MBD的Simulink使用技巧?：详解数据对象与数据字典(下)

mengmianren

全文约4000字，你将看到以下内容：

数据对象关联到模型

通过数据对象控制代码生成

数据对象和数据字典总结

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本期是数据对象（Data Objects）和数据字典（Data Dictionary）相关内容介绍的第三篇，也是最后一篇。

点击以下链接，可以查看MBD的Simulink使用技巧系列的往期所有文章：

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

MBD的Simulink使用技巧⑩：数据存储类的使用方法

MBD的Simulink使用技巧?：详解数据对象与数据字典(上)

MBD的Simulink使用技巧?：详解数据对象与数据字典(中)

特别提示：在本篇文章中使用到的模型、.m脚本等文件，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、tA36）。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）。
在前面两期文章中，介绍了基本的数据对象和数据字典创建方法，以及Bus（总线）和枚举数据类型等特殊数据对象。本期文章将介绍它们的具体关联方法，以及通过数据字典对代码生成的控制方法。

1  数据对象关联到模型

为了便于理解，数据对象的关联方法依然基于PI控制器模型展开。初始的PI控制模型在前面的文章中已多次使用，如下所示：



初始的PI控制器模型 - From autoMBD

Tips：该模型可以在临时资源分享中找到，资源序号tA22。

经过修改和关联后的最终模型如下所示：



使用数据字典的PI控制器模型 - From autoMBD

Tips：该模型可以在临时资源分享中找到，资源序号tA36。

该模型是基础版PI控制器模型（资源序号tA22）的修改版本，两者的模型配置参数完全一样。但由于tA36的代码生成过程由数据对象来控制，使得最后生成的代码完全不同。

模型管理数据对象主要使用到Model Data Editor和Model Explorer这两个工具，如下所示：



数据对象的控制窗口 - From autoMBD
模型关联数据对象的方法并不唯一，相反是很灵活的。下面给出一种简单的关联步骤，供读者参考（示例始于tA22，最终模型为tA36）。
1.1 创建数据字典

打开初始PI控制模型后，另存为一个合适的文件名。对于一个创建好的模型，开始关联数据对象之前，建议先创建数据字典。

Tips：数据对象可以不依赖数据字典，而直接保存在Base Workspace中使用。但为了更好地管理数据对象，建议使用数据字典。

创建数据字典可以通过脚本实现：

% autoMBD示例脚本% 用于autoMBD_example_PI_ObjectiveDD.slx的数据对象管理、执行脚本% 创建时间2023-05-01% 更新时间2023-05-01
%% 清空数据clear; clc;
%% 创建数据字典if (exist('PI_ObjectiveDD.sldd', 'file'))    ddObj = Simulink.data.dictionary.open('PI_ObjectiveDD.sldd');else    ddObj = Simulink.data.dictionary.create('PI_ObjectiveDD.sldd');end
%% 打开Model Explorer% 在Model Explorer中显示数据字典show(ddObj);也可以通过Model Explorer创建：


创建数据字典 - From autoMBD

创建好数据字典后，通过Model Settings -> Model Properties -> External Data将模型关联到数据字典，如下所示：



打开Model Properties - From autoMBD



在External Data中关联数据字典 - From autoMBD

这里可以不勾选Enable model access to base workspace，这样模型就仅受数据字典的控制。这里勾选与否不影响数据字典的功能。

1.2 创建Data Type数据对象

在众多不同的数据对象中，Data Type相关的数据对象是应该最先创建的，因为它是供其他数据对象使用的。

常见的Data Type相关数据对象有：

别名数据类型（Alias Type）

总线数据类型（Bus）
枚举数据类型（Emumerated Type）

1.2.1 通过Model Explorer创建

通过Model Explorer创建数据对象的创建方法详见《详解数据对象与数据字典(上)》和《详解数据对象与数据字典(中)》，这里不再赘述。

在本次例程中，创建了一个单精度浮点数的类型别名Float32，以及一个Bus总线数据类型InputBus，如下所示：



单精度别名数据类型 - From autoMBD



Bus总线数据类型 - From autoMBD

InputBus总线包含了两个输入数据Req_Ctrl和Feedback，并且它们的数据类型设置为了刚刚创建的别名数据类型Float32。

1.2.2 通过Excel和.m脚本创建

实际项目中，数据类型可能非常多，特别是Bus总线数据会变得非常复杂。

Bus总线的数据类型，往往很多都是重复的；并且不同的数据对象，它们的属性条目往往也是相同的。

基于这样的特点，大量数据类型的处理很适合通过表格工具实现。实践中，大量数据类型的创建基本上都是通过Excel工具结合.m脚本实现的。

这个过程的基本原理是：按照数据对象的属性条目，在Excel中创建全部的数据类型，然后通过.m脚本解析和处理Excel文件，批量生成数据对象，再导入到数据字典当中。（如果使用的是Base Workspace，也可以不导入到数据字典中）

