeige / Bargraph Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura ? SC K MOSI CS  Ansteuerung über SPI möglich (CPOL=? / CPHA=?)

20 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Erweiterte Waijung Blöcke Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

21 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Serielle Kommunikation (UART/USB) Auf dem BoardAuf dem PC Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura Konfiguration

22 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München SPI mit Waijung BlöckeKonfiguration (Setup- und Read/Write-Block) Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

23 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Beispielanwendung (Live-Vorführung) Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

24 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Zeit für Fragen!

25 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Übungsaufgaben zum Shield Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

26 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Aufgabe 3-1: UART zu Terminal a)Öffnet das Raketen-Simulations-Programm aus dem ersten Termin, erweitert es um einen Target-Setup-Block und lasst es auf dem Board laufen. b)Findet mit Hilfe des Schaltplans vom Shield die Nummer des mit dem FTDI verbundenen UART-Moduls heraus. Auf welchen Pins liegen TX und RX? c)Erweitert eure Simulation um ein UART-Setup-Block und konfiguriert diesen entsprechend eurer Erkenntnisse. d)Gebt nun verschiedene Live-Daten aus eurer Simulation (z.B. Zeit und Masse) über den UART aus und lasst euch diese in einem Terminal (z.B. Hterm) anzeigen. Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

27 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Aufgabe 3-2: UART zu Simulink a)Erstellt nun ein zweites Modell, das ihr parallel auf eurem PC laufen lasst. b)Dieses soll ein Host-Serial-Setup-Block enthalten und über einen Host-Serial-Rx-Block die Daten von eurer Simulation empfangen. c)Visualisiert die empfangenen Daten in einem Scope. Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

28 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Aufgabe 3-3: Bargraph / 7-Segment a)Steckt nun euer Bargraph- bzw. 7-Segment-Modul an einen Port des Shields. Findet heraus, welches SPI-Modul und welche SPI-Pins auf dieser mikroBus- Schnittstelle verwendet werden. b)Ermittelt mit den Informationen in der Präsentation (oder mit Hilfe der Datenblätter) den korrekten SPI-Modus (CPOL/CPHA). c)Erstellt ein neues Modell mit einem SPI-Master-Setup-Block und konfiguriert diesen anhand eurer Erkenntnisse. Wählt für restlichen Parameter folgende Werte: Direction:Half-Duplex_TX Data Format:16bit / FirstBit_MSB Baud Rate5.25 MHz Slave/Chip Select Mode:Software d)Lasst nun einen per UART übermittelten Wert auf dem Modul anzeigen. Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

29 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Aufgabe 3-4: Beschleunigungssensor a)Nutzt den bereitgestellten Block für den Beschleunigungssensor und erstellt hiermit ein lauffähiges Modell. b)Visualisiert die Beschleunigungsdaten über UART in einem zweiten Simulink-Modell, dass auf dem PC läuft. c)Visualisiert die Beschleunigungsdaten auf dem Bargraph-/7- Segement-Modul. Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura

30 Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Technische Universität München Hausaufgabe Installiert für euer MATLAB das Support Package für die LEGO MINDSTORMS NXT Hardware. Gebt dazu in MATLAB folgenden Befehl ein supportPackageInstaller Wählt Install from Internet und installiert die Simulink-Erweiterung für LEGO MINDSTORMS NXT Termin 3 - 30. Oktober 2014Hardwareprogrammierung mit MATLAB/Simulink - Martin Dziura