Ziel dieser Anleitung ist das Aufsetzen von PCs zum Betrieb als EtherCAT-Master mit Etherlab und Simulink um z.B. Prüfstände zu regeln und Messungen durchzuführen. In dieser Anleitung wird zwischen dem Echtzeit-PC (EtherCAT-Master, laufendes Simulink-Modell) und dem Entwickler-PC (Simulink-Modell-Überwachung über external Mode, Kompilierung des Modells unterschieden).
Es wird in dieser Anleitung für den Echtzeit-PC die IP 10.144.130.83 angenommen, die IP und der Benutzername muss entsprechend der eigenen Konfiguration angepasst werden.
Es wird davon ausgegangen, dass der Echtzeit-PC entsprechend der Anleitung in SETUP_RTPC.MD aufgesetzt wurde (Debian/Ubuntu mit Preempt-RT-Patch).
Wird derselbe PC als EtherCAT-Master und als Entwickler-PC benutzt, müssen die Schritte für den Echtzeit-PC und den Entwickler-PC durchgeführt werden. Die Pfade müssen dann etwas angepasst werden.
Diese Anleitung ist am Institut für Regelungstechnik, Leibniz Universität Hannover unter Mitarbeit von Johannes Kühn, Alexander Tödtheide, Lars Johannsmeier und Moritz Schappler entstanden (2015 bis 2017). Die Autoren erhielten Förderung durch die Europäische Union (7. Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020, Förder-Nr. 688857, "SoftPro") und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förder-Nr. 16SV6175, "3. Arm").
(C) Institut für Regelungstechnik, Leibniz Universität Hannover
Master-Code vorbereiten (Auf Entwickler-PC) . Vorher: In geeigneten Ordner wechseln. Z.B. durch
mkdir -p ~/EtherCAT && cd ~/EtherCAT
git clone https://gitlab.com/etherlab.org/ethercat.git etherlabmaster-code
cd etherlabmaster-code
hg update stable-1.5
Open configure.ac and remove ”-Werror” at ”AM_INIT_AUTOMAKE” entry.
nano configure.ac
Etherlab-Master-Code per SSH auf Rechner kopieren
scp -r ~/EtherCAT/etherlabmaster-code RTPC_ec:/tmp
Folgende Befehle auf dem Echtzeitrechner ausführen:
sudo mv /tmp/etherlabmaster-code /usr/src/
sudo apt-get install autoconf libtool lshw
cd /usr/src/etherlabmaster-code
./bootstrap
Alle gepatchten Ethernet-Treiber deaktivieren. Nur den generic-Treiber benutzen. Die gepachten Treiber werden nicht für RT_PREEMPT benötigt, sondern nur für RTAI (andere Art von Echtzeit-Linux). Folgende Zeile ausführen und die installierten Netzwerktreiber zu finden, die deaktiviert werden müssen.
sudo lshw -c network
Die Ausgabe enthält z.B. driver=r8169. Dieser Treiber muss dann unten deaktiviert werden.
EtherCAT konfigurieren.
Standard-Konfiguration (Alternative 1):
./configure --disable-8139too --disable-e100 --disable-e1000 --disable-e1000e --disable-r8169 --enable-generic --prefix=/opt/etherlab
Konfiguration für Encoder-Slaves (Alternative 2):
./configure --disable-8139too --enable-sii-assign --enable-hrtimer --enable-cycles --prefix=/opt/etherlab
Make und Install
sudo apt-get install g++
make -j8
make modules
sudo make modules_install install
Config installieren und Initialisierungsskripte
sudo ln -s /opt/etherlab/etc/init.d/ethercat /etc/init.d/ethercat
sudo mkdir /etc/sysconfig
sudo cp /opt/etherlab/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig/ethercat
MAC-Adresse der für EtherCAT vorgesehenen Netzwerkkarte:
ifconfig
In /etc/sysconfig/ethercat folgende Einstellungen vornehmen:
$sudo nano /etc/sysconfig/ethercat
set MASTER0_DEVICE={network adapter MAC address}
set DEVICE_MODULES={appropriate driver, if in doubt use generic}
Als Dienst einrichten, falls gewünscht (dann startet der EtherCAT-Treiber automatisch). Weitere Details können der EtherLab-Anleitung entnommen werden.
