Kommunikation Hokuyo LiDAR

Autor: Isaac Mpidi Bita (Diskussion)

Meilenstein 1:

1. Diagnoseschnittstelle
   1. Recherche der Toolkette des Vorgangssemester
   2. Treiber Installation
   3. Hokuyo LiDAR via USB an PC (C-Quellcode, Visual Studio)
   4. Objektdatenverarbeitung analysieren und dokumentieren
   5. Überprüfung der vorliegende Dokumentation (ggf. Überarbeiten, aktualisieren)
   6. Diagnoseschnittstelle LiDAR in Control Desk (Objektliste, XY-Plotter)
2. Rapid Control Prototyping
   1. Einweisung über den Einsatz der dSPACE Karte an das Team
   2. Einsatz der dSPACE Karte durchführen, nicht lauffähige Projekt debuggen und lauffähig machen

Meilenstein 2:

1. Diagnoseschnittstelle
   1. Aktualisierung des Schnittstellendokumentes
2. Rapid Control Prototyping
   1. Überprüfung bidirektionale Verbindung PC via RS232 zu DS1104
   2. Dokumentation als Signalflussplan
   3. Wiki Artikel zur bidirekionalen Verbindung

Einleitung

Im Rahmen des SDE-Praktikums sollen die Studierenden an das Carolo-Cup-Projekt weiterarbeiten. Dies hat für Ziel, das Erlangen praktischer Erfahrung bei eingenstädigen Entwicklung eines mechatronischen System und das Erlangen von Kompetenzen in der Projektplannung innerhalb eines Teams.

Dieser Artikel befasst mit zwei Themen: die Diagnoseschnittstelle und der Einsatz der dSPACE-Karte DS1104. Im Diagnoseschnittstelle wird hauptsächlich die Kommunikation LiDAR-PC via USB zu erstellen. Für den Einsatz der dSPACE-Karte ist das Ziel ein kompilierbares und lauffähiges Simulink-Online-Modell spätestens am Ende des Semester zu haben.

Dieser Artikel wird von Isaac Mpidi Bita bearbeitet.

Kommunikationsarchitektur

Hardwarearchitektur für die Kommunikation

Benötig werden vier Hauptbauteile:

• die dSPACE Karte
• die VRmDC-12 Kamera
• der Hokuyo URG-04LX-UG Laserscanner
• und den PC (Pineview D525 NM10 mini-ITX Motherboard)

Die Verbindung zwischen den Bauteilen werden gemäß Schnittstelle Dokumentation und sieht folgendenmaßen aus:

Die Kamera und der Laserscanner werden am PC verbunden. Die Kamera via Ethernet und der Laserscanner via USB. Die Beide Bausteine werden mit Hilfe C/C++-Quellcode angesprochen. Die Projekt-Solution holt die Information beiden Sensoren und verarbeitet diese. Die verarbeiteten Daten werden an der dSPACE-Karte über RS232-Schnittstelle übermittelt.

Softwarearchitektur für die Kommunikation

Der C/C++-Quellcode für den LiDAR und die Kamera befindet sich im SVN-Ordner OSE Fusion Software Final. Da die Kommmunikation sich mit der Datenfusion LiDAR-Kamera beschäftigt, ist es wichtig in welche Datei des Projekt die notwendige Informationen bekommen können. Die Software wirkt auf dem ersten Blick unübersichtlich. Die für die Kommunikation relevente Datein wurde in folgenden Diagramm abgebildet.

RS232-Headerdatein

• 
• 

Inbetriebnahme des Hokuyo LiDAR via USB

Treiber Installation und Softwareinstallation

Um das Hokuyo LiDAR in der Laborrechner verwenden zu können. Benötigt man einen entsprechenden Treiber. Dies finden Sie im Ordner .../trunk/Tools/Lidar_Treiber Um den Treiber zu installieren brauchen Sie ADMIN-Rechte. Als Ansprechpartner können Sie sich an der Prof. Dr. Schneider oder an Ilja Raza wenden.

