導(dǎo)言-一個(gè)基于模型的例子

使用Arduino在simulink中搭建的LED閃爍的一個(gè)例子如圖1所示，相比之前C語(yǔ)言代碼實(shí)現(xiàn)的方式，這里沒(méi)有寫(xiě)一行代碼就實(shí)現(xiàn)了LED閃爍。讀者有沒(méi)有感覺(jué)這種開(kāi)發(fā)方式即簡(jiǎn)單又方便，要實(shí)現(xiàn)什么功能就直奔主題，不用一行一行的敲代碼、排查代碼錯(cuò)誤。圖1只是arduino其中的I/O輸出外設(shè)，在圖2中還有其它很多外設(shè)可以使用，再結(jié)合matlab強(qiáng)大的功能，讀者可以實(shí)現(xiàn)很多實(shí)際應(yīng)用。

圖1 Arduino-simulink的LED閃爍模型

圖2 simulink中arduino其它外設(shè)的模型

任意單片機(jī)基于模型開(kāi)發(fā)方式

并不是每一個(gè)芯片廠商都有足夠的人力和資金投入到主流開(kāi)發(fā)軟件的生態(tài)適配，目前除了市面上用的比較火的幾款單片機(jī)(STM32、TMS320F28xx、S32K等)和Arduino平臺(tái)可以直接使用Matlab的硬件支持包直接開(kāi)發(fā)外，其它單片機(jī)沒(méi)辦法直接使用，這里給大家介紹一種萬(wàn)能的方式，可以在任意單片機(jī)上使用基于Simulink模型開(kāi)發(fā)方式。

1、8051單片機(jī)上運(yùn)行Simulink模型代碼

第1步：搭建Simulink模型

如圖3 所示，，這里使用了三個(gè)庫(kù)，分別是“Delay(延時(shí)模型)”、“Logical Operator-NOT(邏輯操作-非模型)”和“out(輸出端口模型)”，這里的輸出端口為了方便代碼移植將名字改為L(zhǎng)ED。

圖3 LED閃爍simulink模型

第2步：設(shè)置模型生成參數(shù)并生成代碼

如圖4所示，點(diǎn)擊按鈕“Model Configuration Parameters”對(duì)simulink進(jìn)行設(shè)置。

圖4 simulink設(shè)置按鈕

如圖5所示，在彈出的“Configuration Parameters:xxxx”窗口中找到“Solver”欄，并點(diǎn)擊設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，按照?qǐng)D中的設(shè)置，完成后點(diǎn)擊“Apply”。

圖5 “Solver”欄參數(shù)設(shè)置

如圖6所示，在“Hardware Implementtation”欄中設(shè)置硬件參數(shù)，按照?qǐng)D中的設(shè)置進(jìn)行操作，完成后點(diǎn)擊“Apply”。

圖6 “Hardware Implementtation”欄參數(shù)設(shè)置

如圖7所示，點(diǎn)擊“Code Generation”欄，設(shè)置代碼生成參數(shù)，完成后點(diǎn)擊“Apply”。

圖7 “Code Generation”參數(shù)設(shè)置

如圖8所示，點(diǎn)開(kāi)“Code Generation”左邊的“>”符號(hào)，在子欄目中找到“Code Style”項(xiàng)設(shè)置代碼生成風(fēng)格，完成后點(diǎn)擊“Apply”。

圖8 “Code Style”欄設(shè)置

如圖9所示，點(diǎn)開(kāi)“Code Generation”左邊的“>”符號(hào)，在子欄目中找到“Code Placement”中設(shè)置“File packaging format”參數(shù)，完成后點(diǎn)擊“Apply”，到這一步，所有參數(shù)都設(shè)置完成，然后點(diǎn)擊“OK”按鈕。

圖9 “Code Placement”欄設(shè)置

如圖10所示，點(diǎn)擊按鈕“Build Model”生成代碼。

圖10 點(diǎn)擊生成模型代碼

代碼生成根據(jù)電腦性能不同，需要的時(shí)間也不一樣，稍等一會(huì)兒，彈出“Code Generation Report”窗口報(bào)告，如圖11所示，在這個(gè)窗口中可以看到整個(gè)模型生成了三個(gè)文件，分別是“ert_main.c”、"LED_Blink.c"和"LED_Blink.h"，然后在LED_Blink.slx文件所在的目錄下多了一個(gè)“LED_Blink_ert_rtw”名字的文件夾，生成的三個(gè)文件也包含在當(dāng)中；看這三個(gè)代碼有點(diǎn)像之前講的模塊化編程方式命名。

