基于单片机的快速代码生成方法

邓 盼，侯志敏

（成都信息工程学院 四川 成都 610225）

随着软硬件技术的不断发展，系统的开发周期显得越来越重要，但开发的时间与系统安全性之间又有一定的冲突。假如依旧采用传统的编写代码的方式，显然企业将会失去很多的机会。文中介绍一种基于模型的快速代码生成的方法，可以满足这种高性能和快节奏研发的需求[1]。MATLAB集成了各类应用领域的专用库函数和模块，用于数值计算、系统建模的软件包[2]。

Simulink工具可以对分系统或单个仿真模型进行设计[3]。RTW（Real－Time Workshop）是 MATLAB 提供的自动化代码生成工具，将Simulink模型框图转化为标准的C语言代码[4]。学会利用MATLAB/Simulink创建仿真模型，利用MATLAB RTW工具，通过这种方式在IAR环境中对Simulink模型进行集成和调用，从而辅助在科研及工程实践中准确、通用快速的建立分布交互仿真体系结构下的嵌入式系统仿真模型[3]。该方式主要利用Matlab的RTW（Real－TimeWorkshop）工具箱的代码生成功能[6]。本文介绍一种基于MATLAB/RTW实现实时仿真与嵌入式系统开发的方法，方法涉及以下的开发环境：

Microsoft Windows 7；

1 嵌入式开发技术的基本流程

该方式主要利用 Matlab的 RTW（Real－TimeWorkshop）工具箱的代码生成功能。采用IAR作为中间工具，将RTW生成的C语言代码转为为在单片机中可以运行的HEX文件，最后通过Proteus软件来验证代码的正确性，基本流程如图1所示。

图1 嵌入式开发技术的基本流程Fig.1 The basic flow of embedded development technology

2 建立了Simulink模型并生成了RTW代码

到此模型代码生成的前期工作已经准备完毕，保存好模型，取名为key_test。下一步就是打开Real-Time Work-shop选项中的Build按钮，之后Matlab将自动生成模型代码。在Matlab的命令窗口中显示如下内容：

到此，模型的代码也成功生成。

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

3 RTW生成代码

3.1 RTW生成代码的原理

RTW可以直接从Simulink模型生成代码并且自动建立可以在不同环境下运行的程序，这些环境包括实时系统和单机仿真。RTW为用户系统设计到简单实现提供了简易的接口，它的代码生成器完全结构化，可开放可扩展。此外，RTW还为用户提供了TLC（目标语言编译器）以扩充自身的功能，使得生成的实时代码能够在不同的环境下运行，这主要是通过生成目标板硬件的硬件驱动程序实现的。

RTW提供了两种实现方式：一般模式和外部模式。一般模式下，RTW生成模型的实时源程序和可执行程序，直接在目标机的实时操作系统上运行，但是不提供实时监控和实时参数修改的功能。

RTW允许自定义构造，它既可以在自定义环境下工作，也可以在已经存在的环境下工作。构造 （Build）过程有make_rtw文件控制。首先，make_rtw文件编译simulink的模块框图，生成exmodel.rtw文件，然后make_rtw启动TLC产生代码，接着，make_rtw文件调用模块make文件grt_default.tmf生成exmodel.mk文件。最后，如果目标主机与Hos宏定义相匹配，就调用make文件从源程序生成可执行程序。

此外，make是一个功能函数，它可以编辑和连接生成码，并且生成可执行程序。RTW调用make建立实时可执行程序，make文件由模板make文件生成，生成的make文件的名字是exmodel.mk，通过修改make文件可以对构造过程进行定制。RTW将exmodel.mk传递给make功能函数，make直接负责编译模型源程序和链接。

MATLAB本身会为用户提供一些适用于各类目标硬件的目标文件，但是在实际应用的过程中往往会受到用户需求的限制，因此，建议选择grt_tlc作为系统目标文件，但是grt_tlc生成的代码是运行于DOS下的，缺少一些与目标硬件相匹配的中断向量表和存储器配置等文件。

3.2 RTW生成代码

RTW生成的代码都源于模板，下面这个例子中所选择的模板是War.tlc。下面介绍该算法所涉及的函数与数据结构。

用RTW自动生成的代码包含如下函数：

1）Main，包含在war_main.c文件中，是算法的主要函数，由它调用其他的函数。

2）rt_OneStep，包含于war_main.c文件中，是算法的最主要结构，由Main调用，同时也调用Matlab_Test_step函数用以完成了模型的具体操作要求。

3）Matlab_Test_initialize，包含在 Matlab_Test.c 文件中，由Main函数来调用，用来初始化模型。

4）Matlab_Test_step，包含在Matlab_Test.c中，由rt_One Step调用，在该函数中描述具体模型的输入与输出的关系。

用RTW自动生成的代码包含如下数据的结构：

①Matlab_Test_Y，用以存储输出信号的量值。

②用Matlab_Test_U，用以存储输入信号的量值。

4 采用IAR将RTW生成的C语言转为HEX文件

打开IAR，建立一个空工程，并加入生成的代码，生成IAR工程，单击右键，在菜单中选择Options，在对话框中的General Options目录下的Target子页面中选择芯片类型MSP430F2252，在Linnker目录下的Output子页面中，将输出文件名定义为Key_board.hex，并在Output项中选择intelextended，再单击工具栏按钮，编译工程（图3），窗口下部的信息显示编译成功。

5 实验仿真结果

打开Proteus软件，新建一个工程文件，选择MSP430F 2252，正确地连接基本电路；连接好的电路图如图4所示。

点击Debug菜单后，选择Use Remote Debug Monitor的选项。然后，双击MSP430F2252器件，之后弹出来器件编辑对话框，最后在Program File选项中选择IAR所生成的HEX文件，进行仿真实验。

图3 编译信息Fig.3 Compile information

图4 Proteus运行示意图Fig.4 The schematic of running proteus

6 结 论

实验结果证明，基于Matlab环境下生成的代码的可靠性很高。通过Proteus的仿真结果可以看出来，由Matlab生成的代码同样具有正确性。节省了很多繁重的工作和时间，具有很大的实际指导意义。

[1]王正林，王盛开，陈国顺，等.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]葛哲学.精通Matlab[M].北京:电子工业出版社，2008.

[3]汤涤.系统实时仿真开发环境与应用[M].北京:机械工业出版社，2003.

[4]陈永春.从Matlab/Simulink模型到代码实现[M].北京:机械工业出版社，1999.

[5]蔡毅.基于MATLAB/RTW实时仿真系统的设计与研究[D].天津：天津大学，2005.

[6]刘思久，孙莹，赵蔚，等.基于Matlab/RTW的控制系统一体化设计方法[J].哈尔滨理工大学学报，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.