Entwicklung einer Plattform zur modellbasierten Regelung auf Basis eines Einplatinencomputers und offenen Softwaretools #4 Inbetriebnahme des BeagleBone Black

Hallo Zusammen!  Ich bin Ruo Yi. In den vorherigen Beiträgen habe ich euch erklärt, wie ich analoge Schaltungen zum Aufbauen einer kostengünstigen Regelungsplattform entwickelt habe. Solche Schaltungen bzw. die integrierte Leiterplatte (PCB) können als „Sinnesorgane“ der Regelungsplattform betrachtet werden, da sie nur dazu dienen, Eingangssignale zu filtern und umformen (Pegelanpassung) und die Ausgangssignale aus digitalen Signalen zu rekonstruieren, umformen und dann ausgeben. Die Kernaufgaben wie Signalverarbeitung, Ausführung der Algorithmen und Erzeugung der Stellgröße wird von dem Mikrocomputer durchgeführt. So kann man den Mikrocomputer als das Gehirn des Systems betrachten.

In meiner Arbeit wird das BeagleBone Black als der Mikrocomputer ausgewählt. In der Regelungsplattform hat BeagleBone Black folgende Aufgaben:

• Analog-Digital-Wandlung der Eingangssignale;
• Datenübertragung von Mikrocomputer auf PC;
• Ausführung der Regelalgorithmen bzw. X2C-Modelle;
• Ausgabe der Stellgröße zur Steuerung der Stellglieder wie Aktoren.

In diesem Beitrag werde ich euch die Inbetriebnahme des BeagleBone Black als die Kernkomponente der Regelungsplattform erklären. Es sei hier angemerkt, dass die folgenden Inhalte teilweise auf die Vorarbeit von Maxwell zurückgehen. Auf dieser Grundlage werden noch Korrekturen und Ergänzungen anhand meiner tatsächlichen Betriebserfahrungen vorgenommen.

Installation des Betriebssystems auf dem BeagleBone Black

Prinzipiell wird ein Betriebssystem für die Ausführung der Regelungsplattform nicht benötigt, da das BeagleBone Black dafür nicht von der internen eMMC (embedded Multimedia Card) gebootet wird, sondern von den ausführbaren Dateien des kompilierten Modells auf der SD-Karte. Um einige grundlegende Einstellungen für wie z.B. eine statische IP-Adresse zur Übertragung der Messdaten , Systemzeit und Internetverbindung in dem BeagleBone Black vorzunehmen, wird empfohlen, ein Betriebssystem auf der eMMC des Mikrocomputers zu installieren.

Die Installation des Betriebssystem ist auf der BeagleBoard-Homepage und der Webseite  Schritt für Schritt geschrieben. Der Prozess kann mit folgenden Schritten zusammengefasst werden:

1. Herunterladen des Betriebssystems

Die neuesten Version vom Opensource-Betriebssystem „Debian“ kann man von der Webseite  herunterladen. In dieser Arbeit wird die aktuelle Version „Debian 9.1 2017-08-31 4GB SD LXQT“ installiert.

2. Schreiben des Images auf der SD-Karte

Bevor man das Betriebssystem auf dem Board installiert, soll man das Images von „Debian“ zuerst auf einer SD-Karte schreiben. Zum Schreiben ist die Verwendung der Software „Etcher“ zu empfehlen, deren Link zur Installation auch auf der BeagleBoard-Homepage steht.

3.  Aufbereitung der SSH-Verbindung

Um das Board über PC anzurufen und Einstellungen auf dem Board vorzunehmen, wird eine SSH-Verbindung benötigt. Dafür muss man das BeagleBone Black-Treiber und einen SSH-Client auf dem PC installieren. Die Links zum Herunterladen vom Treiber kann man in der Webseite finden. Als SSH-Client wird Software „Putty“ ausgewählt. Die Links zum Herunterladen vom „Putty“ und die Anleitung stehen auch auf der oben erwähnten Webseite zur Verfügung.

4.  Erstes Boot

Man legen die SD-Karte ins BeagleBone Black ein. Dann hält man die Boot-Taste (S2) auf dem Board gedrückt (dieser Schritt ist wichtig), anschließend schließt die Stromversorgung entweder über USB oder einen 5V Adapter an. Wenn die LEDs auf dem Board leuchten, hält man die Boot-Taste empfehlenswert weiter für 2 Sekunden gedrückt. Danach lässt man die Boot-Taste los. Das Board wird jetzt von SD-Karte gebootet.

