基于模型的设计概念

基于模型的设计（Design Based on Model）,可简称为MBD，以MATLAB等软件为平台，让工程师在可视化开发环境中，一边进行需求分析、算法研究、模型与需求分析的双向跟踪、模型验证与优化；另一边进行自动生成C代码的软件在环测试、处理器在环测试、代码的有效性分析、代码与模型的双向跟踪、代码优化、硬件测试等，让算法到嵌入式实时C代码的生成一步到位、一次成功，避免传统开发MCU器件，前期投入大、开发周期长、一般需要重复多次才能成功的弊端。
这一程序设计方法，又被称为快速控制原型（Rapid Controller Prototyping，RCP），把计算机仿真（纯软件）和实时控制（硬件在回路）有机结合起来，用户可把仿真结果直接用于实时控制，极大提高控制系统的设计效率。
目前，此类设计方法中，具有代表性的方案有dSPACE等。dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。

matlab工具箱的安装

由于MATLAB2013a之后的版本中已经将c2000系列DSP移除，所以需要独立安装。
操作步骤：
1.建立一个Mathwork的账号https://cn.mathworks.com
2.以2014b版本为例，主页->资源->附加功能->Get Hardware Support Package/获取硬件支持包

3.找到C2000支持包，选择安装即可

装完可通过管理附加功能来配置

代码生成MBD的考虑

首先，代码生成中，算法和驱动层代码都适合使用代码生成吗？
其次，手工整合代码/混合编程是否等于要手写驱动层代码？
最后，以一个通信模块的设计为例，说明如何利用现有的c程序结合simulink模块，混合编程快速完成代码生成，并且这一过程如何不需要自己再写代码。

底层驱动是否适合代码生成

自动代码生成，有两方面的内容，一方面是应用层代码，如控制策略等核心算法的代码，一方面是硬件驱动层代码，然而在当前的资料也表明，手工代码的底层驱动+代码生成的核心算法是一种常见的开发方式。
需要注意的是，底层驱动，不应当简单视作初始化配置某个外设的寄存器（简单的配置外设其实很简单），还应该考虑它所对接具体模块时，需要的代码，如通信驱动程序，处理配置sci外，还需要通信协议的解析部分；eeprom的驱动程序，除了配置下spi、iic外，还有根据模块编写的按照一定时序的解析程序。
直接利用matlab生成底层驱动代码，确实简化了代码生成的步骤，但是也存在着较多的问题，无论是普通的嵌入式开发，还是汽车行业中的应用，都考虑底层驱动用matlab生成存在问题：

因此， matlab的代码生成方式，手工代码+算法的整合，即硬件驱动自己编写，而算法代码由matlab生成，且通过一些模块将之与matlab算法整合。
另外，从目前的代码生成来看，更注重的是模型验证的效果

手工整合代码/混合编程=必须手写代码？

利用厂商的工具来获得c代码

底层驱动代码，不用matlab的方式，也并意味着需要自己编写c代码
底层代码生成工具，厂商针对性制作的是matlab以外的平台，如意法半导体为自家stm32的cubemx，而目前的趋势是，厂商将其代码生成工具集成于它们过去的开发工具，Microchip的MPLAB IDE，赛灵思的Vivado，英飞凌的DAVE， stm32也有了新的开发工具STM32CubeIDE。
stm32的cubemx代码生成：

英飞凌的dave：

可见，多数厂商都为自家芯片推出了代码生成工具，这些工具不依赖于任何软件，即可生成驱动代码，并且通常可以支持多种开发环境（IDE）。
TI的则同时提供了simulink、plecs、psim等第三方平台的驱动模块。

此外，有更多的厂商既没有在simulink中推出驱动模块，也没有设计自己的代码生成模块，如国产的stc单片机，但是提供了许多驱动程序代码。
TI的controlsuit、c2000ware也为DSP提供了算法库函数

