1、從Matlab Simulink生成易讀可重用代碼by: 吳少風MATLAB提供從MATLAB代碼或simulink模型生成C/C+代碼的功能。從MATLAB 2011b版開始，MATLAB將代碼生成Coder作為單獨模塊發布。MATLAB每年更新兩次，經過不斷完善，新版本的Coder功能更強大。用MATLAB生成C/C+代碼具有MATLAB Coder、Simulink Coder、Embedded Coder三個功能模塊，MATLAB Coder從MATLAB 代碼生成代碼，Simulink Coder從Simulink模型生成代碼，Embedded Coder結合MATLAB Coder

2、和Simulink Coder，生成嵌入式代碼。利用代碼生成功能，可以快速從模型生成可靠的代碼，應用越來越廣泛。要生成易于閱讀、重用性好的代碼，必須進行詳細設置。文中內容以易讀、可重用為目標，建立嵌入式代碼生成的演示模型，了解Simulink代碼生成相關工具，介紹詳細設置步驟，最終生成容易閱讀、可重用代碼，供單處理器單任務實時嵌入式系統應用。文中的方法為嚴格控制生成代碼的個人總結。以文檔呈現，方便自己今后查看，也希望能為其他人提供一些方便。1. 簡單示例本部分搭建一個簡單的PI控制器模型，示范模型建立、設置、生成代碼的詳細步驟。1) 新建嵌入式代碼生成模型，MATLAB->simulin

3、k，New / Embedded Coder / Code Generation System。不選擇一般simulink模板，可減少模型配置參數的設置。2) 搭建如Error! Reference source not found.所示簡易模型，保存文檔，設置文件名。圖 1. 一個簡單示例模型3) 點擊工具欄圖標 ，設置模型配置參數，應用并保存。對嵌入式應用，固定步長，離散，可調參數，ERT目標，C語言，設置基本固定，未設置的地方保持默認。è solver options: type - Fixed step. solver - Discrete. è optimizat

4、ion->signals and parameters: l Default parameter behavior - tunable. l Pass reusable subsystem outputs as -輸出較多選用structure reference.è hardware implementation: 按實際設hardware board, device, device details.è code generation: l System target file - ert.tlc, Language - C, generate code only.

5、 code generation objectives.Ø comments: include comments, 默認全選，可按需要選擇。Ø symbols: 命名規則設置，按各自代碼規范設置。Ø interface: 設置整個模型生成代碼的接口。² code interface package，可選擇可重用，Pass root level I/O as，模型輸入輸出參數一般較多，一般選擇結構體，structure reference，模型數據、輸入、輸出通過各自獨立結構體傳入參數；part of model data structure，一個結構體傳

6、入參數。也可選擇不可重用。² configure model functions，點擊進入，設置模型具體的C原型。get default configuration，可修改模型默認initialize/step函數名，及參數，各輸入輸出單獨作為函數參數，這與結構體傳參是矛盾的，不能同時設置。Ø code style: 設置代碼風格。² Parentheses括號， - Nominal(readability)，按可讀性優化。² Casting mode 強制轉換方式，Nominal. ² Code indentation 代碼縮進， size

7、- 4.Ø Code placement: 代碼放置，可設置變量定義或聲明在單獨文件還是和源代碼放一起，頭文件包含是< head.h >還是" head.h "。Ø Data type replacement: 數據類型替換。4) 設置模型中每一個基本模塊的屬性。包括名稱、值、數據類型、采樣時間等。子模塊或者引用模型等這類自定義模塊，除了內部基本模塊的屬性外，還要設置各自的模塊屬性。模塊中參數等值，必須按照設計配置；如果想使用可調參數，則將參數設置為變量，再設置變量值。生成代碼模型中的模塊名設置，最好遵循目標語言的命名規則，因為生成代碼中的一

8、些名稱可以從模塊名繼承。嵌入式應用大多無浮點單元，定點數據的設置在模塊屬性的代碼生成欄。將圖 1中各模塊可按如下方式設置：l inport，點擊模塊下方名稱，設置模塊名，將其設置為In；雙擊模塊進入模塊屬性設置，main欄設置編號，編號會體現在子系統或引用模型上；signal attributes設置數據類型為定點數，16b字長10b小數部分fixdt(1,16,10)。其它模塊設置方法類似。l view->model data，彈出model data窗口。simulink提供的model data窗口，用于顯示當前層級下的所有輸入輸出、信號、狀態、參數，并將對應屬性羅列成表格，而且表

9、格可編輯部分屬性。l Kp增益模塊，雙擊模塊，輸出數據類型設置為同輸入，參數數據類型設置為從Gain繼承，Gain設置為Kp。l 在model data窗口，參數欄，Kp模塊，值變為Kp，其后出現create.鏈接字樣。點擊彈出create new data窗口，值選擇Simulink.Parameter，位置選擇Base Workspace，創建，彈出Simulink.Parameter: Kp屬性窗口，設置值為10，數據類型為定點數fixdt(1,16,10)，存儲類型選擇ExportedGlobal，確定。l Ki增益模塊，使用設置Kp的方法將simulink參數屬性值設為1。l Fil

10、e->Model properties，彈出模型屬性窗口，選擇數據欄，將數據定義到數據字典，選擇或新建一個數據字典文件，應用。建立在基本工作區的數據遷移到數據字典保存。后面該模型新建參數等數據，基本工作區的位置將被數據字典代替。保存在基本工作區的數據，關閉MATLAB不會自動保存，因此一些模型也采用腳本配置。位置也可選擇模型工作區，但保存到模型工作區的參數，有效的存儲類型會受到限制。l unit delay單位延時，初始條件設為0，狀態名稱按實際意義設置。l Outport，數據類型可選自動。信號名稱，可到model data窗口統一設置，該窗口中選中信號，模型區會用顏色標記對應標記。沒