Die Installationsvorgang läuft wie folgt:

• Installation des Hokuyo-LiDAR-Software
• 
• 
• 
• 
• 

Inbetriebnahme

Software

Auf dem rechten Bild sind alle Funktionen, Strukturen und Variablen des LiDAR-Objektes.

Ausgabe

• Startet man die Application, bekommt man folgenden Fenster. Links das Kamerabild in schwarz-weiß und rechts die Objektbildung des LiDARs.

• Zu betrachten ist das die Software ohne angeschloßene Kamera nicht kompilierbar ist.

Debugging der Online Simulation

Das Debugging und die Kompilierbarkeit des Online-Modells war einer der Hauptziele für den Sommersemmer 2019. In dieser Abschnitt werden wichtige Erkenntnisse dieser Aufgabe dokumentiert. Alle Fehler könnten nicht in diesem Artikel zusammengefasst werden. Deshalb muss demnächst beim Auftauchen einer Fehlermeldung bzw. eines Warnings eine ausführlische Fehlerbehebung dokumentiert.

Debug des Modells

In dieser Aufgabe wird systematisch das komplette Modell debuggt. Wichtig ist es erstmal alle Fehlerursachen zu finden und zu versuche diese zu beseitigen. Da das erste Ziel einer kompilierfähiges Online Modell ist, werden vorerst die Richtigkeit und Plausibilität der Werte bzw. Datenfluss nicht berücksichtigt. Im Wintersemester 2019-2020 wird sich jedes Team um die Datenrichtigkeit deren Blöcke gewährleisten.

Damit das ganze System kompilierfähig ist muss nicht jeder Block kompilierbar sein. Weil es Signale, Variablen und Funktionen genutzt werden, die von anderen Blocks abhängen.

Das Online-Modell beinhaltet folgenden Blöcke:

• Sensoren (SEN)
• Aktoren (AKT)
• Sensorsignalaufbereitung (SAB)
• Objekt- und Spurerkennung (OSE)
• Bahn und Spurführung (BSF)
• Autonomes Einparken (AEP)
• Fahrtmodus (FAMO)
• Zähler und Zeitstrahl
• SEN - Geschwindigkeit

Situation am Anfang des Sommersemester 2019

Am Anfang des SoSe 2019 ist das Online-Modell nicht mehr kompilierbar. Die mögliche Ursache dafür ist zum Beispiel die weiterentwicklung des Modells mit höheren MATLAB Revisionen oder das nicht ordentlichen Mergen des Daten in SVN. Weiteren Hintergründe sind die Nicht-Betrachtung der Warnings beim Erstellen der Bibliotheken oder den falschen Auswahl der Solver beim Implementieren. All diesen nachlässigen Fehlern haben dazu geführt, dass das Modell im Laufen der Jahren nicht mehr Kompilierfähig war.

Kenntnis

• Der SEN-, AKT- und der AEP-Block können nicht gebuildet werden
• Das OSE-, BSF- und FAMO-Block können nur gebuildet werden, wenn die nicht verlinkt waren.
• Kompilierbar sind die Blöcke: SAB, Zaehler und Zeitstahl und SEN-Geschwindigkeit.

Vorgehensweise

1. Suche eines frühere kompilierbare Online-Modell und dies auf aktuellsten Stand zu bringen
2. Suche eines frühere nicht kompilierbare Online Modell mit wenigen Fehler, und ab dem Punkt debuggen
3. Aktuelles Modell blockweise debuggen

Error

In dieser Abschnitt werden die gesammlten Fehlermeldungen und die vorgehensweise des Debugging erläutert.

Error Line 110: Library Failed to Build

Bedeutung

Der Fehler ist zur Stande gekommen, weil die Bibliotheken Stateflow-Diagramm enthalten. Außerdem wurde das Modell und die Bibliothek in Verschieden Umgebungen bzw. MATLAB-Versionen implementiert.

Behebung

Um diesen Fehler zu beheben soll einige Anpassung im Stateflow Configuration File angevracht werden.

