C语言编写S函数方法.pdf
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C语言编写S函数方法.pdf
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S函数(systemfunction)是模块的核心,是完成功能实现的关键。
S函数的编写可以使用多种程序语言,其中M语言是最常用的,同时也是最简单的。
在运用M语言进行s函数编写的时候,可以调用MATLAB提供的函数,简化了开发过程。
但是如果要与其他进程通讯或驱动外部硬件接口,则要调用API函数,这样就需要用C语言来开发S函数。
较M语言的开发,C语言开发S函数更具有灵活性,但是相对复杂一些。
C语言写S函数,顾名思义,运用C语言语法,依照S函数格式要求,最后在MATLAB中MEX命令编译,编译成功既得函数。
S函数格式可简单看成:
初始化、采样时间设定、系统输出、结束四个部分。
对应的函数分别为mdlInitializeSizes()、mdlInitializeSampleTimes()、mdlOutputs()、mdlTerminate()。
这四个函数是一个S函数必不可少的,缺少任何一个在编译的时候都无法通过,输出信息会提示哪个函数没有写。
一个最基本的C语言S函数模版如下:
#defineS_FUNCTION_NAMEname#defineS_FUNCTION_LEVEL2#include“simstruc.h”StaticvoidmdlInitializeSizes(SimStruct*S)StaticvoidmdlInitializeSampleTimes(SimStruct*S)StaticvoidmdlOutputs(SimStruct*S,int_Ttid)StaticvoidmdlTerminate(SimStruct*S)#ifdefMATLAB_MEX_FILE#include“Simulink.c”#else#include“cg_sfun.h”#endifS函数的运行依托于Simulink,Simulink的运行是采用循环方式,计算各采样时间点的系统状态得到的,由此可理解S函数,在初始化之后,S函数也通过循环完成输出状态计算。
结合上述格式,首先自定义S函数名称,然后定义S函数级别,这里写2,1级是老版本Simulink使用的,现已经不是用,之所以保留1级是为了兼容原有的老程序,现在写的S函数都是2级的。
接下来将需要的头文件包含进来,这里必须包含simstruc.h文件,这里的SimStruc是Simulink提供的数据结构,S函数中的输入输出等信息都包含在这个结构体中,同时,在编写S函数的时候也要把使用到的C语言库中的头文件包含进来,所有的C语言库文件在这里都可以使用。
接下来即可按照格式顺序编写代码。
最后要注意,如果用于仿真则添加Simulink.c文件,如果用于RTW代码生成,则添加cg_sfun.h头文件。
这里的RTW代码生成是指非内嵌的S函数,如果要做一个内嵌的S函数则需要在S函数中添加mdlRTW()函数,并额外编写TLC文件。
其中,TLC文件用于优化的C代码生成,mdlRTW()函数则把模块参数传递到生成的代码当中。
具体TLC文件的编写方法这里不再赘述。
除了上述必需的函数外,系统提供了其他可选用的函数,功能各异,例如mdlStart()等。
只要理解了Simulink运行方式就可以理解文件的开发过程了,其中,系统函数和特定的变量类型都可以在SimStruct数据结构中找到。
至此,基本的S函数都可以编写了。
在编写结束后,将S函数源文件存储在MATLAB路径下,打开MATLAB命令行窗口,选择当前路径为存储路径,运用MEX命令编译C源文件,如果成功则在当前路径下生成一个后缀名为mexw32的文件(后缀名随系统环境不同而不同,32指32位系统,如果是64位系统则不同),如果使用的是MATLAB早期版本,则生成的文件后缀名为dll,即动态链接库。
两者等价,这里可以用dll来理解mexw32文件的作用。
当S函数编译写好之后,还不能在Simulink中直接调用,因为缺少一个可视化的模块。
这时候打开Simulink,在用户自定义模块库中找到名称为S_function的模块,并将它拖拽到模型文件中。
可以把它看成一个S函数的通用的容器,下面介绍如何把编写好的S函数放入这个容器,即模块封装。
下面讲解S函数的模块封装方法:
右键点击S函数模块,选择MASK选项,弹出封装编辑框,在这里有四个栏,分别为图标、参数、初始化、文档。
其中参数最为重要。
图标即模块上显示的图形,可以编辑自己需要的文字,也可以用图片包装模块。
初始化可以对模块参数进行默认设置,文档中可以编写模块说明和帮助链接。
而最重要的参数栏中,要把模块对应的S函数的参数列出来,每一个参数有三种形式:
编辑、下拉框、复选框。
如果是下拉框形式,要编辑对应的选项。
如果S函数需要响应不同操作,可以对每一个参数选择编写对应的回调函数。
值得一提的是,可以用set_param()函数直接对封装模块进行操作,可以实现更加灵活的封装。
封装编辑好后,右键点击S函数模块选择LOOKUNDERMASK选项,在弹出的对话框中,首先填写原文件,把编译过的文件(mexw32)放置在当前目录下,在对话框中正确填写文件名(不写后缀),然后再把封装时定义的参数变量按顺序写在参数框中,每个参数用逗号隔开,注意变量名必须与封装填写的名称一致,且数目相同。
最有一个框不用填写。
点击OK。
则完成了对S函数的模块封装。
完成上述两个步骤之后,即完成了自定义的Simulink驱动模块,这时要做的工作是对该模块经行测试。