Matlab为C代码嵌入做的工作

针对这些没有驱动模块的厂商，可以采用这几个模块，将已有的c语言代码嵌入工程中，从而可以让任意芯片都能产生代码工程。

这样代码生成，适用性将不再局限于目前已经提供simulink模块的几个厂商。
而且从前面来看，在代码生成的过程中，我们基本也不用自己编写代码，只需要利用已有的模块或者c语言程序，混合调用，快速实现代码生成。

TI的simulink模块-sci为例

更新速度

Simulink的代码生成功能，也是靠这些厂商提供的，但是相比于厂商自家的开发环境，Simulink的模块更新慢，且功能少：
Matlab2018b:

从功能角度看，厂商为matlab等第三方平台增加的代码生成功能，主要在于增加器件支持，功能上增加实质很少。
以TI通信模块，接收模块为例
在18b之中，可以看到这一模块，在此方面没有增加任何新功能：

到了2021b

假设由于多年的积累，功能模块无需增加。
对模块进行研究，这里，接收帧数据的方法是通过包头和包尾判断，或者是利用FIFO中断，收满固定字节数后，进入FIFO中断来处理帧数据。

TI的SCI模块缺失的功能

这里，我们在通信中，如果使用的是串口的RXBKIN和TXINT中断，则没有提供这两个中断的使能位。
如果翻看代码来看，目前代码生成时,SCICTL2对应的几个位都没有被纳入模块

struct  SCICTL2_BITS {       // bit    description
   Uint16 TXINTENA:1;        // 0      Transmit interrupt enable    
   Uint16 RXBKINTENA:1;      // 1      Receiver-buffer break enable
   Uint16 rsvd:4;            // 5:2    reserved
   Uint16 TXEMPTY:1;         // 6      Transmitter empty flag
   Uint16 TXRDY:1;           // 7      Transmitter ready flag  
   Uint16 rsvd1:8;           // 15:8   reserved

}; 

union SCICTL2_REG {
   Uint16               all;
   struct SCICTL2_BITS  bit;
};

与现有协议的冲突

标准modbus协议中，与这里存在矛盾，以常用的03H指令为例
主机发送: 01 03 00 00 00 01 84 0A
从机回复: 01 03 02 12 34 B5 33
/发送数据解析/
01-地址
03-功能码,代表查询功能,其他功能后面再说
00 00-代表查询的起始寄存器地址.说明从0x0000开始查询.
(这里需要说明以下,Modbus把数据存放在寄存器中,通过查询寄存器来得到不同变量的值,一个寄存器地址对应2字节数据;)
00 01-代表查询了一个寄存器.结合前面的00 00,意思就是查询从0开始的1个寄存器值;
84 0A-循环冗余校验,是modbus的校验公式,从首个字节开始到84前面为止;
(这个校验就是保证数据传输过程没有错误的一种手段,不同的协议这种校验公式不一样)
/回复解析/
01-地址
03-功能码
02-代表后面数据的字节数,因为上面说到,一个寄存器有2个字节,所以后面的字节数肯定是2*查询的寄存器个数;
12 34-寄存器的值是12 34,结合发送的数据看出,01这个寄存器的值为12 34
B5 33-循环冗余校验
对应的基本流程：
发送:地址正确+我要查的寄存器个数+校验
回复:从机的地址+数据的字节数+数据+校验
因此，帧数据是不定的
而实际上，帧数据识别的实现方式，是借助定时器+串口检测，即串口中断接收数据，接收一个指令/一个小包（考虑CAN等通信一次传输的单位是多个字节）计时，计时超过一定时间后即认为帧数据传输结束。