1. Geben Sie in den MATLAB Kommando matlabroot ein. Damit öffnet sich der Speicherort von MATLAB.
2. Gehen Sie in Toolbox
3. Gehen Sie in Stateflow
4. Gehen Sie erneut in Stateflow
5. Gehen in private
6. Öffen Sie die Datei infomatman.m
7. Nehmen Sie folgenden Änderungen durch

Links ist das Dokument unverändert und Rechts ist die Veränerung, die vorgenommen werden

Änderung 1

• kommentieren Sie die Zeile 189 aus.
• kopieren Sie die eben kommentierte Zeile darunten und bennen SIe den Parameter "machineID" nach "mainMachineID" um.

Änderung 2

• Benennen Sie die Variable "NewInstanceInfo" nach "infoStruct.chartInfo(i).instanceInfo" um.
• Löschen Sie die darunter stehenden if-Bedingung und Variablenzuweisung.

Änderung 3

• Löschen Sie die Funktion "mergeNewInstanceInfoWithOld"

Error RTI Build Error

  Starting build procedure with RTI 7.0 (RTI1104, 02-May-2013)
  Model: "AKT"
  ----------------------------------------------------------------------
  *** Using configuration set : "ModelReferencing"
  *** Working directory       : "D:\SVN\SDE_Praktikum\MTR_SDE_Praktikum\Software\CaroloCupFahrzeug"
  *** Initializing code generation
  ### Starting Simulink Coder build procedure for model: AKT
  ------------------------------------------------------------
  RTI Build Error
  Configuration Parameters dialog:
  Specification of the Fixed-step size with 'auto' is not supported in this version of RTI.
  TIP: For this option you can set a default value that applies to new models.
  To do so, open the Model Explorer and edit the Configuration Preferences of
  the Simulink Root model.
  ------------------------------------------------------------
  *** Stopped RTI build procedure for model: AKT.
  ----------------------------------------------------------------------

Bedeutung

Der konkrete Buildfehler entsteht, weil die Schrittweite (Fixed-Step size) in Ihrem Modell nicht korrekt konfiguriert ist. MATLAB bietet hier eine Funktion "auto" - diese kann aber von Echtzeitsystemen wie der DS1104 nicht genutzt werden.

Behebung

• Simulink-Subsystem in einer neuen Simulink-Blank-Modell kopieren
• Jede einzelnen Block des Subsystem überprüfen
• Und Modell neu builden

Empfehlung

Hierfür empfehlt das dSPACE-Support einen fixen Wert mit einer Schrittweite von 1ms (= 0.001).

Nicht gebuildete S-Function

Bei Änderung bzw. Verlust der Dateien muss die S-Function immer neu gebuildet werden.

Behebung

• Doppelklick auf der gewünchten S-Function
• Klicken SIe auf Build
• Klicken Sie auf für die Überschreibung bzw. Overwriting
• Klicken SIe auf Close

Sie werden einen Status erhalten, ob die Bildung erfolgreich oder fehlhaft war.

• 

  Menu S-Function

• 

  Status der Funktionsbildung

Nicht definierte Variablen

   Error evaluating parameter 'Value' in 'CCF_online/BSF - Bahnplanung und Spurfuehrung/BSFVx - Bestimmung Sollgeschwindigkeit/BsfVx_VxHindernis_f64'

• 
• 
• 

Bedeutung

Die Funktion oder die genannte Variable wurde nicht definiert.

Behebung

Um den Fehlher zu beheben:

• Gehen Sie in der SVN-Ordner \Software\CaroloCupFahrzeug\parameter
• Wählen Sie die Parameterfile (*.m-File), wo die die Variable definiert wird,

 in diesem Fall "param_BSF.m"

• Initialisieren Sie die gewünchte Parameter

 in diesem Fall "BsfVx_VxHindernis_f64"

• 

  Fehlermeldung

• 

Achtung: Wenn diese Fehlermerdung häufig auftaucht, verifizieren Sie, ob die Verlinkung richtig gemacht wurde

Verbindungsfehler zu der dSPACE-Karte

  File I/O error on file 'rti1104.tlc'
  Operation that caused an error: open

Umgang

• Verifizieren Sie ob die dSPACE-Karte richtig angeschlossen ist.
• Stellen Sie sich sicher, dass die dSPACE-MTLAB-Toolbox installiert ist.
• Stellen Sie sicher, dass sie die richtige MATLAB-Version gestartet haben.

