基于單片機的快速代碼生成方法

鄧 盼，侯志敏

（成都信息工程學(xué)院 四川 成都 610225）

隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的開發(fā)周期顯得越來越重要，但開發(fā)的時間與系統(tǒng)安全性之間又有一定的沖突。假如依舊采用傳統(tǒng)的編寫代碼的方式，顯然企業(yè)將會失去很多的機會。文中介紹一種基于模型的快速代碼生成的方法，可以滿足這種高性能和快節(jié)奏研發(fā)的需求[1]。MATLAB集成了各類應(yīng)用領(lǐng)域的專用庫函數(shù)和模塊，用于數(shù)值計算、系統(tǒng)建模的軟件包[2]。

Simulink工具可以對分系統(tǒng)或單個仿真模型進行設(shè)計[3]。RTW（Real－Time Workshop）是 MATLAB 提供的自動化代碼生成工具，將Simulink模型框圖轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的C語言代碼[4]。學(xué)會利用MATLAB/Simulink創(chuàng)建仿真模型，利用MATLAB RTW工具，通過這種方式在IAR環(huán)境中對Simulink模型進行集成和調(diào)用，從而輔助在科研及工程實踐中準(zhǔn)確、通用快速的建立分布交互仿真體系結(jié)構(gòu)下的嵌入式系統(tǒng)仿真模型[3]。該方式主要利用Matlab的RTW（Real－TimeWorkshop）工具箱的代碼生成功能[6]。本文介紹一種基于MATLAB/RTW實現(xiàn)實時仿真與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的方法，方法涉及以下的開發(fā)環(huán)境：

Microsoft Windows 7；

1 嵌入式開發(fā)技術(shù)的基本流程

該方式主要利用 Matlab的 RTW（Real－TimeWorkshop）工具箱的代碼生成功能。采用IAR作為中間工具，將RTW生成的C語言代碼轉(zhuǎn)為為在單片機中可以運行的HEX文件，最后通過Proteus軟件來驗證代碼的正確性，基本流程如圖1所示。

圖1 嵌入式開發(fā)技術(shù)的基本流程Fig.1 The basic flow of embedded development technology

2 建立了Simulink模型并生成了RTW代碼

到此模型代碼生成的前期工作已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，保存好模型，取名為key_test。下一步就是打開Real-Time Work-shop選項中的Build按鈕，之后Matlab將自動生成模型代碼。在Matlab的命令窗口中顯示如下內(nèi)容：

到此，模型的代碼也成功生成。

圖2 Simulink模型的建立Fig.2 The establishment of simulink model

3 RTW生成代碼

3.1 RTW生成代碼的原理

RTW可以直接從Simulink模型生成代碼并且自動建立可以在不同環(huán)境下運行的程序，這些環(huán)境包括實時系統(tǒng)和單機仿真。RTW為用戶系統(tǒng)設(shè)計到簡單實現(xiàn)提供了簡易的接口，它的代碼生成器完全結(jié)構(gòu)化，可開放可擴展。此外，RTW還為用戶提供了TLC（目標(biāo)語言編譯器）以擴充自身的功能，使得生成的實時代碼能夠在不同的環(huán)境下運行，這主要是通過生成目標(biāo)板硬件的硬件驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的。

RTW提供了兩種實現(xiàn)方式：一般模式和外部模式。一般模式下，RTW生成模型的實時源程序和可執(zhí)行程序，直接在目標(biāo)機的實時操作系統(tǒng)上運行，但是不提供實時監(jiān)控和實時參數(shù)修改的功能。

RTW允許自定義構(gòu)造，它既可以在自定義環(huán)境下工作，也可以在已經(jīng)存在的環(huán)境下工作。構(gòu)造 （Build）過程有make_rtw文件控制。首先，make_rtw文件編譯simulink的模塊框圖，生成exmodel.rtw文件，然后make_rtw啟動TLC產(chǎn)生代碼，接著，make_rtw文件調(diào)用模塊make文件grt_default.tmf生成exmodel.mk文件。最后，如果目標(biāo)主機與Hos宏定義相匹配，就調(diào)用make文件從源程序生成可執(zhí)行程序。

