Havacılık Sektöründe Gömülü Sistem Uygulamaları
Gömülü Sistem Nedir ?
Gömülü sistemler, büyük bir mekanik veya elektrikli sistem içinde belirli bir görevi yerine getirmek üzere programlanmış sayısal hesaplama sistemleridir. Genellikle, görevlerini sınırlı donanım kaynakları üzerinde yerine getirirler. Gerçek dünyadan çeşitli sensörler yardımıyla fiziksel girdiler alarak, hesaplamalar yapar ve ardından istenen uygun çıkışı üretirler.
Günümüzde gömülü sistemler neredeyse her elektronik sistemin içinde yer almaktadır. Küresel olarak üretilen CPU’ların da büyük bir çoğunluğu gömülü sistemler içerisinde kullanılmaktadır.
Hibrid ve elektrikli taşıtların, otomatik navigasyon sistemlerinin ve ulaşım araçlarının giderek artan karmaşık yapısının bu konudaki talep artışını hızlandırması kaçınılmazdır.
Son zamanlarda sıkça karşılaşılan Internet of Things (IoT) kavramı da, daha fazla gömülü sistemin birbiriyle internet üzerinden iletişimini sağlayan, insan-makine ve makine-makine etkileşimini arttırmayı amaçlayan bir arayüz olarak düşünülebilir.
Gömülü Sistem Nasıl Tasarlanır?
Mekanik, elektrik ve yazılım mühendisliği alanlarının kesiştiği noktada tanımlayabileceğimiz gömülü sistemler mühendisliği, tarihsel olarak gerçek zamanlı yazılım geliştiricilerinin ilgi alanı olmuştur. Bununla birlikte, günümüzde hızlı sanal prototipleme için tasarlanmış yazılım paketleri, diğer mühendis gruplarının da gömülü sistemleri geliştirmesine olanak sağlamaktadır.
Model tabanlı tasarım programları, sürükle bırak tipinde blokların birbirlerine bağlanmasıyla dijital sistemlerin modellendiği yazılımlardır. Modeller kullanıcının tercihine bağlı olarak fizik tabanlı veya sinyal tabanlı bloklar ile oluşturulabilir.
Yazılım daha sonra otomatik olarak kontrol diyagramlarını C koduna dönüştürür ve derleme işlemini gerçekleştirerek, hedef donanıma yüklenmeye hazır (executable) duruma getirir. Kullanıcı tarafından C kod yazılmasına gerek duyulmaz. Kullanıcılar, kontrol diyagramlarında kolayca değişiklikler yapabilir, saniyeler içinde yürütülecek olan kodu derleyebilir ve hedef donanıma yükleyebilirler. Sistem çalışırken, kullanıcılar kontrol parametrelerini etkileşimli olarak güncelleyebilirler.
Gömülü sistem prototipi geliştirme ve sistemi test etme süreci genellikle 4 adımda gerçekleştirilir;
– Fonksiyonel özellikler, blok diyagram tabanlı tasarım modellerine dönüştürülür.
– Sistem modellendikten sonra, kontrol sistemi, tüm tasarım modeli gereksinimlerini karşılayacak biçimde tasarlanır, analiz edilir ve simülasyonu gerçekleştirilir.
– Modellenen kontrolcüye bağlı olarak, hedef mikroişlemci (MCU) mimarisi üzerinde otomatik olarak C kodları oluşturulur ve yürütülür. İşlemcinin I/O birimlerine herhangi bir fiziksel giriş/çıkış (sensör, röel vb.) bağlanmaz. Bunun yerine, girdiler gömülü algoritma içine simülasyon ortamı tarafından gönderilir. Benzer şekilde, işlemci üzerinde çalışan kontrol algoritmalarının çıktıları, sanal simülasyonu sürdürebilmek için simülasyon ortamına geri beslenir. Böylece Processor in the Loop (döngüde işlemci) simülasyonu gerçekleştirilmiş olur.
– Son olarak, Hardware in the Loop (döngüde donanım) simülasyonunda, fiziksel giriş/çıkış birimleri dahil olmak üzere tüm donanımlar sisteme dahil edilerek test edilir ve konsept bir adım daha ileriye götürülür.
Gömülü Sistem Uygulaması: AMETEK Jet Uçak Soğutma Sistemi
Dünya genelinde elektronik cihaz ve ekipman üreticisi olan AMETEK firması, ürünlerinin tasarımı aşamasında ALTAIR’ın geliştirdiği model bazlı tasarım yazılımı solidThinking Embed’i kullanarak, prototip geliştirme sürecini hızlandırmıştır.
