MBD的Simulink使用技巧⑩：数据存储类的使用方法

laoxiang21

全文约3500字，你将看到以下内容：

存储类基本介绍

存储类的使用

Memory Section的使用

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》。

在《MBD的Simulink使用技巧⑦：自动生成代码的集成方法》中我们初次接触了存储类的使用，本篇文章将详细介绍Simulink数据存储类的使用方法。

点击以下链接，可以查看MBD的Simulink使用技巧系列的往期文章：

MBD的Simulink使用技巧①：Simulink代码生成的基本概念MBD的Simulink使用技巧②：详解代码生成中的模型与代码MBD的Simulink使用技巧③：虚拟子系统与原子子系统的代码生成MBD的Simulink使用技巧④：详解生成代码的结构与代码的生成流程
MBD的Simulink使用技巧⑤：详解自动代码生成的配置与优化

MBD的Simulink使用技巧⑥：代码生成目标配置工具

MBD的Simulink使用技巧⑦：自动生成代码的集成方法

MBD的Simulink使用技巧⑧：函数原型、传参的控制与修改

MBD的Simulink使用技巧⑧(续)：函数接口封装的控制和修改

MBD的Simulink使用技巧⑨：代码数据类型的修改和控制

特别提示：在本篇文章中使用到的PI控制器模型等文件，可以在autoMBD资源库的“临时资源分享”文件夹中找到（资源序号为tA22、tA32、tA33）。资源库链接的获取可以在《autoMBD原创技术文章合集》中找到（见文章开头）。

1  存储类基本介绍

在上一篇文章中我们提到：存储类（Store Classes）控制数据存储的位置，或指示数据的来源。

具体而言，存储类控制着代码中的变量声明、变量定义、宏等代码生成；特别地，还控制部分数据类型、数据函数、编译器指令等功能。这部分开发工作在嵌入式C语言中是非常关键的部分。

存储类与代码的编译、链接环节关系紧密，不同的变量声明和定义，编译器会有不同的操作。要想使用好存储类，需要了解必要的编译、链接知识。

Tips：这也是为什么一直强调，要完全掌握MBD开发，一定需要纯代码开发的能力。

开发者可以通过“Embedded Coder Dictionary”查看系统预设的存储类，或者新建自定义存储类。

“Embedded Coder Dictionary”可以在“C CODE”工作视图中“Code Interface”菜单下找到，如下所示：



Embedded Coder Dictionary入口 - From autoMBD



Embedded Coder Dictionary窗口 - From autoMBD

可以看到Simulink预设了十几种存储类，点击任意存储类，可以在右边窗口查看它的属性，也可以在底部窗口预览它的代码实现。预设的存储类是不可以编辑的。左上角的“Add”按钮可以新建自定义存储类。

读者可能也发现了，在存储类旁边还有两个标签页：

Function Customization Templates

Memory Section

Memory Section - From autoMBD

“Memory Sections”是对部分存储类的的存储位置进行定义，可以在存储类的属性中看到，“Memory Section”的选项。

除了存储类（针对变量）可以使用，“Memory Sections”还支持对函数的存储位置进行定义，即函数模板，后文会对此进行进一步介绍。

特别注意：“Embedded Coder Dictionary”与数据字典“Data Dictionary”不是同一个东西，前者负责存储类的定义和管理，后者是对数据对象（Data Objects）的管理，后续文章再进行详细介绍，欢迎持续关注autoMBD。

2  存储类的使用

这里不会对所有的存储类都进行介绍，重点介绍存储类的设置方法，以及常用存储类的用法、特点。

模型依然采用初始的PI控制器示例模型tA22为例，经过后文修改后的模型为tA32。

Tips：在《MBD的Simulink使用技巧⑦：自动生成代码的集成方法》中已经详细介绍了“GetSet”存储类的使用方法和使用场景，这里不再赘述。

2.1 设置存储类

设置存储类需要借助“Code Mappings - C”窗口（第8期中介绍的函数原型控制也是在该窗口进行的）。可以通过“C CODE”工作视图中“Code Interface”菜单打开该窗口：



“Code Mappings - C”窗口 - From autoMBD



存储类设置页面 - From autoMBD

在“Data Default”标签页可以看到存储类相关设置，当然也可以在Inports、Outports、Parameters等标签页针对特定信号、参数进行设置。存储类也是以信号、参数、状态三大类模型数据为基础进行控制的。

