[Simulink] 从手写代码到自动生成代码

目的

本笔记的学习目的是了解Simulink的自动生成的代码，并通过51单片机实例学习将MCU的驱动程序与Simulink自动生成的代码相结合

利用51单片机实现LED点亮程序

这部分比较简单，这里P0点亮LED，程序如下：

/* ------------------------------
Function : 点亮LED实例
Author: Sprinkle_WPD
Date : 2019-04-26
--------------------------------*/
#include "reg52.h"
sbit LED = P0^0;
/* -------Function main--------------
Input : void
Output: void
------------------------------------*/
void main(){
	LED = 1;
	while(1){	
	}
}

烧录到51单片机中之后的现象为P0^0对应的LED灯点亮。

Simulink代码生成基础

Simulink针对MCU生成的代码，其结构包括了：

• main program主函数
• model application 算法
• rutime library 库函数
• I/O device底层驱动
• data logging interface数据记录接口
• data exchange interface 数据通信接口
  针对嵌入式系统，Simulink生成代码时需要设置为Fixed-step定步长求解器
  同时，Simulink提供了针对嵌入式的tlc以及对应的cgt模板
  如果是针对MCU的代码生成，可以进行下列设置：
• create code generation 创建代码生成报告
• open report automatically 自动打开报告
• code-to-model 代码高亮显示对应的模型
• generate model web view 在同一窗口显示代码以及与之对应的模型
• generate code only 仅生成代码，不便宜链接生成可执行文件

Simulink ert.tlc自动生成的代码分析

打开Simulink，建模如下：

建模后，选择ert.tlc后进行编译,其他参数设置如下：

• Solver选择Fixed-step
• Code Generation中勾选Generate code only
• Code Generation > Interface > 勾选Remove error status field in real-time model data structure

编译后生成的代码被保存在了5个文件中，分别是

• ert_main.c —— 默认生成的主程序函数
• model.c —— 模型算法
• model.h —— 算法头文件
• untitled_private.h —— 模型与子系统的局部宏和局部数据
• untitled_types.h —— 模型数据结构和参数数据结构的预先声明
• rtwtypes.h —— 定义数据类型、结构体和宏

ert_main.c

• 主程序调用main函数
  • model_initialize
  • rt_onestep(定时器/中断函数，与手写代码集成)
• rt_onestep()函数
  • model_step()具体的算法

其他5个文件为Simulink自动生成的，需要注意的是里面默认的数据结构与类型，如下表：

	数据类型命名	变量名
Model	RT_MODEL_model	model_m
Parameters	P_model	model_p
external inputs	ExtU_model	model_U
External outputs	ExtY_model	model_Y
Block signals	B_model	model_B
Block states	DW_model	model_DW

在上面的模型生成的model.c文件中，可以看到对output1的定义：
model.c 中 ExtY_model_T model_Y;
model.h中

typedef struct {
 real_T Out1;                         /* '/Out1' */
} ExtY_model_T;
extern ExtY_model_T model_Y;

这种方式很明显不适用于代码的理解，因此，可以利用Simulink.Signal进行代码的优化。下图就是可以Simulink.Signal对代码进行了优化：

具体如何设置，之前的笔记中记录过。

代码集成的两种方法

上面生成的代码仅仅是算法部分，要想在MCU上实现，还需要对应的驱动等代码，这涉及到代码的集成。
代码集成有两种方法：

• 在Simulink内部集成，Simulink提供了主流MCU的TSP（Target Support Package），其实背后就是TLC，通过模块的拖入，在代码生成时调用对应的TLC生成与模块对应的C代码
• 在Simulink外部集成，Simulink生成的代码在其他IDE环境中与手写代码做匹配

两种方法各有特点，个人理解 [暂时只能理解到这个程度]：

• 利用S-Function和TLC进行集成，前期开发工作量大，但开发好之后，使用较为方便，且可直接调用外部IDE进行程序烧录
• 在外部集成，省去了编写模块的步骤，同时驱动部分的灵活性更高

很明显，第2种方法更合理一些，但是目前工作过程中，研发工程师更关心的是算法的执行效果,为了弥补研发工程师应对较短的开发周期，同时降低对代码集成工作的负荷，可以采用第1种方法，并在此基础上配合标定工具，进行快速原型开发

外部代码集成

这个部分其实是源自上一篇笔记,主要是因为上一篇笔记学习的时候,是针对<基于模型的设计 MCU篇>中的实例,这个地方对main.c文件做了自定义.
为了便于说明其过程,这里用STC89C52的开发板为例, 对外部代码集成做说明
要进行外部代码集成, 就需要调用model.c中的函数,因此需要在手写代码中加入#include model.h
在Simulink中做如下设置:

• 取消勾选 generate an example main program
• 勾选 package code and artifacts 自动打包生成代码,生成一个zip的压缩文件

编写main.c文件

#include "untitled.h"
/*这里添加驱动.c和.h文件*/
#include "reg52.h"

#define P0 led

void main(void){
	/*初始化模型*/
	model_initialize();
	while(1){
		/*这里定义其他需要执行的任务*/
	}
	/*model终止函数，可以在Simulink.Interface的界面中进行定义是否出现*/
	#model_terminate();
}

这里的比例很简单,因为model_step()函数中什么也没有执行, 编译后,将main.c文件同生成的代码一起复制到IDE中,编译并烧录即可.
这里提到一个main.c文件, 这个文件怎么写比较合适?

模板文件

这里的模板文件配置是在Configuration中的Template中进行设置,其中file customization template就是控制用户自定义的代码生成效果用的tlc文件, 具体怎么写这个tlc可以参考waijung blockset.

内部集成 S Function and TLC

既然我们有了自定义的main.c文件, 再加上之前学习过的TLC生成模块级的代码,我们就可以实现自己制作一套底层驱动的模块了.

这两天出差中, 51单片机不在手边,回家后补充后续的51实例.

参考资料:
Mathworks
waijung blockset
华海科技 Rapid-ECU