sudo update-rc.d ethercat defaults
Andernfalls muss der EtherCAT master manuell bei jedem Booten gestartet werden:
sudo /etc/init.d/ethercat start
Benutzerrechte für die Gruppe realtime setzen:
$cd /lib/udev/rules.d/
$sudo nano 99-EtherCAT.rules
Folgende Zeile einfügen:
KERNEL=="EtherCAT[0-9]*", MODE="0660", GROUP="realtime"
Installation prüfen
cat 99-EtherCAT.rules
sudo /etc/init.d/ethercat restart
ls -l /dev/EtherCAT0
Funktionalität prüfen: Damit die folgenden Befehle, als auch die Binary des Simulinkmodells, ohne sudo-Rechte laufen, muss der Nutzer der aktuellen Sitzung in der Gruppe realtime sein.
/opt/etherlab/bin/ethercat master
/opt/etherlab/bin/ethercat slaves ### IF CONNECTED
Etherlab zu Umgebungsvariablen hinzufügen:
$sudo nano /etc/environment
Ort der Library zum Library-Suchpfad hinzufügen (notwendig zum Starten des Simulink-Modells)
LD_LIBRARY_PATH="/opt/etherlab/lib" ### als zusätzliche Zeile (falls nicht schon vorhanden)
Muss nur gemacht werden, wenn die offizielle Etherlab-Version benutzt wird. Nicht für die IRT-Version
Quelle:
- Symbitron-Wiki / EtherLab Installation
- INSTALL-Datei des pdserv-Repos
Herunterladen (vorher in geeigneten Ordner wechseln)
git clone https://gitlab.com/etherlab.org/pdserv.git pdserv-code
PDServ-Code per SSH auf Rechner kopieren
scp -r pdserv-code RTPC_ec:/tmp
Folgende Befehle auf dem Echtzeitrechner ausführen:
sudo mv /tmp/pdserv-code /usr/src/
Abhängigkeiten installieren
sudo apt-get install cmake g++ cmake pkg-config libyaml-dev libcommoncpp2-dev liblog4cplus-dev libdb-dev libsasl2-dev
Installation (auf Echtzeit-PC nach /opt/etherlab)
cd /usr/src/pdserv-code
sudo chown sysadm:sysadm -R .
rm -rf build
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/opt/etherlab ..
make
sudo make install
Wenn statt Echtzeit-/ und Entwickler-PC nur ein PC exisitiert, auf dem EtherCAT und Matlab/Simulink läuft, muss der folgende Code entsprechend ausgeführt werden.
Quellen:
- README-Datei im Repo etherlab-code
Installation von Etherlab-Code Alternative 1: IRT-Version:
git clone https://gitlab.com/luh_imes/etherlab-extmodepatch.git etherlab-code -b dev
Die "IRT-Version" entspricht einer EtherLab-Version mit Stand von Januar 2018 mit Patch für External Mode. Diese Version ist kompatibel mit Matlab bis max. Version 2018b. Eine Aktualisierung für neuere Matlab-Versionen steht noch aus.
Alternative 2: Original-Version:
git clone [email protected]:etherlab.org/etherlab.git etherlab-code
Abhängigkeit zum Kompilieren, falls nicht schon installiert:
sudo apt-get install cmake
Wechsle in Verzeichnis
cd etherlab-code
Bei Neukompilierung:
rm -rf build/
Optional: Für eine Neu-Installation (bei Änderung der EtherLab-Version): Lösche den Ordner im System.
sudo rm -rfv /usr/local/share/etherlab
Lege die Matlab-Version fest, in die installiert werden soll:
MATLAB_VERSION=R2018b
Installation: Erstellt den Ordner /usr/local/share/etherlab
mkdir build
cd build/
cmake ..