圖11 LED_Blink模型代碼生成報(bào)告

第3步：將simulink生產(chǎn)的代碼添加到8051單片機(jī)工程中

這一步也是整個(gè)過(guò)程中最關(guān)鍵部分，也是在很多資料中一直沒(méi)講清楚的部分，將生成的代碼移植到51單片機(jī)工程中去。先新建一個(gè)名字(其它名字也可以，只要正確建立Keil工程即可)為“LED_Blink”的Keil工程，工程的存放路徑放在剛剛模型生成代碼"Blink→LED_Blink_ert_rtw“文件夾下，如圖12所示。

圖12 在生成模型文件夾下建一個(gè)Keil工程

打開(kāi)剛剛建立的Keil工程，將ert_main.c和LED_Blink.c文件添加到”Source Group 1“中，如圖13所示。

圖13 模型代碼添加

在剛剛添加的文件中雙擊打開(kāi)ert_main.c，在下面代碼位置處加入8051單片機(jī)的內(nèi)容，代碼如下所示:

#include < stddef.h >
#include < stdio.h >                     /* This ert_main.c example uses printf/fflush */
#include "LED_Blink.h"                 /* Model's header file */
#include "rtwtypes.h"


#include < REGX52.H >                   /* 添加51單片機(jī)頭文件 */




/*********** 變量定義 *************/


#define MAIN_CLOCK      12000000
#define SYSTEM_DELAY    1000        /* 系統(tǒng)周期1ms */


#define LED_TASK_TIME   500         /* SYSTEM_DELAY*0.500 = 500ms任務(wù) */




uint16_T LED_Task_Count = LED_TASK_TIME;  /* 任務(wù)定時(shí)器變量 */


void SYSTEM_T0_Init( void );              /* 定時(shí)器0初始化函數(shù) */

添加單片機(jī)代碼

然后在ert_main.c文件中添加定時(shí)器初始化代碼，如下所示：

void SYSTEM_T0_Init( void )
{
    /* 定時(shí)器0配置為16位定時(shí)器，當(dāng)溢出時(shí)手工重裝 */
    /* 清除所有有關(guān)T0的位 (T1不變) */
    TMOD &= 0xF0; 
    /* 設(shè)置所需的T0相關(guān)位 (T1 不變) */
    TMOD |= 0x01; 


    /* 停止定時(shí)器0 */
    TR0 = 0;        

    /* 設(shè)置定時(shí)器重裝值 */
    /* 我們這里設(shè)置1ms產(chǎn)生一次中斷 */
    /* 定時(shí)器低8位賦值 */
    TL0  = 65536 -(MAIN_CLOCK/SYSTEM_DELAY/12);      
    /* 定時(shí)器高8位賦值 */
    TH0  = (65536-(MAIN_CLOCK/SYSTEM_DELAY/12)) >>8; 

    /* 啟動(dòng)T0 */
    TR0  = 1;

    /* 使能定時(shí)器T0中斷 */
    ET0  = 1;
}

在ert_main.c中編寫(xiě)定時(shí)器中斷代碼，如下所示：

/*************************************
** 函 數(shù) 名：SYSTEM_Tick_Update() interrupt 1
** 輸入?yún)?shù)：none
** 返 回 值：none
** 說(shuō)    明：定時(shí)器T0中斷入口函數(shù)
**************************************/
void SYSTEM_Tick_Update( void ) interrupt 1
{

    /* 停止定時(shí)器0 */
    TR0 = 0;        


    /* 設(shè)置定時(shí)器重裝值 */
    /* 我們這里設(shè)置1ms產(chǎn)生一次中斷 */
    /* 定時(shí)器低8位賦值 */
    TL0  = 65536 -(MAIN_CLOCK/SYSTEM_DELAY/12);      
    /* 定時(shí)器高8位賦值 */
    TH0  = (65536-(MAIN_CLOCK/SYSTEM_DELAY/12)) >>8; 


    /* 啟動(dòng)T0 */
    TR0  = 1;


    /* LED Task 任務(wù)計(jì)時(shí)器*/
    LED_Task_Count--;
}

定時(shí)器中斷函數(shù)代碼

在main主函數(shù)中對(duì)代碼進(jìn)行修改，如下所示：

int_T main()
{


    /* Initialize model */
    LED_Blink_initialize();

    /* 定時(shí)器0 初始化 */
    SYSTEM_T0_Init();

    /* 使能總中斷，這樣定時(shí)器0才會(huì)啟動(dòng) */ 
    EA = 1;