这个过程并不算太复杂，.m脚本创建数据对象的方法在前面的文章中也已经详细介绍过了。读者需要额外注意的是.m脚本处理Excel文件的相关函数的使用方法。

Tips：这部分内容不是本期文章的重点，将会在后续的文章中再做补充介绍。

1.3 创建/修改模型

由于Simulink Signal数据对象的关联是通过信号线名称匹配来关联的，建议先把所有需要关联的信号命合适、有意义的名称。

Tips：建模时保持良好的建模习惯，对信号、模块、子系统等在建模伊始就命名。

tA22模型的信号线已经命名，不过为了展示Bus总线数据和Data Store数据的使用，这里还是对tA22做了部分修改。

将输入数据修改为总线数据类型（上一步中创建的Bus总线），并在模型中添加一个Data Store Memory模块，用于保存积分过程的中间数据。如下所示：



模型修改：Bus总线和Data store Memory - From autoMBD



模型修改：输入端口设置为Bus总线 - From autoMBD

请留意上图模型中的信号名，部分信号名在数据对象创建时用得到。

特别提示，离散模块的状态和数据存储的变量，也应该和信号线一样命名，因为它们也是关联的Simulink Signl数据对象。



离散状态 - From autoMBD



数据存储模块 - From autoMBD

1.4 创建信号、参数等数据对象

非数据类型的相关数据对象，较为常用有两个：

信号（Simulink Signal）
参数（Simulink Parameter）

本示例过程中，一共创建了6个Simulink Signal数据对象和两个Simulink Parameter数据对象，如下所示：



创建信号、参数等数据对象 - From autoMBD

可以发现，这里创建的Simulink Signal数据对象和将要关联的信号是同名的。这样在关联信号的时候数据对象才能被解析到。

Tips：这里的信号应当包括信号线、离散状态、输入输出端口和数据存储变量。

Simulink Parameter数据对象没有这样的问题，因为它本身就是作为参数输入到模块中的。

当然，创建数据对象的过程也可以通过脚本实现，往期文章中已做过介绍，这里不再赘述。

1.5 关联数据对象

Simulink Signal和Parameter数据对象可以关联模型中所有的数据形式，具体有：

输入输出端口（Inports/Outports）

信号（Signals）

数据存储（Data Stores）

状态（States）
参数（Parameters）

上述前面的四种数据形式可以关联Simulink Signal数据对象；参数可以关联Simulink Parameter数据对象。Tips：特别注意，Simulink Signal数据对象可以关联的不仅仅是信号线，还包括输入输出端口、状态和数据存储。而所有数据对象自身的Data Type则可以关联Bus总线、Alias或者枚举等数据对象。1.5.1 关联信号数据对象
关联Simulink Signal数据对象需要用到Model Data Editor工具。

关联的方法也很简单，只需要在Model Data Editor窗口中，将被关联信号（包括信号线、状态、输入输出端口和数据存储变量）的Resolve勾选上，再点击

即可。
以Signals的关联为例，如下所示：


关联信号数据对象 - From autoMBD

Simulink会根据信号名进行解析，自动检索相同名称的数据对象进行关联。上图中可以看到，信号关联成功后，关联成功的信号数据对象会会出现在Model Data Editor窗口中。

实际上，此时的数据对象和原本的信号共同控制着模型的行为。当某信号已经关联数据对象，建议只在数据对象上进行修改和控制，尽量不要去动原始的信号实体，部分属性设置为auto即可。