sudo make install
Optional: Für eine Neu-Installation in den Matlab-Ordner. Lösche bisherigen Ordner von etherlab):
sudo rm -rfv /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/etherlab
Installationsskript (Etherlab-Dateien in Matlab-Installation hineinkopieren)
sudo mkdir -p /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/
sudo chmod o+w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/
/usr/local/share/etherlab/install.sh /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION
sudo chmod o-w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/
Matlab: Mex-Kompilierung. Achtung: Es sollte kein sudo matlab benutzt werden, da dies die Rechte einiger Dateien durcheinander bringt und sicherheitstechnisch kritisch ist. Außerdem weiß man durch Rechteentzug genau, welche Dateien nur geändert werden konnten.
sudo chmod o+w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/toolbox/local
sudo chmod o+w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/
/usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/bin/matlab -nodesktop -nosplash -r "run(fullfile(matlabroot, 'rtw/c/etherlab', 'setup_etherlab.m'));quit"
sudo chmod o-w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/rtw/c/
sudo chmod o-w -R /usr/local/MATLAB/$MATLAB_VERSION/toolbox/local
Wird nicht benötigt, wenn über eine SDK z.B. für ARM-Architektur Cross-kompililiert wird. Dies führt eine reine Installation in den Ordner /usr/local/share/etherlab durch. Es werden keine Treiber installiert (wie für den Echtzeit-Rechner).
Abhängigkeiten zum Bauen (falls nicht schon vorhanden)
sudo apt-get install autoconf libtool lshw
Vorher: Auschecken des etherlabmaster-code-Repos und wechseln in dieses Verzeichnis (siehe oben). (Nicht: Etherlab-Code).
cd /path/to/repo/etherlabmaster-code
Kompilieren und installieren (nur als Abhängigkeit, nicht als Treiber).
Der Befehl make install wird nicht als sudo ausgeführt, damit wird sichergestellt, dass nichts systemweit installiert wird. Stattdessen werden die erwarteten Zielordner vorher auf durch den Benutzer schreibbar gestellt. Die Nutzerrechte des Zielordners werden dabei angepasst. So wird sichergestellt, dass keine systemweiten Dateien aus Versehen falsch beschrieben werden.
./bootstrap
./configure --disable-8139too --disable-e100 --disable-e1000 --disable-e1000e --disable-r8169 --enable-generic --prefix=/usr/local/share/etherlab
make -j8
sudo chmod o+w -R /usr/local/share/etherlab
make install
sudo chown root:root -R /usr/local/share/etherlab
sudo chmod o-w -R /usr/local/share/etherlab
Früher wurde etherlab nach /opt/etherlab installiert. Das hat sich jetzt geändert. Folgender Befehl ist nur für den alten Fall notwendig:
Ort der Library zum Library-Suchpfad hinzufügen (notwendig zum Kompilieren des Simulink-Modells)
$sudo nano /etc/environment
LD_LIBRARY_PATH="/opt/etherlab/lib" ### als zusätzliche Zeile (falls nicht schon vorhanden)
Die Schnittstelle ist in der IRT-Variante aus dem Target entfernt. Es wird External Mode statt Test Manager benutzt.
Für die Original-Version von EtherLab ist PDServ notwendig. Ansonsten kann dieser Schritt übersprungen werden. Dieser Abschnitt ist größtenteils identisch mit dem Abschnitt oben bei der Installation von pdserv für den Echtzeitrechner. Zur einfacheren Durchführbarkeit (Copy-Paste) wird das aber hier repliziert.
Abhängigkeiten installieren
sudo apt-get install cmake g++ cmake pkg-config libyaml-dev libcommoncpp2-dev liblog4cplus-dev libdb-dev libsasl2-dev
Herunterladen (vorher in geeigneten Ordner wechseln)
git clone https://gitlab.com/etherlab.org/pdserv.git pdserv-code
Installation (auf Entwickler-PC nach /usr/local/share/etherlab)
cd pdserv-code
rm -rf build
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local/share/etherlab ..
make
sudo make install
Fertig.