AMETEK, Lockheed Martin’in JSF (Joint Strike Fighter) programı için, uçuş kıyafeti sıcaklık düzenleme birimini solidThinking Embed kullanarak geliştirmiştir.
Kişisel soğutma ünitesi (PCU), akışkan soğutma yeleği ile birlikte pilotun vücut sıcaklığını 38°C altında tutan bir sistemdir. Kontrol sistemi aynı zamanda; kokpit sıcaklık sensörlerini, ceket sıcaklık sensörlerini ve iç motor hızını takip etmektedir.
Verilere dayanarak sıcaklığı pilota ayarlarken; kompresörü, genleşme valfını ve fan pompasını kontrol eder. Uçuş takım tasarım sıcaklıkları 14°C ile 22°C arasındadır. Şekilde basitleştirilmiş bir akış diyagramı gösterilmektedir.
AMETEK mühendisleri öncelikle soğutma sistemini blok diyagram yaklaşımıyla solidThinking Embed arayüzünde modellemişlerdir. Laboratuvarda oluşturmuş oldukları fiziksel prototip üzerindeki ölçümlerle, blok diyagram modelini karşılaştırmışlar ve gerekli iyileştirmelerle sanal modeli elde etmişlerdir.
Elde edilen blok diyagram modeline uygun, hassas cihaz bileşenlerine hasar vermeyecek, gerekli başlatma ve kapatma eylemlerini kontrol eden güvenlik kademelerine sahip, geri beslemeli bir PID modelini oluşturmuşlar ve simülasyonunu gerçekleştirmişlerdir.
Bir sonraki adımda, blok diyagram modelinden tek bir tuşla otomatik olarak üretilen ANSI C kodu, iki yönlü JTAG bağlantısı kullanılarak, doğrudan Texas Instruments (TI) C2000 hedef çipi üzerinde derlenmiş ve kod mikro işlemciye yüklenmiştir.
JTAG teknolojisi, sanal prototip ile donanım arasında kolayca bir haberleşme arayüzü kurulmasına izin vermektedir. AMETEK mühendisleri C2000 üzerinde çalışan kodu, gerçek zamanlı çalışan sanal ortamda Embed Target Interface bloğunu kullanarak test etmişlerdir.
Kod C2000 üzerinde çalışırken, işlemciye gelen giriş sinyalleri, Embed arayüzünde blok diyagramlarla kurulan sanal sistem modelinden (JTAG kullanılarak) gönderilmiştir. MCU’DA üretilen çıkış sinyalleri ise yine Embed arayüzündeki sanal sistem modeline (JTAG kullanılarak) geri beslenmiştir. Bu sayede, oluşturulan sanal sistem modelinin simülasyonuna gerçek zamanlı çalışan C2000 işlemcisi de dahil edilmiştir. (Processor in the Loop – Döngüde işlemci)
İkinci doğrulama adımı olarak JTAG bağlantısı, digital I/O board ile değiştirilmiş ve oluşturulan sanal sistem modeli ile haberleşme, C2000 giriş çıkış birimi üzerinden gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, gerçek fiziksel sistem bağlandığında kullanılacak olan giriş çıkış portlarına, sanal modelden sinyaller gönderilerek çıkışlar elde edilmiştir.
Kontrolcünün performansı doğrulandıktan sonra, C2000 mikroişlemcisine diğer fiziksel sistem birimleri bağlanmış ve son ürün performansı test edilmiştir. Bu aşamada ise Embed yazılımı sistem girdi ve çıktılarını görüntülemek için kullanılmıştır. (Hardware in the Loop – Döngüde Donanım)
AMETEK firması, solidThinking Embed yazılımını kullanarak, özellikle donanım kısıtlarının bulunduğu bir gömülü sistem projesi için, prototip geliştirme sürecinde tasarımlarını ve kullanılan C kodunu kolayca optimize etmiş ve en iyi tasarımı ortaya koymuştur. Bu çalışmayla ilgili daha detaylı bilgiye
buradan erişebilirsiniz.
Yazılımla ilgili ücretsiz video ve dokümanlara ulaşmak için solidThinking Embed Eğitim sayfasını ziyaret edebilirsiniz.
Proje hizmetlerimiz ve yazılımlar hakkında detaylı bilgi için lütfen bizimle iletişime geçiniz.