若测试通过,可以将该模块添加进Simulink模块库,和Simulink提供的模块并没有任何的区别,方便以后工作中的重复利用。
若测试未通过,则返回S函数编写工作中,重新编写S函数,重复上述步骤。
由于封装只是一个将S函数图形化的过程,当测试出现问题的时候,可以确定是S函数的工作出现了问题,而不是因为封装引发的。
由于水平有限,这里讲解不那么易于理解,可以在学习过程中,参照现有程序和MATLAB帮助文档,从自己动手编写简单的S函数入手,一旦完成一次,以后就很好理解了。
4.1CMEX-fileS-function简介简介定义了S-function模块的CMEX-file必须在仿真过程中向Simulink提供模型信息。
在仿真中Simulink、ODE求解器、MEX-file协作完成指定任务。
这些任务包括:
定义初始条件和模块特性,计算微分、离散状态和输出。
Simulink与CMEX-fileS-function模块的交互仍是通过S-function的回调方法。
每个回调方法执行一个预定义的,实现仿真所需功能的任务。
S-function可以执行任何其实现的任务。
一系列CMEX-fileS-function实现的回调方法,都远大于M-fileS-function中的。
与M-fileS-function不同的是,CMEX-file可以访问并修改Simulink内部用来存储S-function信息的数据结构。
更多的回调方法和对Simulink内部数据结构的访问能力,使得CMEX-fileS-function可以实现更丰富的模块特性,如处理矩阵信号和多种数据类型。
CMEX-fileS-function只需实现Simulink定义的回调方法的一个小子集即可。
如果不实现某个回调方法,相应的功能将被省略掉。
这有利于快速开发简单的模块。
通常CMEX-fileS-function的形式如下:
#defineS_FUNCTION_NAMEyour_sfunction_name_here#defineS_FUNCTION_LEVEL2#includesimstruc.hstaticvoidmdlInitializeSizes(SimStruct*S)staticvoidmdlTerminate(SimStruct*S)#ifdefMATLAB_MEX_FILE/*IsthisfilebeingcompiledasaMEX-file?
*/#includesimulink.c/*MEX-fileinterfacemechanism*/#else#includecg_sfun.h/*Codegenerationregistrationfunction*/#endifmdlInitializeSizes是Simulink与S-function交互时调用的第一个方法。
随后Simulink将调用其他S-function方法(都以mdl开头)。
仿真结束时,Simulink调用mdlTerminate。
注意:
与M-fileS-function不同,CMEX-fileS-function回调方法不是每个都具有flag参数。
这是因为,Simulink仿真时直接在适当的时间调用每个回调方法。
4.2自动建立自动建立S-function模块模块S-FunctionBuilder是通过规范定义和用户提供的C代码建立S-function的Simulink模块。
S-FunctionBuilder还用作普通的S-function在Simulink模型中的包装。
通过S-FunctionBuilder建立S-function。
1.将MATLAB当前目录设置到需要建立S-function的目录。
2.创建新的Simulink模型。
3.从SimulinkUser-DefinedFunctionslibrary中将S-FunctionBuilder拖入新建的ulink模型。
4.双击模块打开S-FunctionBuilder对话框。
5.输入所需信息和用户代码。
(详见下节)6.如果还未设置mex编译器,用mexsetup在MATLAB命令行设置。
7.点Build按钮,启动建立过程。
Simulink建立MEX文件实现指定的S-function,并存放在当前目录8.保存包含S-FunctionBuilder模块的模型。
部署生成的S-Function要在其他模型中使用生成的S-Function,首先必须检查生成的S-Function所在的目录是否在MATLAB路径中。
然后把S-FunctionBuilder模块从创建它的模型复制到目标模型并设置其参数。
S-FunctionBuilder如何建立如何建立S-Function4.3S-FunctionBuilder对话框对话框4.4基本的基本的CMEX-fileS-function实例实例本节介绍一个CMEX-fileS-function实例:
timestwo,实现输出信号放大为输入信号的2倍。
以下是模型图:
以下是timestwo.c文件的代码:
#defineS_FUNCTION_NAMEtimestwo#defineS_FUNCTION_LEVEL2#includesimstruc.hstaticvoidmdlInitializeSizes(SimStruct*S)ssSetNumSFcnParams(S,0);if(ssGetNumSFcnParams(S)!
=ssGetSFcnParamsCount(S)return;/*ParametermismatchwillbereportedbySimulink*/if(!
ssSetNumInputPorts(S,1)return;ssSetI
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