此外，make是一個功能函數(shù)，它可以編輯和連接生成碼，并且生成可執(zhí)行程序。RTW調(diào)用make建立實時可執(zhí)行程序，make文件由模板make文件生成，生成的make文件的名字是exmodel.mk，通過修改make文件可以對構(gòu)造過程進行定制。RTW將exmodel.mk傳遞給make功能函數(shù)，make直接負責(zé)編譯模型源程序和鏈接。

MATLAB本身會為用戶提供一些適用于各類目標(biāo)硬件的目標(biāo)文件，但是在實際應(yīng)用的過程中往往會受到用戶需求的限制，因此，建議選擇grt_tlc作為系統(tǒng)目標(biāo)文件，但是grt_tlc生成的代碼是運行于DOS下的，缺少一些與目標(biāo)硬件相匹配的中斷向量表和存儲器配置等文件。

3.2 RTW生成代碼

RTW生成的代碼都源于模板，下面這個例子中所選擇的模板是War.tlc。下面介紹該算法所涉及的函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

用RTW自動生成的代碼包含如下函數(shù)：

1）Main，包含在war_main.c文件中，是算法的主要函數(shù)，由它調(diào)用其他的函數(shù)。

2）rt_OneStep，包含于war_main.c文件中，是算法的最主要結(jié)構(gòu)，由Main調(diào)用，同時也調(diào)用Matlab_Test_step函數(shù)用以完成了模型的具體操作要求。

3）Matlab_Test_initialize，包含在 Matlab_Test.c 文件中，由Main函數(shù)來調(diào)用，用來初始化模型。

4）Matlab_Test_step，包含在Matlab_Test.c中，由rt_One Step調(diào)用，在該函數(shù)中描述具體模型的輸入與輸出的關(guān)系。

用RTW自動生成的代碼包含如下數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：

①Matlab_Test_Y，用以存儲輸出信號的量值。

②用Matlab_Test_U，用以存儲輸入信號的量值。

4 采用IAR將RTW生成的C語言轉(zhuǎn)為HEX文件

打開IAR，建立一個空工程，并加入生成的代碼，生成IAR工程，單擊右鍵，在菜單中選擇Options，在對話框中的General Options目錄下的Target子頁面中選擇芯片類型MSP430F2252，在Linnker目錄下的Output子頁面中，將輸出文件名定義為Key_board.hex，并在Output項中選擇intelextended，再單擊工具欄按鈕，編譯工程（圖3），窗口下部的信息顯示編譯成功。

5 實驗仿真結(jié)果

打開Proteus軟件，新建一個工程文件，選擇MSP430F 2252，正確地連接基本電路；連接好的電路圖如圖4所示。

點擊Debug菜單后，選擇Use Remote Debug Monitor的選項。然后，雙擊MSP430F2252器件，之后彈出來器件編輯對話框，最后在Program File選項中選擇IAR所生成的HEX文件，進行仿真實驗。

圖3 編譯信息Fig.3 Compile information

圖4 Proteus運行示意圖Fig.4 The schematic of running proteus

6 結(jié) 論

實驗結(jié)果證明，基于Matlab環(huán)境下生成的代碼的可靠性很高。通過Proteus的仿真結(jié)果可以看出來，由Matlab生成的代碼同樣具有正確性。節(jié)省了很多繁重的工作和時間，具有很大的實際指導(dǎo)意義。

[1]王正林，王盛開，陳國順，等.Matlab/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]葛哲學(xué).精通Matlab[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[3]湯滌.系統(tǒng)實時仿真開發(fā)環(huán)境與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003.

[4]陳永春.從Matlab/Simulink模型到代碼實現(xiàn)[M].北京:機械工業(yè)出版社，1999.

[5]蔡毅.基于MATLAB/RTW實時仿真系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[6]劉思久，孫瑩，趙蔚，等.基于Matlab/RTW的控制系統(tǒng)一體化設(shè)計方法[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2004（9）:29-32.LIU Si-jiu，SUN Ying，ZHAO Wei，et al.based on Matlab/RTW integrated control system design methods[J].Harbin University of Technology，2004（9）:29-32.