特别提示，在Inports、Outports、Parameters等标签页中修改的存储类优先级高于“Data Default”标签页。

新建的模型会对模型中信号、参数、状态等的存储类赋默认值（Default）。但默认值不是固定的，不同的模块、以及不同配置情况下都可能有所不同。

在《第2期》中介绍的模型数据和生成代码之间的联系，就是基于默认存储类展开的，如果修改了存储类，这种联系将会改变。

2.2 常见存储类

这里将会介绍如下存储类：

Import From File

Export To File

Localizable

作为展示，把“Data Default”中Inports存储类修改为“Import From File”，把Outports修改为“Export To File”，把Signals、states等设置为“Localizable”，如下所示：



修改“Data Default”存储类 - From autoMBD

此时生成的Step函数如下所示：

/* Model step function */void autoMBD_example_PI_StoreClasses_step(void){  real_T rtb_Err;
  /* Sum: '<Root>/Sum2' incorporates:   *  Inport: '<Root>/Feedback'   *  Inport: '<Root>/Req_Ctrl'   */  rtb_Err = autoMBD_example_PI_Sto_Req_Ctrl - autoMBD_example_PI_Sto_Feedback;
  /* Outport: '<Root>/PI_Ctrl' incorporates:   *  DiscreteIntegrator: '<Root>/Discrete-Time Integrator'   *  Gain: '<Root>/Kp'   *  Sum: '<Root>/Sum1'   */  autoMBD_example_PI_Stor_PI_Ctrl = 2.0 * rtb_Err +    a_DiscreteTimeIntegrator_DSTATE;
  /* Update for DiscreteIntegrator: '<Root>/Discrete-Time Integrator' incorporates:   *  Gain: '<Root>/Ki'   */  a_DiscreteTimeIntegrator_DSTATE = 3.0 * rtb_Err * 0.001 +    a_DiscreteTimeIntegrator_DSTATE;}可以看到，输入变量、输出变量和离散状态变量的名称已经不具备在第2期中介绍的特征（即Model_U、model_Y和model_DW），它们已经变成的普通变量（非结构体）。根据我们的设置，输入变量设置为来自外部文件（存储类“Import From File”），因此生成的代码中不再包含任何的输入变量定义，只在Model_private.h中有一个外部声明。所以要想使用输入变量，需要加入一个定义了输入变量的外部源文件。它的输入变量声明如下：/* 文件：autoMBD_example_PI_StoreClasses_private.h *//* Declaration for custom storage class: ImportFromFile */extern real_T autoMBD_example_PI_Sto_Feedback;/* '<Root>/Feedback' */extern real_T autoMBD_example_PI_Sto_Req_Ctrl;/* '<Root>/Req_Ctrl' */输出变量设置为导出到外部供其他文件使用（存储类“Export To File”），因此生成的代码中对其有变量定义，而且还在Model.h头文件中进行了外部声明。只要外部文件包含了该头文件，即可使用输出变量，到达了导出变量的效果。
具体输出变量定义代码如下：
/* 文件：autoMBD_example_PI_StoreClasses.c *//* Definition for custom storage class: ExportToFile */real_T autoMBD_example_PI_Stor_PI_Ctrl;/* '<Root>/PI_Ctrl' */头文件外部声明如下：
/* 文件：autoMBD_example_PI_StoreClasses.h *//* Declaration for custom storage class: ExportToFile */extern real_T autoMBD_example_PI_Stor_PI_Ctrl;/* '<Root>/PI_Ctrl' */而状态变量设置为尽可能本地化（存储类“Localizable”），即：仅模型代码自己能使用，其他外部代码不能使用。这是通过将状态变量定义为static变量实现的，如下所示：/* 文件：autoMBD_example_PI_StoreClasses.c *//* Definition for custom storage class: Localizable */static real_T a_DiscreteTimeIntegrator_DSTATE;/* '<Root>/Discrete-Time Integrator' */Tips：最终的模型可以在autoMBD资源库的“临时资源分享”文件夹中找到该模型，资源序号tA32。简单总结一下：“Import From File”存储类共享外部定义的变量，“Export To File”存储类可以将模型变量共享给外部代码使用，“Localizable”存储类是私域变量，仅自己可用。可以看到，仅仅只是将存储类进行了简单修改，但生成的代码的使用方法发生了本质的变化，此时的代码与外部代码产生了联系，需要外部代码的相关定义才能正常使用。虽然这样的修改使得代码使用和集成变得更加复杂了一些，但如能合理使用这些方法，可以避免重复定义，可以提高代码的执行效率，节省更多空间。这在嵌入式系统中是有意义的。此外，预设存储类“Exported Global”与“Export To File”具有相同的效果；而存储类“Imported External”、“Imported External Pointer”也与“Import From File”具有相同的效果，只不过后者使用的是指针；存储类“File Scope”也具有和“Localizable”一样的效果。Tips：不太清楚为什么会出现3组功能相似的存储类，但查看Embedded Coder Dictionary可以知道，Exported Global、Imported External和Imported External Pointer的来源是Buit-in，而其他的来源是Simulink package。可能Buit-in是MATLAB中的存储类，与Simulink的存储类有所重复。结合第7期中介绍的“GetSet”存储类，一共介绍了8个常用的存储类和它们的用法。剩下未提及的存储类交由读者自行去验证和体会。存储类还可以和数据对象、数据字典结合使用，这部分内容就在后续相关文章中再做介绍，欢迎持续关注autoMBD。

