从Matlab Simulink生成易读可重用代码

1、从Matlab Simulink生成易读可重用代码by: 吴少风MATLAB提供从MATLAB代码或simulink模型生成C/C+代码的功能。从MATLAB 2011b版开始，MATLAB将代码生成Coder作为单独模块发布。MATLAB每年更新两次，经过不断完善，新版本的Coder功能更强大。用MATLAB生成C/C+代码具有MATLAB Coder、Simulink Coder、Embedded Coder三个功能模块，MATLAB Coder从MATLAB 代码生成代码，Simulink Coder从Simulink模型生成代码，Embedded Coder结合MATLAB Coder

2、和Simulink Coder，生成嵌入式代码。利用代码生成功能，可以快速从模型生成可靠的代码，应用越来越广泛。要生成易于阅读、重用性好的代码，必须进行详细设置。文中内容以易读、可重用为目标，建立嵌入式代码生成的演示模型，了解Simulink代码生成相关工具，介绍详细设置步骤，最终生成容易阅读、可重用代码，供单处理器单任务实时嵌入式系统应用。文中的方法为严格控制生成代码的个人总结。以文档呈现，方便自己今后查看，也希望能为其他人提供一些方便。1. 简单示例本部分搭建一个简单的PI控制器模型，示范模型建立、设置、生成代码的详细步骤。1) 新建嵌入式代码生成模型，MATLAB->simulin

3、k，New / Embedded Coder / Code Generation System。不选择一般simulink模板，可减少模型配置参数的设置。2) 搭建如Error! Reference source not found.所示简易模型，保存文档，设置文件名。图 1. 一个简单示例模型3) 点击工具栏图标 ，设置模型配置参数，应用并保存。对嵌入式应用，固定步长，离散，可调参数，ERT目标，C语言，设置基本固定，未设置的地方保持默认。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 -输出较多选用structure reference.è hardware implementation: 按实际设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, 默认全选，可按需要选择。Ø symbols: 命名规则设置，按各自代码规范设置。Ø interface: 设置整个模型生成代码的接口。² code interface package，可选择可重用，Pass root level I/O as，模型输入输出参数一般较多，一般选择结构体，structure reference，模型数据、输入、输出通过各自独立结构体传入参数；part of model data structure，一个结构体传

6、入参数。也可选择不可重用。² configure model functions，点击进入，设置模型具体的C原型。get default configuration，可修改模型默认initialize/step函数名，及参数，各输入输出单独作为函数参数，这与结构体传参是矛盾的，不能同时设置。Ø code style: 设置代码风格。² Parentheses括号， - Nominal(readability)，按可读性优化。² Casting mode 强制转换方式，Nominal. ² Code indentation 代码缩进， size

7、- 4.Ø Code placement: 代码放置，可设置变量定义或声明在单独文件还是和源代码放一起，头文件包含是< head.h >还是" head.h "。Ø Data type replacement: 数据类型替换。4) 设置模型中每一个基本模块的属性。包括名称、值、数据类型、采样时间等。子模块或者引用模型等这类自定义模块，除了内部基本模块的属性外，还要设置各自的模块属性。模块中参数等值，必须按照设计配置；如果想使用可调参数，则将参数设置为变量，再设置变量值。生成代码模型中的模块名设置，最好遵循目标语言的命名规则，因为生成代码中的一

8、些名称可以从模块名继承。嵌入式应用大多无浮点单元，定点数据的设置在模块属性的代码生成栏。将图 1中各模块可按如下方式设置：l inport，点击模块下方名称，设置模块名，将其设置为In；双击模块进入模块属性设置，main栏设置编号，编号会体现在子系统或引用模型上；signal attributes设置数据类型为定点数，16b字长10b小数部分fixdt(1,16,10)。其它模块设置方法类似。l view->model data，弹出model data窗口。simulink提供的model data窗口，用于显示当前层级下的所有输入输出、信号、状态、参数，并将对应属性罗列成表格，而且表

9、格可编辑部分属性。l Kp增益模块，双击模块，输出数据类型设置为同输入，参数数据类型设置为从Gain继承，Gain设置为Kp。l 在model data窗口，参数栏，Kp模块，值变为Kp，其后出现create.链接字样。点击弹出create new data窗口，值选择Simulink.Parameter，位置选择Base Workspace，创建，弹出Simulink.Parameter: Kp属性窗口，设置值为10，数据类型为定点数fixdt(1,16,10)，存储类型选择ExportedGlobal，确定。l Ki增益模块，使用设置Kp的方法将simulink参数属性值设为1。l Fil

10、e->Model properties，弹出模型属性窗口，选择数据栏，将数据定义到数据字典，选择或新建一个数据字典文件，应用。建立在基本工作区的数据迁移到数据字典保存。后面该模型新建参数等数据，基本工作区的位置将被数据字典代替。保存在基本工作区的数据，关闭MATLAB不会自动保存，因此一些模型也采用脚本配置。位置也可选择模型工作区，但保存到模型工作区的参数，有效的存储类型会受到限制。l unit delay单位延时，初始条件设为0，状态名称按实际意义设置。l Outport，数据类型可选自动。信号名称，可到model data窗口统一设置，该窗口中选中信号，模型区会用颜色标记对应标记。没