纯模块编程

手工代码整合/混合编程

进行代码整合，核心在于整合二字，即利用matlab等第三方软件产生的代码、已经验证过的c语言代码，整合得到相应的DSP、单片机、FPGA等的工程。这样，既能够充分利用matlab等第三方软件的优势，又可以利用现有的许多高质量c语言代码，包括但不限于各类驱动程序。
整合时，驱动层的设计也应考虑模块，即一块区域的代码单独封装处理，最后由matlab等第三方软件将其进行整合
以通信中封装modbus通信模块为例：
这里的模块封装时，要考虑初始化部分、连续运行部分程序，此外，嵌入的代码如果缺失了部分内容，增补的代码也应被考虑写入。
这里的每一个模块都可以写代码进去，使用的是c语言，但是在手工代码整合中，这些模块主要应该执行的操作是调用已有的c语言函数，而非从头写起，除了部分初始化、缺失的代码（后期应该移入对应的c语言模块）外，这里执行的主要操作是函数调用。

system initialize模块

首先，system initialize模块，这里嵌入的任何代码，都将会被转入main函数中的XX_initialize函数中，XX为simulink的模块名。
第一部分写变量或函数声明的语句
第二部分写进入该函数时的执行语句
第三部分写离开该函数时的执行语句

/* Model initialize function */
void communication_FE_initialize(void)
{
  /* Registration code */

  /* initialize error status */
  rtmSetErrorStatus(communication_FE_M, (NULL));
  /* user code (Initialize function Trailer) */

  /* System '<Root>' */
	paramet[0]=;
	paramet[1]=0;
	SCIBOVCUN = 10;
	scib_init();
	enable_interruptsSCIB_RX();

}

值得注意的是，第一段的declaration code包含函数声明和变量声明都可以放在里面，但是，这里的声明不是全局的，作用域仅局限于该函数之中，示例：

生成的a只是该函数的局部变量

因此这一模块的定位是初始化，调用各类的初始化函数。

system outputs模块

outputs函数，在代码生成中，默认将会被转换到XX_step函数中，即原本的运行在timer0、adc等的时基中断中。
如果该模块放在子系统中，代码生成时会成为子系统调用的一个子函数。
与initialize模块一样
第一部分写变量或函数声明的语句，且作用域在该函数内
第二部分写进入该函数时的执行语句
第三部分写离开该函数时的执行语句
考虑执行的位置，这里的程序可以执行一些定时运行的程序，如中断的解析函数等。
同时，还可以执行判断帧数据是否接收完成，通过计数，一旦到了计数到了某一数值，意味着前后两次串口的接收数据间隔超过了时间n，此时可认为一帧数据接收完成。

Model source

明面上这一模块的作用是写各类基础代码，但是该模块的声明部分不同前面的两个模块，这里的声明位置，作用域是整个文件，即代码生成的函数
top of source可以加包含的头文件，包含的各种.c文件，函数声明等，作用域位于整个生成的c文件。

bottom 部分则可添加缺失的代码，这里是特地写了一些，但实际上模块设计时预先考虑的话，这一块可以不写。

模块和代码间的内存读取

通讯部分一旦完成后，将数据写入指定的数据paramet，但是其他模块想利用时，需要借助的是memery copy模块，将此内容与其他模块对接。

source界面，主要设置的数据输入

copy from选取数据源，
input port会引出一个口，直接输入数据
specificed address则是指定地址，即给出变量地址，类似指针取地址，而我们通常难以直接预知变量地址，但是可以知道变量的名，因此，第三种方式
specificed source code symbol,利用变量名直接获取数据
data type指定的是输入类型
data length选择的是数据长度
Stride允许您指定读取输入的间距。 默认情况下，stride值为1，这意味着生成的代码按顺序读取输入数据。 当您添加一个不等于1的stride值时，块不是按顺序读取输入数据元素，而是跳过源地址中等于stride的空格。 Stride必须为正整数。
接下来的两幅图有助于解释跨步概念。 在第一个图中，您可以看到数据没有一步地复制。 在该图之后，第二个图显示了当块将输入复制到输出位置时，应用于读取输入的stride值为2。 您可以在Destination窗格上使用参数stride为输出指定步幅值。 比较步幅和偏移量，看看差别。

其余的界面类似。

最后

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