Warnings

Verlinkungswarnung

    Warning: bib_Sensoren_Aktoren_online.mdl, line 5405: 
             "bib_Sensoren_Aktoren_online/SEN - Sensoren - online/SenAbs - 
             Abstandssensorik/Infrarotsensor HR nach Hinten/MATLAB Function" 
             is a parameterized link
             To view, discard, or propagate the changes for this link, 
             use the "Library Link" menu item
   Link: bib_Sensoren_Aktoren_online/SEN - Sensoren - online/SenAbs - 
         Abstandssensorik/Infrarotsensor HR nach Hinten

   Warning: bib_Sensoren_Aktoren_online.mdl, line 5103: "bib_Sensoren_Aktoren_online/SEN 
            - Sensoren - online/SenAbs - Abstandssensorik/Infrarotsensor HR/MATLAB Function" 
            is a parameterized link. To view, discard, or propagate the changes for this
            link, use the "Library Link" menu item
   Link: bib_Sensoren_Aktoren_online/SEN - Sensoren - online/SenAbs - Abstandssensorik/Infrarotsensor HR

   Warning: bib_Sensoren_Aktoren_online.mdl, line 5707: "bib_Sensoren_Aktoren_online/SEN - 
            Sensoren - online/SenAbs - Abstandssensorik/Infrarotsensor VR/MATLAB Function" 
            is a parameterized link. To view, discard, or propagate 
            the changes for this link, use the "Library Link" menu item

Bedeutung

Diese Warnung taucht meistens vor dem Builden des Modell auf. Dies bedeutet, dass die Bibliothek im Modell nicht mehr mit dem Hyperlink überreinstimmen.

Umgang

• Rechtsklick auf das Block
• Wählen Sie „Library Link“
• Klicken Sie auf „Resolve Link“. Ein Dialog-Fernster wird sich öffnen
• Wählen SIe eine Aktion aus

Merke

• Wählen Sie Push, wenn Sie wollen, dass die Änderungen in die Bibliothek übernommen werden.
• Wählen SIe Restore, wenn Sie wollen, dass der Zustand aus der Bibliothek in das Model übernommen wird.

Warnings beim Start des Online Modell

     Warning: CCF_online.mdl, line 1229: "CCF_online/AKT - Aktoren - online" is a parameterized link. To view, discard, 
              or propagate the changes for this link, use the "Library Link" menu item 
          In general\private\openmdl at 13
          In open at 159
          In start at 257 

    Warning: CCF_online.mdl, line 2312: "CCF_online/SEN - Sensoren - online" is a parameterized link. 
             To view, discard, or propagate the changes for this link, use the "Library Link" menu item 
          In general\private\openmdl at 13
          In open at 159
          In start at 257

Bedeutung

Die Warnings tauchen auf, weil Änderungen in das Modell vorgenommen würden und gepeichert worden sind. Beim nächsten Start weißt MATLAB dem Programmierer darauf hin.

Umgang

• Rechtsklick auf das Block
• Wählen Sie „Library Link“
• Klicken Sie auf „Resolve Link“. Ein Dialog-Fernster wird sich öffnen
• Wählen SIe eine Aktion aus

Merke

• Wählen Sie Push, wenn Sie wollen, dass die Änderungen in die Bibliothek übernommen werden.
• Wählen SIe Restore, wenn Sie wollen, dass der Zustand aus der Bibliothek in das Model übernommen wird.

