全文约2100字,你将看到以下内容: autoMBD最近发布了《autoMBD原创技术文章合集》还包含基于MBD的电机控制算法开源项目——AMBD-MC和大量的模型、文档和软件资源 如何获取请参考@所有读者:autoMBD发布《autoMBD原创技术文章合集》。 1 写在前面 有的工程师会“抱怨”MBD生成的代码可读性差,执行效率低,其原因可能就是没有对Simulink生成代码的机制有清晰的了解,没有很好地利用Simulink为MBD代码生成提供的配置选项。
而这些内容,目前网络上还很少有相关的介绍和分享。接下来autoMBD将通过一系列的文章分享Simulink生成代码的机制,以及如何配置MBD代码生成选项来生成自己想要的代码。
这个系列的文章,将围绕Simulink的代码生成展开,所以不包含硬件支持包相关内容,但介绍的部分方法是适用于硬件支持包的。读者只需要正确安装MATLAB/Simulink即可完成内容的学习和实践。
本系列文章采用的MATLAB/Simulink的版本为2020b,其他版本可能在窗口布局、部分功能方面会有差别,不过应该也能参考本系列的文章。
2 Simulink代码生成的基本概念 2.1 代码生成工具 MATLAB/Simulink中一共提供三个代码生成的工具: MATLAB Coder Simulink Coder 从名字能看出来,MATLAB Coder用于m脚本生成C/C++代码;而Simulink Coder用于模型、Stateflow等生成C/C++代码;而Embedded Coder是上述两者的集成,同时扩展了在嵌入式开发中必不可少的特性。也正是Embedded Coder提供了针对MATLAB Coder和Simulink Coder的配置选项和代码优化选项,从而精细控制生成代码的函数、数据和接口。这可以提高代码的执行效率和可读性,利于代码的集成。所以文章介绍的以Embedded Coder为主。关于这三个代码生成工具的更多介绍,可以查看资源库中的“临时资源分享”文件夹下的tA21。资源库的获取可以在《autoMBD原创技术文章合集》中找到。MathWorks官方一直强调,使用Simulink生成应用代码(Application Code),而不是其他代码(虽然利用硬件支持包可以生成底层驱动等代码)。何为应用代码?简单的可以认为应用代码是执行算法的程序,可以参考开源项目AMBD-MC中的FOC核心算法模型:在MBD代码生成中,它应该部分或全部具有以下接口:一个被主程序调用的接口(必须); 与其他模块交换数据的接口; 与底层I/O驱动交换数据的接口; 数据的记录接口(即log,用于调试);
上图中的FOC核心算法模型中,包含了上述的前三种接口。这些接口用于代码集成时的函数调用、数据交换、代码调试等(代码集成的过程可以参考《文章合集》第十七篇)。如上图FOC核心算法模型所示,该模型有很多Input和Output接口,这些接口表明对该模型仿真需要接收外部数据,同时需要将运算结果输出到外部。模型引用(Model Reference) - 数据导入/导出(Data Import/Export)
模型引用,即使用Simulink模型库中的Model或Subsystem Reference模块来实现数据的输入和输出,这意味着需要额外的一个上层模型(Top Model)来提供输入数据和接受输出数据。善用模型引用可以提高模型算法开发的独立性、重用性,在《文章合集》第十六篇中,实现PIL测试就是使用的这个方法。特别注意,Model和Subsystem Refence模块都能实现模型引用,但它们是有区别的:而使用数据导入/导出的方式不需要新建Top模型,但需要准备具有时间序列格式的输入数据,将其导入到MATLAB工作区中;而输出数据会直接生成在MATLAB工作区中。ts = timeseries(rand(5,1)); 将模型与MATLAB工作区的时间序列数据连接在一起的方法如下图所示。在Input框中输入变量名即可连接输入;图中下面的选项可以配置Output输出数据的格式,仿真完成后输出数据会保存在MATLAB工作区。Data Import/Export - From autoMBD一个模型要能生成嵌入式代码,至少需要满足以下两个要求:设置模型求解器的步长的方法如下图所示。求解器的其他配置可以保持默认,也可以根据实际需求修改。设置求解器定步长 - From autoMBD 系统目标文件ert.tlc描述了模型如何生成代码完整方法和流程,由MathWorks开发,可以在MATLAB的安装目录中找到该文件。但该文件只是模型生成代码的一部分,它的背后隐藏了大量关于模型生成代码的细节。完整的ert.tlc文件用户是不可见的。选择代码生成的系统目标文件ert.tlc的方法如下图所示。 设置代码生成目标文件ert.tlc - From autoMBD 点击“Browse”可以看到很多不同类型的系统目标文件(如下图所示),这些目标文件适用于不同的应用场景。对应嵌入式开发,选择ert.tlc即可(ert的全称为Embedded Real Time)。 不同类型的系统目标文件 - From autoMBD 满足定步长和系统目标文件的条件,模型就能生成嵌入式代码了。 3 下期预告 本期的内容到此结束,关于Simulink代码生成的基本概念的内容还有一部分,下一期继续。 为了提高更新频率,autoMBD从本期开始将改变文章更新的方式,采用“精简、多次”的方式更新文章,在系列结束后统一整理到《文章合集》中。
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