Um ein funktionierendes Simulink-Modell als Echtzeit-Programm mit Etherlab-Integration zu kompilieren, sollte am Besten ein bestehendes, getestetes Modell als Vorlage genommen werden und "entkernt" werden (alle Blöcke löschen). Alternativ kann auch ein neues Modell erstellt werden mit Anpassung der Modelleinstellungen. Die folgenden Einstellungen beziehen sich auf die IRT-Version mit External Mode. In der Original-Version von EtherLab muss der TestManager benutzt werden.
Code Generation:
- System target file: etherlab.tlc (Bei Auswahl erscheinen die anderen Einstellungsoptionen mit gesetzten Standardwerten)
Code Generation/Interface:
- Haken bei "External Mode"
- Transport layer "none"
- MEX-file arguments: "'10.144.130.83' 0 17725" (IP-Adresse des Echtzeit-Rechners eintragen)
- Static memory allocation: Haken setzen (Ansonsten kann es zu Echtzeitverletzungen beim alloziieren neuen Speichers kommen
- Static memory buffer size: 10000000 (10MB; Standard-Wert erhöhen, damit Speicher ausreicht)
Code Generation/EtherLab C code generation:
- BIO Buffer time: "2"
- External Mode Mex File Arguments: "'localhost' 0 17725" (hier muss nicht die IP-Adresse des Echtzeit-Rechners angegeben werden.
- ASYNC Mode: Kein Haken notwendig. (Der ASYNC Mode war nur im BeagleBone-Target enthalten).
Sonstige Einstellungen im Modell (nicht in den Modelleinstellungen, sondern im Menü oben):
Menü-Leiste: Code -> External Mode Control Panel:
- Haken bei "enable data uploading"
Duration: "auto" (Standard-Wert) - Signal & Triggering:
- Alle "Selected".
- Source: manual -> Trigger ausgegraut.
- "Arm when connecting to target".
- Duration 10000; Delay 0;
Der Wert für Duration sollte eher lang gewählt sein, ansonsten werden sehr viele kleine mat-Dateien erzeugt. Aber auch nicht so lang, dass der notwendige Speicher zum Vorhalten der Daten nicht alloziiert werden kann. Der Wert hängt also vom Umfang der zu übertragenen Daten ab. Bei zu großen Zahlen entsteht die unten beschriebene Fehlermeldung.
- Data Archiving
- Haken bei "enable archiving"
- Directory: relativen Pfad zum Modell wählen (z.B. "./results"), ist aber beliebig
- File: "measurement_data" (z.B.)
- Alle Haken weg.
Zusätzlich muss bei Scope-Blöcken zur Datenspeicherung Signal Logging konfiguriert werden. Siehe Text unten. Ansonsten werden keine Daten gespeichert, sondern nur live in den Scopes angezeigt.
- Doppelklick auf den Scope-Block (der die gewünschten Signale ausgibt)
- View -> Configuration Parameters
- Karteireiter "Logging"
- Limit data points: Haken wegnehmen (sonst werden nur die letzten Daten gespeichert)
- Decimation: Haken wegnehmen, oder 1 setzen (sonst werden die Daten ausgedünnt)
- Log data to workspace: Variable name: Unter diesem Namen werden die Daten gespeichert Save format: Structure with Time. Die Daten können danach besser nachverarbeitet werden
Bei der Modelleinstellung muss anstatt "Normal" "External" eingestellt werden (im oberen Menüband). Weitere Optionen sind "Accelerator" und "Rapid Accelerator".
Auf dem Entwicklungsrechner muss auch der EtherCAT-Master installiert werden (die Abhängigkeiten im Ordner /opt/etherlab, nicht der Treiber). Behebung: Siehe oben "Etherlab-Master-Code bereitstellen ...".
