MATLAB S函数之 C Mex S函数结构分析

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我是靠谱客的博主端庄朋友，这篇文章主要介绍MATLAB S函数之 C Mex S函数结构分析，现在分享给大家，希望可以做个参考。

我在个人博客 F-16飞行器非线性Simulink模型中，简单介绍了该F-16模型的主要情况、各个文件的功能等。

其中模型中的 F16_dyn.c 是最主要的调试文件，该文件由C语言完成，搭配S-Function使用，难点在于对C Mex S函数的理解和应用。在此对S函数进行一些简单的归纳分析：

首先看一下S函数的简介：

下面看一下该文件，其中有较详细的注释，程序以以下定义开头：

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#define S_FUNCTION_NAME  F16_dyn
#define S_FUNCTION_LEVEL 2

第一条指定了 S-function 的名字（F16_dyn），第二条指定了该 S-function 是按照 level 2 的格式进行编写的。

在定义了这两条之后，该程序包含了 simstruc.h 文件，这是一个头文件，它给出了SimStruct 数据结构的访问通道，以及MATLAB 应用程序接口（API）函数。

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/* include files */
#include <math.h>
#include "simstruc.h"

#include "aerodata/mexndinterp.c"
#include "aerodata/hifi_f16_aerodata.c"     /* hifi lookup tables */
#include "aerodata/lofi_f16_aerodata.c"     /* lofi lookup tables */

#include "aerodata/ISA_atmos.c"             /* ISA atmosphere model */
#include "aerodata/engine_model.c"          /*engine model */

接下来是各种宏定义：包括输入量、状态量、状态量导数、系数、参数、常量。

下面看一下模型运行的过程：

下图所示为 Simulink 调用S-function 回调函数的顺序。实线框部分表示在模型初始化和/或每个仿真步长内需使用的回调函数；虚线框部分表示在初始化阶段和/或在仿真循环的一些或所有采样步长内使用的回调函数。

这里摘出几个需要特别注意的模块：

Simulink 调用 mdlInitializeSizes 来获取输入端口和输出端口的数量、端口宽度、以及S-function 所需的任何其它对象（诸如状态数量）等有关信息。

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/*=============================*/
/* Function: mdlInitalizeSizes */
/*=============================*/
static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S)
{
    ssSetNumSFcnParams(S, 1);  /* Number of expected parameters */

    ssSetNumContStates(S, 20);
    ssSetNumDiscStates(S, 0);

    ssSetNumInputPorts(S, 2);
    ssSetInputPortWidth(S, 0, 4);
    ssSetInputPortWidth(S, 1, 1);
//     ssSetInputPortWidth(S, 2, 1);

    /* ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 1, 1); */

    ssSetNumOutputPorts(S, 2);
    ssSetOutputPortWidth(S, 0, 23);
    ssSetOutputPortWidth(S, 1, 3);

    ssSetNumSampleTimes(S, 1);
    ssSetNumRWork(S, 23);
    ssSetNumIWork(S, 0);
    ssSetNumPWork(S, 0);
    ssSetNumModes(S, 0);
    ssSetNumNonsampledZCs(S, 0);

    ssSetOptions(S, 0);
}

在每个采样时间步长内，Simulink 调用mdlOutputs 来计算块的输出。其中利用 data_output[i] 增加了变量的输出。

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/*======================*/
/* Function: mdlOutputs */
/*======================*/
static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)
{
    real_T *x = ssGetContStates(S);
    real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S, 0);
    
	 int i;
	 
	 for (i = 0; i < ssGetNumContStates(S); i++)
	 {
		y[i] = x[i]; /* outputs are the states */
	 }
     
     for(i=0; i<3; i++)
     {
         y[i+ssGetNumContStates(S)] = data_output[i];
     }
     
    real_T *y1 = ssGetOutputPortRealSignal(S, 1);
     y1[0]   = X_output;
     y1[1]   = Y_output;
     y1[2]   = Z_output;
}

其次是变量的定义：

注意开始有输入端口的定义，需与 mdlInitializeSizes 中对应。

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/*==========================*/
/* Function: mdlDerivatives */
/*==========================*/
#define MDL_DERIVATIVES  
#if defined(MDL_DERIVATIVES)
  static void mdlDerivatives(SimStruct *S)
  {
    real_T *x  = ssGetContStates(S);
    real_T *dx = ssGetdX(S);
    
    InputRealPtrsType u = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S, 0);
    InputRealPtrsType u1 = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S, 1);
//     InputRealPtrsType u3 = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S, 2);
    
    /* Declare a lot of variables */
       
        变量定义

    /* end mdlDerivatives */

#endif