11、有设置名称的信号，按照内部规则生成代码。模型相关设置，simulink还提供model explorer图形界面统一管理。点击图标可打开。5) 设置完成后，启用Advisor检查模型设置。选择检查项目，运行检查，修改不符合的项目。analysis -> model advisor，针对模型，可选项目包括MISRA、ISO26262等。选中by task，右侧点击run selected checks。analysis -> data type design -> fixed point tool，进入设置后，左侧选择项目，右侧运行检查。code -> C/C+ code

12、 -> code generation advisor，针对生成代码，可选项目有空间效率、执行效率、可追踪性、安全预警、MISRA C: 2012 guidelines等。检查项目可能会弹出一些警告，是之前手动设置的，这时选择忽略。比如内联参数有效率，但想要用可调参数，就只能忽略检查时的警告。6) 点击图标，编译模型生成代码。完成后可查看报告。算法代码如下：数据定义如下：2. Simulink生成代码相关工具在“1简单示例”一节，介绍了代码生成的详细过程。其中一些常用的工具及菜单，现罗列于表 1中。表 1. 常用工具及菜单图标名称最方便的位置功能Library Browser工具栏图标基

13、本模块库，搭建模型的基本元素所在库。Model Configuration Parameters工具栏图标模型配置参数，模型仿真、生成代码所依赖的全局规则。Mode Data菜单View- -Mode Data列表显示当前层级模型的信号、参数、状态等，可以在此处集中编辑。Model Explorer工具栏图标树状结构的模型管理器，包括数据、配置、子模块等。从树状结构可以看出，每一个模型都单独包含数据数据、配置等元素。Model Advisor工具栏图标根据选定项，针对模型设计，进行检查，提供建议。用户根据建议修改自己的模型。Code Generation AdvisorModel Adviso

14、r-图标下拉根据选定项，针对代码生成设置，进行检查，提供建议。用户根据建议修改自己的模型。Fixed-Point Tool菜单Analysis - - data Type Design - Fixed-Point Tool针对定点数设计，进行检验，提供建议。用户可以根据建议修改自己的模型。Build Model工具栏图标根据配置，编译模型生成代码。图标下拉栏还有：编译备选子系统，嵌入式代码快速向导。快速向导按步骤生成新配置，并依次生成代码。Run工具栏图标模型仿真运行。一般首先会用仿真验证模型。3. Coder保留的默认名称在“1简单示例”一节，生成的代码中出现了一些固定的名称，这些是代码生成

15、器保留的默认名称，用户不能改变。为方便理解生成的代码，将这些默认名称及含义列于表 1中。表 2. 生成代码中的默认名称默认名称含义默认名称含义U整个模型的输入模块local局部变量加的前缀Y整个模型的输出模块rt全局变量的前缀，可设置B模块输出信号rtb局部模块输出的前缀，可设置P模块参数_T默认类型后缀，可替换DW离散模块状态step模型入口，可设置DefaultP默认参数initialize模型初始化，可设置Ext全局类型加的前缀4. 代码重用该部分将搭建一个稍微复杂模型，封装参数，生成可重用代码。1) 建立如Error! Reference source not found.模型。图 2

16、. PID模型2) 选中上面模型，右键，create subsystem from selection进入子系统，按上面介绍的方法编辑各基本模块。为信号和状态起名，设置输入数据类型，输出数据类型和输入保持一致。参数设置为结构体，比如KpGain的值设置为pid.Kp，数据类型继承。3) 返回模型上一级，修改子系统名称为Dpid，选中子系统右键 -> mask -> edit mask，在parameter选项卡，编辑参数，将名称设为pid。4) 右键->subsystem parameters，勾选treat as atomic unit，function packing设为

17、reusable，函数名设为UnSatIntPid。5) 打开model explorer，在数据字典中添加simulink bus类，选中该类，右下角launch bus editor进入编辑，设置类名称为PidParaStrc，将参数按名称依次添加到类，并设置基本数据类型。6) 在数据字典中添加simulink parameter对象，将对象数据名称设为DpidPar，类型设为PidParaStrc，值设为struct，存储类型设为ExportedGlobal。在DpidPar值属性列，编辑与PidParaStrc类成员对应的参数名称，并赋值。将simulink参数DpidPar复制一份，

18、编辑其参数值。7) 将子系统Dpid复制一份，名称改为Qpid，设置mask参数为QpidPar，连上输入输出，最终模型如图所示。图 3. 代码重用演示模型8) 设置好模型配置参数，编译生成代码，查看生成的报告。整个模型的代码如下，调用两次UnSatIntPid函数，分别传入不同的参数。生成可重用的算法如下所示，函数名为设置的UnSatIntPid，函数参数有四个，依次是给定，反馈，子系统状态，PidParaStrc参数。5. 数据重用嵌入式应用多用查表的方式实现较复杂的数学函数，比如三角函数。而且为了保证精度，表格的数据一般较多。通常，如正弦函数，会充分利用周期性对称性，查找(0, pi/2)的sin表格。本部分将演示，将(0, pi/2)的sin表格定义为全局const变量，单独放在一个文件，实现sin/cos函数。1) 建立如图 4模型实现sin