3  Memory Section的使用
仔细查看Simulink预设的十几种存储类，可以发现大部分的存储类都没有Memory Section。因为编译器可以通过关键字（例如static、const、extern等）的方式，确定变量应该的存储位置。

Memory Section是另一种通过编译器指令的方式，控制变量或函数的存储位置、对齐方式等，给开发者更多的代码控制权。

这里列举一些GCC编译器部分常用的编译器指令：

#pragma GCC section text ".name"

__attribute__((section("name")))

__attribute__(aligned(8)))

前两个指令用于给代码或者变量指定存储位置，区别是前者单条指令对其后的所有变量或函数起作用，而后者单条指令只能对其后的一个变量或函数起作用；第三个用于指定变量、函数起始位置的对齐要求。假设这样一个场景，在系统中有一片特殊的内存区域，它的执行代码的速度比默认代码段存放区域更快。现在希望将Step函数放在这片区域内运行，以达到更快的效率。在Simulink中如何实现呢？这就要用到Memory Section的功能了。以初始的PI控制器示例模型tA22为例，经过后文修改后的模型为tA33。首先，新建两个自定义的Memory Section，如下图所示：


新建两个Memory Section - From autoMBD



#pragma Memory Section - From autoMBD



attribute Memory Section - From autoMBD
新增的Memory Section中，假设特殊的内存区域被划分为“.fasttextsect”，这需要链接文件真正具有该区域存在，不过链接文件不由Simulink负责。#pragma和attribute有一点区别，前者需要前声明（Pre Statement）和后声明（Post Statement），分别表示开始和结束；而后者只需要前声明。
然后，在“Function Customization Templates”中新建一个自己的函数模板，如下所示：



新建函数模板 - From autoMBD
新建的函数模板中，Memory Section选择前面新建的内存区域之一，这里选择的是attribute Memory Secction。函数模板还能定义函数名的格式控制符（关于格式控制符在《第8期(续)》中有介绍），这里也做了修改。最后，在“Code Mappings - C”窗口为Step函数选定函数模板，如下所示：


为Step函数选择模板 - From autoMBD
这样，生成的Step函数就会包含attribute编译器指令，代码如下：
/* 文件：autoMBD_example_PI_MemSect.c *//* Model step function *//* Memory Section defined by autoMBD, using attribute method. */__attribute__((section(".fasttextsect")))voidctrlPI_step(void){  real_T rtb_Err;
/* Sum: '<Root>/Sum2' incorporates:   *  Inport: '<Root>/Feedback'   *  Inport: '<Root>/Req_Ctrl'   */  rtb_Err = autoMBD_example_PI_MemSect_U.Req_Ctrl -    autoMBD_example_PI_MemSect_U.Feedback;    ...编译器在编译时，识别到该指令后，就会将该函数放在“.fasttextsect”区域中，链接时就会将Step函数放在执行速度更快的内存区域中。读者可以自行将函数模板的内存区域修改为#pragma Memory Secction，查看它的效果。Tips：最终的模型可以在autoMBD资源库的“临时资源分享”文件夹中找到该模型，资源序号tA33。上述过程是针对自定义函数模板的，对自定义存储类应用自己的Memory Section也是可以的，过程也和上述是差不多的，读者可以自行验证、体会。有任何疑问可以和作者交流。