MBD的Simulink使用技巧：Simulink代碼生成的基本概念（1）

2 Simulink代碼生成的基本概念

2.1 代碼生成工具

MATLAB/Simulink中一共提供三個(gè)代碼生成的工具：

• MATLAB Coder
• Simulink Coder
• Embedded Coder

從名字能看出來，MATLAB Coder用于m腳本生成C/C++代碼；而Simulink Coder用于模型、Stateflow等生成C/C++代碼；而 Embedded Coder是上述兩者的集成，同時(shí)擴(kuò)展了在嵌入式開發(fā)中必不可少的特性 。

也正是Embedded Coder提供了針對(duì)MATLAB Coder和Simulink Coder的配置選項(xiàng)和代碼優(yōu)化選項(xiàng)，從而 精細(xì)控制生成代碼的函數(shù)、數(shù)據(jù)和接口 。這可以提高代碼的執(zhí)行效率和可讀性，利于代碼的集成。

所以文章介紹的以Embedded Coder為主。

關(guān)于這三個(gè)代碼生成工具的更多介紹，可以查看資源庫中的“臨時(shí)資源分享”文件夾下的 tA21 。資源庫的獲取可以在《autoMBD原創(chuàng)技術(shù)文章合集》中找到。

2.2 Simulink生成應(yīng)用代碼

MathWorks官方一直強(qiáng)調(diào)，使用 Simulink生成應(yīng)用代碼（Application Code） ，而不是其他代碼（雖然利用硬件支持包可以生成底層驅(qū)動(dòng)等代碼）。

何為應(yīng)用代碼？簡(jiǎn)單的可以認(rèn)為應(yīng)用代碼是執(zhí)行算法的程序，可以參考開源項(xiàng)目AMBD-MC中的FOC核心算法模型：

FOC核心算法模型 - From autoMBD

在MBD代碼生成中，它應(yīng)該部分或全部具有以下接口：

• 一個(gè)被主程序調(diào)用的接口（必須）；
• 與其他模塊交換數(shù)據(jù)的接口；
• 與底層I/O驅(qū)動(dòng)交換數(shù)據(jù)的接口；
• 數(shù)據(jù)的記錄接口（即log，用于調(diào)試）；
• 軟件庫調(diào)用接口。

上圖中的FOC核心算法模型中，包含了上述的前三種接口。這些接口用于代碼集成時(shí)的函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)交換、代碼調(diào)試等（代碼集成的過程可以參考《文章合集》第十七篇）。

2.3 有接口的模型如何仿真

如上圖FOC核心算法模型所示，該模型有很多Input和Output接口，這些接口表明對(duì)該模型仿真需要接收外部數(shù)據(jù)，同時(shí)需要將運(yùn)算結(jié)果輸出到外部。

這種模型的仿真有兩種方式：

• 模型引用（Model Reference）
• 數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出（Data Import/Export）

模型引用 ，即使用Simulink模型庫中的Model或Subsystem Reference模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，這意味著需要額外的一個(gè)上層模型（Top Model）來提供輸入數(shù)據(jù)和接受輸出數(shù)據(jù)。 善用模型引用可以提高模型算法開發(fā)的獨(dú)立性、重用性 ，在《文章合集》第十六篇中，實(shí)現(xiàn)PIL測(cè)試就是使用的這個(gè)方法。

這兩個(gè)模塊位于下圖所示的位置：

模型引用模塊 - From autoMBD

特別注意，Model和Subsystem Refence模塊都能實(shí)現(xiàn)模型引用，但它們是有區(qū)別的：

• Subsystem Refence引用的是子系統(tǒng)模型，而Model引用的是普通模型；
• Model模塊可以用于PIL和SIL測(cè)試，而Subsystem Refence不行；
• 它們?cè)谏纱a的處理方式有區(qū)別，Subsystem Refence在生成代碼時(shí)，與模型中的子系統(tǒng)沒有區(qū)別，但Model不能當(dāng)作模型中的子系統(tǒng)，它是一個(gè)獨(dú)立的模型。

而使用數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出的方式不需要新建Top模型，但需要準(zhǔn)備 具有時(shí)間序列格式的輸入數(shù)據(jù) ，將其導(dǎo)入到MATLAB工作區(qū)中；而輸出數(shù)據(jù)會(huì)直接生成在MATLAB工作區(qū)中。

時(shí)間序列數(shù)據(jù)如下圖所示：

時(shí)間序列數(shù)據(jù) - From autoMBD

創(chuàng)建時(shí)間序列數(shù)據(jù)可以使用如下語句：

ts = timeseries(rand(5,1));

將模型與MATLAB工作區(qū)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)連接在一起的方法如下圖所示。在Input框中輸入變量名即可連接輸入；圖中下面的選項(xiàng)可以配置Output輸出數(shù)據(jù)的格式，仿真完成后輸出數(shù)據(jù)會(huì)保存在MATLAB工作區(qū)。

Data Import/Export - From autoMBD

2.4 模型生成代碼的基本要求

一個(gè)模型要能生成嵌入式代碼，至少需要滿足以下兩個(gè)要求：

• Simulink求解器設(shè)置為定步長(zhǎng)；
• 選擇代碼生成的系統(tǒng)目標(biāo)文件ert.tlc。

設(shè)置模型求解器的步長(zhǎng)的方法如下圖所示。求解器的其他配置可以保持默認(rèn)，也可以根據(jù)實(shí)際需求修改。

設(shè)置求解器定步長(zhǎng) - From autoMBD

系統(tǒng)目標(biāo)文件ert.tlc描述了模型如何生成代碼完整方法和流程，由MathWorks開發(fā)，可以在MATLAB的安裝目錄中找到該文件。

但該文件只是模型生成代碼的一部分，它的背后隱藏了大量關(guān)于模型生成代碼的細(xì)節(jié)。完整的ert.tlc文件用戶是不可見的。

選擇代碼生成的系統(tǒng)目標(biāo)文件ert.tlc的方法如下圖所示。

設(shè)置代碼生成目標(biāo)文件**ert.tlc - From autoMBD

點(diǎn)擊“Browse”可以看到很多不同類型的系統(tǒng)目標(biāo)文件（如下圖所示），這些目標(biāo)文件適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)應(yīng)嵌入式開發(fā)，選擇ert.tlc即可（ert的全稱為Embedded Real Time）。

不同類型的系統(tǒng)目標(biāo)文件 - From autoMBD

滿足定步長(zhǎng)和系統(tǒng)目標(biāo)文件的條件，模型就能生成嵌入式代碼了。