Fehlermeldung:
/usr/bin/ld: cannot find -lethercat
collect2: error: ld returned 1 exit status
gmake: *** [../pcu_impctrl] Fehler 1
Die Etherlab-Bibliothek liegt nicht im Library-Linker-Suchpfad:
ld -lethercat --verbose
Finde den Ort der Bibliothek heraus:
find /usr/local/share/etherlab -name libethercat.*
Lösung: Etherlab-Bibliothek in Ordner verlinken, der im Suchpfad ist.
Variante 1: Symbolische Verknüpfung nach /usr/local/lib/:
sudo ln -s /usr/local/share/etherlab/lib/libethercat.so /usr/local/lib/libethercat.so
Variante 2: Mit find gefundenen Pfad (/usr/local/share/etherlab/lib) in Umgebungsvariable LD_LIBRARY_PATH eintragen:
sudo nano /etc/environment
LD_LIBRARY_PATH="/usr/local/share/etherlab/lib" ### als zusätzliche Zeile (falls nicht schon vorhanden)
Das scheint aber unter neueren Rechnerinstallationen nicht mehr zu funktionieren.
Hintergrund: Bei Installation des Etherlabmaster-codes kommt folgende Meldung:
Libraries have been installed in:
/usr/local/share/etherlab/lib
If you ever happen to want to link against installed libraries
in a given directory, LIBDIR, you must either use libtool, and
specify the full pathname of the library, or use the '-LLIBDIR'
flag during linking and do at least one of the following:
- add LIBDIR to the 'LD_LIBRARY_PATH' environment variable
during execution
- add LIBDIR to the 'LD_RUN_PATH' environment variable
during linking
- use the '-Wl,-rpath -Wl,LIBDIR' linker flag
- have your system administrator add LIBDIR to '/etc/ld.so.conf'
Die pdserv-Bibliothek ist nicht im Library-Linker-Suchpfad
ld -lpdserv --verbose
Finde den Ort der Bibliothek heraus:
find /usr/local/share/etherlab -name libpdserv.*
Behebung: Symbolische Verknüpfung nach /usr/local/lib/:
sudo ln -s /usr/local/share/etherlab/lib/libpdserv.so /usr/local/lib/libpdserv.so
Vollständige Meldung:
Meldung External mode MEX-file 'noextcomm' does not exist or is not on the MATLAB path. Note that the MEX-file name entered should not have a file extension.
Tritt wahrscheinlich nur bei der modifizierten IRT-Version des Targets auf. In der mdl-Datei muss händisch ext_comm anstatt noextcomm eingetragen werden. Das ist ein Problem mit der Maske beim Wechseln der Option. Zusätzlich kann es sein, dass das Target etherlab.tlc neu ausgewählt werden muss und der Haken bei External Mode entfernt und wieder neu gesetzt werden muss.
Beim Starten des Simulinkmodells wird die Konsole mit der Fehlermeldung Loop 12583. OVERRUN (1). Threadtime 8186.977043462 s, endtime 8186.976644763 s, diff -1774056 ns vollgeschrieben.
Überprüfen kann man dies mit dem Befehl
timeout 0.001 ./<model_name>
der die Ausgabe nach 0.001 Sekunden abbricht, damit man noch die Ausgabe lesen kann. Wenn z.B.
Sample-Time: 0.000400
ausgegeben wird, ist die o.g. Ursache wahrscheinlich nicht das Problem, sondern es werden zu viele Rechenoperationen in zu geringer Zeit gefordert.
Wenn
Sample-Time: 0.0000000
ausgegeben wird, ist der o.g. Fall eingetreten und das Problem liegt wahrscheinlich an einem Block mit kontinuierlicher Abtastzeit, welcher diese geringe Abtastzeit erzwingt. Simulink berechnet in diesem Fall mit der kleinstmöglichen Abtastzeit, erreicht folglich die geforderte Abtastzeit nicht und gibt den o.g. Fehler aus.