5.  Aufrufen des Boards über SSH

Wenn das BeagleBone Black über USB betrieben wird, ist es nach dem Booten automatisch mit PC verbunden. Zum Test kann man http://192.168.7.2 in Chrome or Firefox (nicht Internet Explorer) eintippen. Wenn die Webseite erscheint, bedeutet dies, dass das Board mit dem PC schon verbunden ist. Dann kann man über „Putty“ das Board aufrufen. Mit dem Name debian und dem Password temppwd kann man ins Betriebssystem einloggen.

6.  Flashing des Betriebssystems auf der eMMC von BeagleBone Black

Bisher ist BeagleBone Black von SD-Karte gebootet. Um Einstellung später einfach vorzunehmen, wird empfohlen, das Betriebssystem auf der eMMC des Boards zu installieren. Dafür sollte man ins Betriebssystem einloggen und nano/boot/uEnv.txt eintippen, dann die folgenden Zeile
# cmdline=init=/opt/scripts/tools/eMMC/init-eMMC-flasher-v3.sh
in
cmdline=init=/opt/scripts/tools/eMMC/init-eMMC-flasher-v3.sh
ändern und speichern. Anschließend trennt man das Board von Netzkabel und bootet dann wieder von SD-Karte. Diesmal wird das Betriebssystem „Debian“ auf der eMMC vom BBB installiert. Die Installation dauert anhand der Erfahrung nicht 40 Minuten, wie im BeagleBoard-Homepage gegeben, sondern nur ca.10 Minuten. Wenn alle LED-Leuchten ausgehen, bedeutet dies das Ende der Installation.

Installation der benötigten offenen Software auf dem PC

Drei offene Programme werden zur Ausführung der Regelungsplattform verwendet. Diese sind Scilab/Xcos, X2C und Code-Composer-Studio. Im Folgende wird die Installation dieser Software auf dem PC beschrieben.

• Scilab/Xcos

Die Software Scilab/Xcos steht auf www.scilab.org zum Herunterladen bereit. Bei der Auswahl der Softwareversion muss man darauf aufpassen, dass X2C nur mit dem Scilab-Version 5.5.x kompatibel ist. Deswegen wird es empfohlen, Scilab 5.5.2 zu installieren. Xcos ist in Scilab integriert und kann verwendet werden, wenn Scilab erfolgreich installiert ist.

• X2C

X2C ist eine Erweiterung zu Xcos und wird von www.mechatronic-simulation.org auch in einer kostenlosen Version angeboten. Hier ist darauf zu achten, die neueste Version, die unter „Nightly builds“ zu finden ist, zu verwenden. Der Grund liegt darin, dass sich die Version in „Nightly builds“ schneller als die in „Stable versions“ aktualisiert und mehr Blöcke und Demos für das BBB besitzt. Die Installation muss über die Scilab-Konsole ausgeführt werden. Eine Anleitung für die Installation steht in dem heruntergeladenen Paket zur Verfügung. Zur Ausführung von X2C ist die Java Runtime Environment 6 erforderlich, die von der Webseite heruntergeladen werden kann.

• Code-Composer-Studio

Code Composer Studio (CCS) kann man von der Webseite herunterladen. Um mit X2C kompatibel zu sein, sollte die Version 7.2.x ausgewählt werden. Nach der Installation der Software sollte man den Compiler „arm_16.9.4.LTS“ oder „c2000_16.9.5.LTS“ in CCS installieren und auswählen, damit die von X2C generierten Codes erfolgreich kompiliert werden können.

Nun ist Vorbereitung für die Inbetriebnahme des BeagleBone Black fertig. Dann sollte ein X2C-Reglermodell aufgebaut und danach auf dem Mikrocomputer implementiert und ausgeführt werden. Da die Inhalte der Anleitung für das Erstellen und Ausführen von X2C-Modellen noch viel sind, werde ich diesen Vorgang in der nächsten Beitrag beschreiben.

Also, sehen wir uns in dem nächsten Beitrag:)

Letzter Beitrag:

PCB-Design für die kostengünstige Regelungsplattform mittels der offenen Software KiCad

Nächster Beitrag:

Entwicklung einer Plattform zur modellbasierten Regelung auf Basis eines Einplatinencomputers und offenen Softwaretools #5 Erstellen und Ausführen von X2C-Modellen