状态、输入输出端口和数据存储变量的关联在不同标签页面下操作的，但关联过程是相同的，这里不再赘述。

这时候，观察模型可以发现，被关联了数据对象的信号线，会出现一个小叉子的小标记，表示该信号线被关联了数据对象，如下所示：



信号线出现叉子标记 - From autoMBD

Tips：输入端口与其连接的信号线是同一个实体；而输出端口与连接的信号线不是同一个实体。所以上图中的输出有两个信号关联标记。

1.5.2 关联参数数据对象

关联参数数据对象比较简单，只需要在参数框填写对应的数据对象名即可，如下所示：



关联参数数据对象 - From autoMBD

至此，模型中的信号、状态、输入输出端口、数据存储变量和参数都关联到对应的数据对象。接下来，通过设置数据对象的相关属性即可完成对代码生成的控制。

2  通过数据对象控制代码生成

当一个模型中大部分的数据形式都关联到了对应的数据对象后，就不再需要对数据的实体进行设置和控制了。

由于数据对象集中存储在数据字典中（或Base Workspace），和模型是独立的，管理起来非常方便。

数据字典具有可继承、易于拓展的特点，也更加适合需求设计和迭代开发。

通过数据对象控制代码生成，主要是通过数据对象的两个方面属性设置实现的：

基本属性（Design）
代码生成属性（Code Generation）

数据对象的基础属性和代码生成属性 - From autoMBD

Tips：在《详解数据对象与数据字典(上)》中，也通过类的角度介绍了这两方面属性。

信号和参数数据对象的这两部分基本上是一样的，下面一并进行介绍。

2.1 数据对象的基础属性

数据对象的基础属性中，对代码生成有影响且比较常用到的是：

数据类型

初始值

最大最小值
采样时间

基础属性中大多根据实际要求设计即可。其中数据类型可以选择已创建的其他数据类型数据对象，如下所示输入信号选择的是Bus总线数据类型：



数据对象设置Bus类型数据对象 - From autoMBD

2.2 数据对象的代码生成属性

数据对象的代码生成属性，可以最大限度地控制代码生成的形式，其主要是通过存储类来实现的。

Tips：关于存储类的介绍，可以参考《MBD的Simulink使用技巧⑩：数据存储类的使用方法》，这篇文章里有详细介绍。

代码生成属性中，可以选择系统内置的存储类，也可以自定义存储类。

选择不同的数据存储类后，有不同的Custom attributes选项，可以设置头文件、源文件、标识符等。合理设置这些属性可以提高生成代码的可读性、执行效率和集成效率。

以GetSet存储类为例，如下所示：


设置输出端口的存储类：GetSet - From autoMBD本示例模型中，对参数、信号、离散状态、数据存储变量和输入输出端口的数据对象，都进行代码生成属性的设置和修改，具体修改内容可以打开tA36模型和相应的数据字典查看。
数据对象的属性设计完成后，即可生成代码了，最终生成的代码如下：
#include "autoMBD_example_PI_ObjectiveDD.h"#include"autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_private.h"#include"myOutput.h"
/* Exported block signals */Float32 g_Err;                         /* '<Root>/Sum2' */Float32 g_PI_Ctrl;                     /* '<Root>/Sum1' */
/* Exported data definition */
/* Definition for custom storage class: Localizable */static Float32 DiscIntegState;         /* '<Root>/Discrete-Time Integrator' */static Float32 InternalStoreMemory;    /* '<Root>/Data Store Memory' */
/* Definition for custom storage class: Struct */myInputStuct_type myInputStuct;
/* Real-time model */static RT_MODEL_autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_T autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_M_;RT_MODEL_autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_T *const autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_M = &autoMBD_example_PI_ObjectiveDD_M_;
/* Model step function */voidautoMBD_example_PI_ObjectiveDD_step(void){/* Sum: '<Root>/Sum2' incorporates:   *  Inport: '<Root>/InSig'   */  g_Err = myInputStuct.myInput.Req_Ctrl - myInputStuct.myInput.Feedback;
/* Gain: '<Root>/Ki' incorporates:   *  DataStoreWrite: '<Root>/Data Store Write'   */  InternalStoreMemory = myParam_Ki * g_Err;
/* DiscreteIntegrator: '<Root>/Discrete-Time Integrator' incorporates:   *  DataStoreWrite: '<Root>/Data Store Write'   */  DiscIntegState = 0.001F * InternalStoreMemory + DiscIntegState;
/* Sum: '<Root>/Sum1' incorporates:   *  Gain: '<Root>/Kp'   */  g_PI_Ctrl = myParam_Kp * g_Err + DiscIntegState;
/* Outport: '<Root>/PI_Ctrl' */  set_myOutput(g_PI_Ctrl);}如果阅读一下上面的代码，可以发现代码的可读性大大提高了。更多其他生成的代码，读者可以自行运行tA36模型查看。

3  数据对象和数据字典总结数据对象和数据字典的介绍，到本篇算是告一段落了。由于数据对象和数据字典的内容在实际应用中比较常用，所以花了较多笔墨。希望读者能有所收获。理解数据对象和数据字典，最重要的是理解数据与模型之间的关系。笔者认为包括以下三点：

独立性：有利于数据和模型分别的迭代开发、管理；

通用性：一份数据供多个模型使用，或一个模型快速变更不同数据；

操作性：可以通过.m脚本实现自动化测试和管理。

然后就是数据对象对代码生成的控制，主要是通过代码生成属性来实现的，数据存储类起了非常重要的作用。
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