Die Lösung des Problems besteht darin, alle Module des Modells schrittweise auszukommentieren und zu überprüfen, ob der o.g. behoben wurde.
Weitere Anmerkungen:
- bekannte Blöcke, mit denen dies passiert sind der Block 'Ramp', sowie der Block 'clock'. Es reicht nicht aus, eine rate transition zu verwenden. Diese Blöcken müssen ersetzt werden.
- Auch zeitkontinuierliche Blöcke wie der PID-Regler von Matlab oder der Differenzierer sind mögliche Ursachen. Es dürfen nur zeitdiskrete Blöcke benutzt werden
- Einige Etherlab-Slave-Blocke aus der Etherlab-Bibliothek sind standardmäßig auf Schrittweite 0 eingestellt.
- der Block 'clock' kann durch 'Digital Clock' ersetzt werden.
- Unter Matlab R2015a wurden diese Probleme nicht beobachtet, jedoch führte der gleiche Code in R2017b zu dem o.g. Fehler.
- Dieser Fehler kann selbst auftreten, wenn die o.g. Blöcke auskommentiert sind.
- Zur Diagnose sollte in Simulink Display -> Sample Time -> All benutzt werden
Fehlermeldung beim Start des Modells:
mlockall() failed: Cannot allocate memory
Wird in hrt_main.c aufgeworfen. Ursache: Der Speicherbereich kann nicht reserviert werden. Siehe: https://linux.die.net/man/2/mlockall, http://sanketpadawe.blogspot.de/2012/06/prevent-page-locking-when-using.html.
Eintragen eines größeren Grenzwertes mit den folgenden Zeilen. (Zahlen erhöhen, so wie realistisch):
$sudo nano /etc/security/limits.conf
@realtime soft memlock 102400
@realtime hard memlock 102400
Statt der Gruppe @realtime kann auch eine höhere Grenze für den Benutzer eingetragen werden.
Prüfen der Limits
$ ulimit -l
In der Ausgabe des Modell-Kompilats kommt folgende Fehlermeldung:
Error in UploadLogInfoInit(). Most likely a memory allocation error or an attempt to re-initialize the signal selection during the data logging process (i.e., multiple EXT_SELECT_SIGNAL packets were received before the logging session terminated or an EXT_CANCEL_LOGGING packet was received)
Das Verbinden im External Mode funktioniert, in der Fußzeile in Simulink läuft die Zeit des Simulationsmodells. Beim Öffnen eines Scope-Blocks bleibt dieses aber leer und bei T=0 stehen.
Mögliche Ursache: Es werden zu viele Datenpakete in einem zu übertragendem External-Mode-Paket gespeichert. So viel Speicher kann nicht zugewiesen werden. Der Wert unter "Signal & Triggering" muss kleiner gewählt werden. Die Beschreibung des Wertes lautet: "Number of samples to collect in one buffer".
Betrifft nur Original-Etherlab mit PDServ.
Fehlermeldung nach Starten der Simulink-Programmdatei auf dem Echtzeitrechner:
./ETCio100_example_2018b: error while loading shared libraries: libpdserv.so.3919610c9f6a: cannot open shared object file: No such file or directory....
Mögliche Ursache: PDServ wurde auf Entwicklungsrechner und Echtzeitrechner mit anderen Programmbibliotheken erzeugt (z.B: libgnutls.so 3.4.10 vs 3.5.18).
Mögliche Abhilfe: Gleiche Debian/Ubuntu-Version auf beiden Rechnern nutzen.
Die Datenspeicherung muss für jedes Scope aktiviert werden. Siehe Einstellung des Simulink-Modells.
- Bachelorarbeit von Lucas Jürgens. Durchgeführt 2017 am Institut für Regelungstechnik, Leibniz Universität Hannover. Betreuer: Moritz Schappler. Titel der Arbeit: "Implementation and Evaluation of a Prosthesis Control Unit on a mobile ARM-based Computing Platform". Enthält u.a. die Beschreibung des External-Mode-Patches der IRT-Version von EtherLab
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