Warnung während des Builden des Modells

      Warning: Remapping selected signal 'AEP.Famo_Modi_Schalter_Lw_int' to 'FAMO.Famo_Modi_Schalter_Lw_int' 
               in 'CCF_online/FAMO - Fahrtmodus/Bus Selector' to match the bus hierarchy. Please save your 
               model to make this change permanent 

Umgang

• Speichern Sie ihre Modell und builden Sie neu.

Debug des SEN - Online - Block

In diesem Abschnitt wird den Vorgang der Blockweise Debugging erläutert.

• Öffnen und starten Sie die Datei Start.m

• Builden Sie das Gesamt Modell

Taucht einen Fehler auf, muss dieser erst lokalisiert werden. Meistens wird der SIMULINK-Diagnostic Viewer eindeutig schreiben in welcher Block der Fehler liegt. Allerdings gibt es fälle, wo dies nicht angezeigt wird, deshalb sollte man dies Stück für Stück bzw. Block per Block suchen.

In dieser Abschnitt wird den Fehler das auto-FixedStep-Problem behandelt.

• Isolieren Sie den Sensorblock.
  • Erstellen Sie einen neuen SIMULINK-Modell und kopieren Sie die Bibliothek rüber.
  • Verbinden Sie den Ausgang zu einen Terminator
  • Lösen Sie die Verbindung zu Parent auf.

• Builden Sie das Modell (Strg + B bzw. Ctrl + B)
  • Die Fehlermeldung lautet:

• Gehen Sie eine Ebene runter (siehe Bild links)
• Builden Sie jedes einzelne Block
  • Rechtsklick auf den Block
  • Gehen Sie auf C/C++
  • Klicken Sie auf Build This Subsystem

Machen Sie es für jeden Block, bis Sie den problematischen Block gefunden haben.

• 

  Untere Ebene des SEN-Blocks

• 

  Ergebnis nach einen Subsystem-Build

• 

  SenFernb - Fernbedienung - Block

• Debuggen Sie nun den Block

Weitere Fehlermeldungen beim Debuging

Befindet man sich in der unterste Ebene, kann man mit dem Debuging anfangen. Beim Debugging kann es sein, dass noch mehreren Fehlern auftauchen. Diese sollten auch systematisch und sinnvoll behandelt werden.

• Debuggen Sie und Builden Sie erneut bis das Gesamt Modell kompilierbar ist.

-----------------------------------------------------------------------------------------
LOADING APPLICATION "SEN_Block_Debug.sdf" ... 
[#1] ds1104 - RTLIB:	Application UUID: 29B9764D-CCF7-464C-B55C-E5980AD3F73B (0) 
[#2] ds1104 - RTI:	Initializing ... (720) 
[#3] ds1104 - RTLIB:	dSPACE slave-DSP firmware rev. 3.5 detected. (500) 
[#4] ds1104 - RTI:	Initialization completed (721) 
[#5] ds1104 - RTI:	Simulation state: RUN (700) 
LOADING FINISHED 

MAKE PROCESS SUCCEEDED 
 
### Successful completion of Simulink Coder build procedure for model: SEN_Block_Debug
*** Finished RTI build procedure for model SEN_Block_Debug 
----------------------------------------------------------------------
>>

• Speichern Sie und verlinken Sie die Bibliothek erneut gemäß [Abschnitt 3.5.2]

Situation am Ende des Sommersemester 2019

Am Ende des SoSe 2019 ist das Online-Modell kompilierbar und wurde bereits im SVN hochgeladen.

Erkenntnis

• Das Gesamtmodell ist kompilierbar
• Der SEN-, FAMO- und der AKT-Block enthalten noch Warnings beim bilden des Gesamtmodells
• Der FAMO ist allein fehlerfrei kompilierbar. Das Warning taucht nur beim builden des Gesamtmodells auf
• Die restlichen Blöcke sing fehlerfrei und enthalten keine Warnings
• Das OSE-, BSF- und FAMO-Block können nun gebuildet werden, wenn die nicht verlinkt waren.
• Die Fehler wurden bereits lokalisiert

• 

  Untere Ebene des SEN-Blocks

• 

  Untere Ebene des AKT-Blocks

• Ein bereits debuggtes SEN-Block liegt in der Software Bibliothek des CaroloCup Fahrzeugs. Allerding gibt es probleme bei der Rückfürung mit der Parent.

