xPC—target快速原型化技術綜述

童偉男

【摘 要】xPC-target是一個實時的內核系統，是由Mathworks公司基于RTW框架體系提供和發行的產品。本文首先介紹了xPC-target快速原型化技術，仔細分析了xPC-target快速原型化系統的組成結構，最后講述了xPC-target API接口部分。結果表明xPC-target快速原型化技術有著很強的實用性。

【關鍵詞】xPC-target；快速原型化技術；xPC-target API；RTW框架體系

【Abstract】XPC-target is the kernel of a real-time system， is provided by the Mathworks company based on the framework of RTW system and distribution of products. This paper first introduces the xPC-target， rapid prototyping technology， carefully analyses the xPC-target rapid prototyping system structure， finally tells the story of xPC-target API interface section. Results indicate that xPC-target， rapid prototyping technology has strong practicality.

【Key words】xPC-target；Rapid prototyping technology；xPC-target API；RTW framework

0 引言

xPC-target是一個實時的內核系統，是由Mathworks公司基于RTW框架體系提供和發行的產品。該系統采用32位保護模式運行在目標機上，用于產品的原型開發和測試。支持多種類型的I/O設備，用戶只需安裝相關軟件和編譯器就可將一個PC兼容機作為xPC目標實時系統。在了解了以上的基礎上，我們便可以理解到xPC-target在實時仿真方面有著其獨特的優勢。

1 xPC-target快速原型化技術介紹

xPC-target作為matlab/simulink的一個工具箱，是一種基于標準PC硬件的實時系統進行設計、測試、調參的解決方案。xPC目標采用雙機模式，即宿主機（上位機）控制目標機（下位機）的技術途徑，目標機可以通過擴展各種I/O板卡與外交換信息形成閉環控制系統，從而實現研發測試功能。

xPC-target的功能強大，操作簡單，用戶可以很方便實現對實時系統的快速原型化、測試和配置功能。普通配置的PC機都可以作為目標機嵌入xPC實時系統，在此系統中實時運行Simulink和RTW通過編譯生成的應用程序。

具有豐富的I/O設備驅動模塊庫，支持多種CAN總線。

宿主機和目標機通信通過RS232串口或者以太網TCP/IP協議實現。

MATLAB應用程序界面采用客戶/服務模式，提供了九十多種函數用于宿主機對目標機的控制。

可以在程序運行時從宿主機或者目標機上動態調參。

在宿主機和目標機上都可以進行交互式的數據可視化和信號跟蹤。

支持Microsoft Visual C/C++ 5.0以上版本的開發工具。

xPC目標采用雙機模式，在上位機和下位機的選取時有多種方式。

2 xPC-target快速原型化系統組成

上位機：可以是一般的筆記本或臺式機，運行matlab/simulink，建立仿真模型，使用MATLAB環境下的RTW（Real Time Workshop），通過關聯到xPC工具箱的編譯器，自動將simulink模型轉化為高效的可執行C代碼，并且通過RS232或者TCP/IP通信協議，將該程序從上位機中下載至目標機中實時地運行。如使用TCP/IP通信協議，通過交換機可以實現一臺上位機控制多臺目標機的功能。

將simulink模型設置為外部模式下，可以在上位機中直接在線調整simulink模塊或者變量參數，實現在線調參；通過設置host scope 可以實現在上位機中任意觀測目標機中變量波形。

目標機：可以是具有PCI插槽的臺式機或者工控機，通過上位機生成的啟動盤（U盤或者光盤）啟動，運行啟動盤中的實時系統，以運行上位機下載的C代碼，在本論文中的風機換流器的閉環控制系統中，由于涉及到電力電子原件，需要盡可能的降低運行步長，可以使目標機運行方式采用“polling”模式，而非中斷模式，可以在運算時間不溢出的前提下最大限度降低運行步長，在計及多功能數據采集卡、網絡通信模塊（此處不是與上位機進行通信）與模型運行時間，可以將最大運行步長控制在50微秒以下。

3 xPC-target API接口介紹

xPC-target 的API應用程序編程接口允許用戶自定義U/I界面?？赏ㄟ^其他軟件調用相應程序，實現自定義監控與控制面板。

API是應用程序編程接口（Application Program Interface）的簡稱，是操作系統留給應用程序的一個調用接口。API是一些預先定義的函數，目的是提供應用程序與開發人員基于某軟件或硬件的以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內部工作機制的細節。一個API就是一個規范，它規定了兩個軟件之間的數據交換方式。xPC-target提供了多個API，這些接口提供了相同的功能來定制的解決方案，用戶可以創建自定義應用程序來控制實時應用程序在目標上運行。xPC-target為用戶創建自己的宿主機圖形界面提供一系列的API函數，用來處理上下位機之間的通信，管理目標機程序以及信號的監視和參數的調整，通過這些函數用戶可以創建控制目標機實時程序的界面。xPC-target有兩個很強的應用程序接口，分別是xPC-target API和xPC-target COM API。通過這兩種接口方式用戶可以充分的進行控制和觀測信號完成對界面操作的相關功能。

1）xPC-target API

使用xPC-target API用戶可以實現以下功能：

1 通過以太網或者串口建立主機和目標機之間的通信；

2 加載目標應用程序dlm文件到目標計算機；

3 在目標機上運行加載的應用程序；

4 監視目標應用程序在目標機上的運行狀況；

5 控制應用程序在目標機上的開始和停止；

6 將應用程序從目標機上卸載；

7 關閉主機和目標機之間的連接。

2）xPC-target COM API

xPC-target COM API是一個開放的應用程序開發環境接口，應用于微軟COM標準和xPC-target進行協調工作。xPC-target COM API 提供與xPC-target 相同功能的函數組。xPC-target API是C函數的動態鏈接庫，xPC-target COM API 是組織在一起的對象，類和函數的集合。可以通過一些圖形開發界面來操作這個集合。使用這些圖形開發環境可以建立能和xPC-target 應用程序交互的用戶界面程序。

4 結論

本文介紹了xPC-target快速原型化系統結構的組成以及xPC-target API的接口部分。通過對xPC-target硬件及軟件的講述表明了xPC-target技術的可實用性。

[責任編輯：湯靜]