基于單片機的快速代碼生成方法

鄧 盼，侯志敏

（成都信息工程學院 四川 成都 610225）

隨著軟硬件技術的不斷發展，系統的開發周期顯得越來越重要，但開發的時間與系統安全性之間又有一定的沖突。假如依舊采用傳統的編寫代碼的方式，顯然企業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奏研發的需求[1]。MATLAB集成了各類應用領域的專用庫函數和模塊，用于數值計算、系統建模的軟件包[2]。

Simulink工具可以對分系統或單個仿真模型進行設計[3]。RTW（Real－Time Workshop）是 MATLAB 提供的自動化代碼生成工具，將Simulink模型框圖轉化為標準的C語言代碼[4]。學會利用MATLAB/Simulink創建仿真模型，利用MATLAB RTW工具，通過這種方式在IAR環境中對Simulink模型進行集成和調用，從而輔助在科研及工程實踐中準確、通用快速的建立分布交互仿真體系結構下的嵌入式系統仿真模型[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實現實時仿真與嵌入式系統開發的方法，方法涉及以下的開發環境：

Microsoft Windows 7；

1 嵌入式開發技術的基本流程

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 嵌入式開發技術的基本流程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準備完畢，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境下運行的程序，這些環境包括實時系統和單機仿真。RTW為用戶系統設計到簡單實現提供了簡易的接口，它的代碼生成器完全結構化，可開放可擴展。此外，RTW還為用戶提供了TLC（目標語言編譯器）以擴充自身的功能，使得生成的實時代碼能夠在不同的環境下運行，這主要是通過生成目標板硬件的硬件驅動程序實現的。

RTW提供了兩種實現方式：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行程序，直接在目標機的實時操作系統上運行，但是不提供實時監控和實時參數修改的功能。

RTW允許自定義構造，它既可以在自定義環境下工作，也可以在已經存在的環境下工作。構造 （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產生代碼，接著，make_rtw文件調用模塊make文件grt_default.tmf生成exmodel.mk文件。最后，如果目標主機與Hos宏定義相匹配，就調用make文件從源程序生成可執行程序。

此外，make是一個功能函數，它可以編輯和連接生成碼，并且生成可執行程序。RTW調用make建立實時可執行程序，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文件可以對構造過程進行定制。RTW將exmodel.mk傳遞給make功能函數，make直接負責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硬件的目標文件，但是在實際應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作為系統目標文件，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與數據結構。

用RTW自動生成的代碼包含如下函數：

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

2）rt_OneStep，包含于war_main.c文件中，是算法的最主要結構，由Main調用，同時也調用Matlab_Test_step函數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函數來調用，用來初始化模型。

4）Matlab_Test_step，包含在Matlab_Test.c中，由rt_One Step調用，在該函數中描述具體模型的輸入與輸出的關系。

用RTW自動生成的代碼包含如下數據的結構：

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 論

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

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

[2]葛哲學.精通Matlab[M].北京:電子工業出版社，2008.

[3]湯滌.系統實時仿真開發環境與應用[M].北京:機械工業出版社，2003.

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

[5]蔡毅.基于MATLAB/RTW實時仿真系統的設計與研究[D].天津：天津大學，2005.

[6]劉思久，孫瑩，趙蔚，等.基于Matlab/RTW的控制系統一體化設計方法[J].哈爾濱理工大學學報，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.