    /* Attach rt_OneStep to a timer or interrupt service routine with
     * period 0.2 seconds (the model's base sample time) here.  The
     * call syntax for rt_OneStep is
     *
     *  rt_OneStep();
     */
      while (rtmGetErrorStatus(LED_Blink_M) == (NULL)) {
    /*  Perform other application tasks here */
    if(LED_Task_Count<=0)
       {
            LED_Task_Count = LED_TASK_TIME;

            rt_OneStep();

            /*輸入/輸出接口放置位置*/ 
            P1_0 = LED_Blink_Y.LED;

       }
    }


    /* Disable rt_OneStep() here */


    /* Terminate model */
    LED_Blink_terminate();
    return 0;
}

main函數(shù)中代碼

第4步：編譯Keil工程并運(yùn)行代碼

點(diǎn)擊Keil編譯按鈕編譯代碼，然后將代碼燒錄到實(shí)際芯片中或使用Pretous仿真驗(yàn)證代碼。到這里大家就完成了在51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)LED閃爍Simulink模型代碼移植的例子，LED閃爍的頻率實(shí)際由宏定義#define LED_TASK_TIME 500來(lái)控制，在8051單片機(jī)上運(yùn)行該代碼時(shí)LED將以500ms的周期翻轉(zhuǎn)。

2、simulink生成模型代碼剖析

關(guān)于8051單片機(jī)怎么搭建簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)框架可以參考網(wǎng)絡(luò)上其他文章或關(guān)注作者的后續(xù)文章，這里就不再贅述，如圖14所示的LED閃爍模型，實(shí)際上就是運(yùn)行模型生成的rt_OneStep()函數(shù)，每個(gè)Simulink生成的模型里面都會(huì)有這個(gè)函數(shù)，rt_OneStep()運(yùn)行完之后所有通過(guò)輸入端的數(shù)據(jù)都會(huì)在搭建的模型邏輯中處理，然后通過(guò)輸出端輸出處理完后的數(shù)據(jù)，在LED閃爍模型中，沒(méi)有輸入端，只有輸出端，所以模型每運(yùn)行完一次，里面的邏輯翻轉(zhuǎn)一次輸出端口LED狀態(tài)，即LED_Blink_Y.LED的數(shù)據(jù)，然后只需將模型輸出端口與實(shí)際物理端口關(guān)聯(lián)即可，這里關(guān)聯(lián)的是P1_0端口，則最終表現(xiàn)出來(lái)的效果就是P1_0狀態(tài)，即模型每運(yùn)行一次，P1_0端口電平發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，P1_0端口有連接LED，LED就會(huì)一直閃爍。

圖14 基于模型LED程序執(zhí)行流程

下面再深入到rt_OneStep()函數(shù)詳細(xì)了解下它到底在里面做了什么事情，是不是與前面所說(shuō)的一致，rt_OneStep()函數(shù)詳細(xì)內(nèi)容，函數(shù)中的其它內(nèi)容暫時(shí)不管，可以看到里面關(guān)鍵的一步，調(diào)用了LED_Blink_step()函數(shù)，具體代碼如下所示：

void rt_OneStep(void)
{
    static boolean_T OverrunFlag = false;


    /* Disable interrupts here */


    /* Check for overrun */
    if (OverrunFlag) {
        rtmSetErrorStatus(LED_Blink_M, "Overrun");
        return;
    }


    OverrunFlag = true;


    /* Save FPU context here (if necessary) */
    /* Re-enable timer or interrupt here */
    /* Set model inputs here */


    /* Step the model */
    LED_Blink_step();


    /* Get model outputs here */


    /* Indicate task complete */
    OverrunFlag = false;


    /* Disable interrupts here */
    /* Restore FPU context here (if necessary) */
    /* Enable interrupts here */
}

然后再到LED_Blink_step()函數(shù)中查看具體內(nèi)容，在主函數(shù)中調(diào)用的LED_Blink_Y.LED在該函數(shù)中可以找到具體的邏輯。至此，LED閃爍模型的整個(gè)代碼分析完成。其它模型也可以采用類似的方式來(lái)分析，具體代碼如下所示：

void LED_Blink_step(void)
{
    boolean_T rtb_Delay;


    /* Delay: '< Root >/Delay' */
    rtb_Delay = LED_Blink_DW.Delay_DSTATE[0];


    /* Outport: '< Root >/LED' incorporates:
     *  Delay: '< Root >/Delay'
     */
    LED_Blink_Y.LED = LED_Blink_DW.Delay_DSTATE[0];


    /* Update for Delay: '< Root >/Delay' incorporates:
     *  Logic: '< Root >/Logical Operator'
     */
    LED_Blink_DW.Delay_DSTATE[0] = LED_Blink_DW.Delay_DSTATE[1];
    LED_Blink_DW.Delay_DSTATE[1] = !rtb_Delay;
}