Ergebnis - Rapid Control Prototyping

• MATLAB Ausgabe

BUILDING APPLICATION "CCF_online" (Single Timer Task Mode) 

WORK  DIRECTORY "D:\SVN\SDE_Praktikum\CaroloCupFahrzeugVersionen\CaroloCupFahrzeug - Debug Version\CaroloCupFahrzeug" 
BUILD DIRECTORY "D:\SVN\SDE_Praktikum\CaroloCupFahrzeugVersionen\CaroloCupFahrzeug - Debug Version\CaroloCupFahrzeug\CCF_online_rti1104" 
TARGET COMPILER "C:\Program Files\dSPACE RCPHIL 2013-A\Compiler\PPCTools37"  

COMPILING  "CCF_online.c"  
(W) C0223-D; "CCF_online.c", line 539 pos 19; function "dsser_transmit_fifo_level" declared implicitly 
     txFifoLevel = dsser_transmit_fifo_level(rtiDS1104SER_B1_Ser[0]); 
                   ^ 

1 Warning 
COMPILING  "CCF_online_data.c"  
COMPILING  "CCF_online_trc_ptr.c"  
COMPILING  "rtGetInf.c"  
COMPILING  "rtGetNaN.c"  
COMPILING  "rt_nonfinite.c"  
COMPILING  "C:\Program Files\dSPACE RCPHIL 2013-A\MATLAB\RTI\RTI\C\rti_sim_engine.c"  

LINKING APPLICATION ... 
LINKING FINISHED 

LOADING APPLICATION "CCF_online.sdf" ... 
[#1] ds1104 - RTLIB:	Application UUID: 796282A5-B263-4E11-B935-95FB6280AB84 (0) 
[#2] ds1104 - RTI:	Initializing ... (720) 
[#3] ds1104 - RTLIB:	dSPACE slave-DSP firmware rev. 3.5 detected. (500) 
[#4] ds1104 - RTI:	Initialization completed (721) 
[#5] ds1104 - RTI:	Simulation state: RUN (700) 
LOADING FINISHED 

MAKE PROCESS SUCCEEDED 

### Successful completion of Simulink Coder build procedure for model: CCF_online
*** Finished RTI build procedure for model CCF_online 
----------------------------------------------------------------------
>>

• Screenshot des Ergebnis

Anweisung für das ONLINE-Modell

1. Nutzen sie bitte MATLAB 2013a
2. Achten Sie bitte auf der Solver des Blocks --> Fixed Step nicht auf auto
3. Lesen Sie die Wiki-Artikeln durch
   • Starten der Online-Simulation
   • Updates von Bibliotheken
   • Ändern Bibliotheken
   • Signal Hinzufügen
   • Softwareverwaltung mit SVN
4. Notieren Sie Fehlermeldungen und Warnings
5. Warnings sind sofort zu beseitigen beim Erstellen einer neuen Bibliothek!

Zusammenfassung und Ausblick

Aktuell lässt sich das Gesamt-Online-Modell kompilieren. Das Modell wurde in Labor PC und im Carolo Cup Fahrzeug getestet. Das Kompilieren war in beide Fälle erfolgreich.

Nichtsdestotrotz tauschen einige Warnings auf, die dazu führen dass einigen Blöcke rot markiert bleiben. Die Warnings-Ursachen sind schon bekannt. Für den Wintersemester 2019-2020 wird versucht die zu beseitigen.

Außerdem können der Datenfluss und die übergegebene Werte nicht korrekt sein. Da das Ziel war erst ein kompilierfähiges Modell bis Ende des Sommersemmester 2019 zu haben. Als nächstes wird das Gesamtteam sich um die Datensicherung kümmern, um ein korrektes und lauffähiges System zu bekommen.

Author: Isaac Mpidi Bita

Getting started

• Quelltext von Schauerte/Maier