MBD的Simulink使用技巧①：Simulink代码生成的基本概念

mizhongquan

全文约2100字，你将看到以下内容：

写在前面

Simulink代码生成的基本概念
下期预告

autoMBD最近发布了《autoMBD原创技术文章合集》
合集包含156页丰富的MBD入门基础和MBDT硬件支持包的使用还包含基于MBD的电机控制算法开源项目——AMBD-MC合集配备了丰富的视频讲解
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
Embedded 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。2.2 Simulink生成应用代码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：


FOC核心算法模型 - From autoMBD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）；

软件库调用接口。

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）。2.3 有接口的模型如何仿真如上图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。这种模型的仿真有两种方式：

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。这两个模块位于下图所示的位置：


模型引用模块 - From autoMBD
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：

Subsystem Refence引用的是子系统模型，而Model引用的是普通模型；

Model模块可以用于PIL和SIL测试，而Subsystem Refence不行；
它们在生成代码的处理方式有区别，Subsystem Refence在生成代码时，与模型中的子系统没有区别，但Model不能当作模型中的子系统，它是一个独立的模型。

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。时间序列数据如下图所示：


时间序列数据 - From autoMBD创建时间序列数据可以使用如下语句：
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
2.4 模型生成代码的基本要求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：

Simulink求解器设置为定步长；
选择代码生成的系统目标文件ert.tlc。

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。