11、有設置名稱的信號，按照內部規則生成代碼。模型相關設置，simulink還提供model explorer圖形界面統一管理。點擊圖標可打開。5) 設置完成后，啟用Advisor檢查模型設置。選擇檢查項目，運行檢查，修改不符合的項目。analysis -> model advisor，針對模型，可選項目包括MISRA、ISO26262等。選中by task，右側點擊run selected checks。analysis -> data type design -> fixed point tool，進入設置后，左側選擇項目，右側運行檢查。code -> C/C+ code

12、 -> code generation advisor，針對生成代碼，可選項目有空間效率、執行效率、可追蹤性、安全預警、MISRA C: 2012 guidelines等。檢查項目可能會彈出一些警告，是之前手動設置的，這時選擇忽略。比如內聯參數有效率，但想要用可調參數，就只能忽略檢查時的警告。6) 點擊圖標，編譯模型生成代碼。完成后可查看報告。算法代碼如下：數據定義如下：2. Simulink生成代碼相關工具在“1簡單示例”一節，介紹了代碼生成的詳細過程。其中一些常用的工具及菜單，現羅列于表 1中。表 1. 常用工具及菜單圖標名稱最方便的位置功能Library Browser工具欄圖標基

13、本模塊庫，搭建模型的基本元素所在庫。Model Configuration Parameters工具欄圖標模型配置參數，模型仿真、生成代碼所依賴的全局規則。Mode Data菜單View- -Mode Data列表顯示當前層級模型的信號、參數、狀態等，可以在此處集中編輯。Model Explorer工具欄圖標樹狀結構的模型管理器，包括數據、配置、子模塊等。從樹狀結構可以看出，每一個模型都單獨包含數據數據、配置等元素。Model Advisor工具欄圖標根據選定項，針對模型設計，進行檢查，提供建議。用戶根據建議修改自己的模型。Code Generation AdvisorModel Adviso

14、r-圖標下拉根據選定項，針對代碼生成設置，進行檢查，提供建議。用戶根據建議修改自己的模型。Fixed-Point Tool菜單Analysis - - data Type Design - Fixed-Point Tool針對定點數設計，進行檢驗，提供建議。用戶可以根據建議修改自己的模型。Build Model工具欄圖標根據配置，編譯模型生成代碼。圖標下拉欄還有：編譯備選子系統，嵌入式代碼快速向導。快速向導按步驟生成新配置，并依次生成代碼。Run工具欄圖標模型仿真運行。一般首先會用仿真驗證模型。3. Coder保留的默認名稱在“1簡單示例”一節，生成的代碼中出現了一些固定的名稱，這些是代碼生成

15、器保留的默認名稱，用戶不能改變。為方便理解生成的代碼，將這些默認名稱及含義列于表 1中。表 2. 生成代碼中的默認名稱默認名稱含義默認名稱含義U整個模型的輸入模塊local局部變量加的前綴Y整個模型的輸出模塊rt全局變量的前綴，可設置B模塊輸出信號rtb局部模塊輸出的前綴，可設置P模塊參數_T默認類型后綴，可替換DW離散模塊狀態step模型入口，可設置DefaultP默認參數initialize模型初始化，可設置Ext全局類型加的前綴4. 代碼重用該部分將搭建一個稍微復雜模型，封裝參數，生成可重用代碼。1) 建立如Error! Reference source not found.模型。圖 2

16、. PID模型2) 選中上面模型，右鍵，create subsystem from selection進入子系統，按上面介紹的方法編輯各基本模塊。為信號和狀態起名，設置輸入數據類型，輸出數據類型和輸入保持一致。參數設置為結構體，比如KpGain的值設置為pid.Kp，數據類型繼承。3) 返回模型上一級，修改子系統名稱為Dpid，選中子系統右鍵 -> mask -> edit mask，在parameter選項卡，編輯參數，將名稱設為pid。4) 右鍵->subsystem parameters，勾選treat as atomic unit，function packing設為

17、reusable，函數名設為UnSatIntPid。5) 打開model explorer，在數據字典中添加simulink bus類，選中該類，右下角launch bus editor進入編輯，設置類名稱為PidParaStrc，將參數按名稱依次添加到類，并設置基本數據類型。6) 在數據字典中添加simulink parameter對象，將對象數據名稱設為DpidPar，類型設為PidParaStrc，值設為struct，存儲類型設為ExportedGlobal。在DpidPar值屬性列，編輯與PidParaStrc類成員對應的參數名稱，并賦值。將simulink參數DpidPar復制一份，

18、編輯其參數值。7) 將子系統Dpid復制一份，名稱改為Qpid，設置mask參數為QpidPar，連上輸入輸出，最終模型如圖所示。圖 3. 代碼重用演示模型8) 設置好模型配置參數，編譯生成代碼，查看生成的報告。整個模型的代碼如下，調用兩次UnSatIntPid函數，分別傳入不同的參數。生成可重用的算法如下所示，函數名為設置的UnSatIntPid，函數參數有四個，依次是給定，反饋，子系統狀態，PidParaStrc參數。5. 數據重用嵌入式應用多用查表的方式實現較復雜的數學函數，比如三角函數。而且為了保證精度，表格的數據一般較多。通常，如正弦函數，會充分利用周期性對稱性，查找(0, pi/2)的sin表格。本部分將演示，將(0, pi/2)的sin表格定義為全局const變量，單獨放在一個文件，實現sin/cos函數。1) 建立如圖 4模型實現sin