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Matlab中基于C语言的S函数的编写与应用.pdf

Matlab 中基于C 语言的S 函数的编写与应用 作者：Zheng Simin 单位：WHU 摘要：Matlab/Simulink 中提供了S 函数模块，可以实现和C 语言和其它语言的 程序混编，将C 语言和Matlab 的强大的仿真能力及数据可视化能力进行了有机 结合，可以极大地方便一些以C 语言为基础的工程应用的算法仿真和数学实验 的进行。本文将对Matlab 中基于C 语言的S 函数的应用及编写方法行相关介绍。 关键字：Matlab;S 函数;C 语言

1 Matlab 的S 函数简介 “S-函数是系统函数 System Function 的简称，是指采用非图形化的方式 即计 算机语言，区别于 Simulink 的系统模块 描述的一个功能块。Simulink 没有单独 的语言，但它提供了S 函数规则。所谓的S 函数可以是一个M 文件、FORTRAN 程序、C 或 C++语言程序等，通过特殊的语法规则使之能够被 Simulink 模型或 模块调用。S 函数使Simulink 更加充实、完备，具有更强的处理能力。 S-函数作为与其他语言相结合的接口，可以使用这个语言所提供的强大能力。 例如，Matlab 语言编写的S-函数可以充分利用MATLAB 所提供的丰富资源，方 便地调用各种工具箱函数和图形函数；使用 C 语言编写的 S-函数可以实现对操 作系统的访问，如实现与其他进程的通信和同步等。 Simulink 已经提供了大量的内置的系统模块，并且允许用户自定义模块，对 于大多数动态系统仿真分析语言，使用 Simulink 提供的模块即可实现，而无需 使用 S-函数。但是，当需要开发一个新的通用的模块作为一个独立的功能单元 时，使用 S-函数实现则是一种相当简便的方法。另外，由于 S-函数可以使用多 种语言编写，因此可以将已有的代码结合进来，而不需要在 Simulink 中重新实 现算法，从而在某种程度上实现了代码移植。此外，在 S-函数中使用文本方式 输入公式、方程，非常适合复杂动态系统的数学描述，并且在仿真过程中可以对 仿真进行更精确的控制。” 具体详细的一些介绍在此不再赘述，本文结合自身的项目经历，推荐一种S 函数的用处：Matlab 中嵌入其它代码，例如C 代码，并参与算法的仿真，然后 利用Matlab 丰富的图形生成接口函数来实现数据的可视化。 备注：本文在所涉及的Matlab 版本：Matlab.R2010b

2 一个S 函数仿真例子 1 在正式对S 函数进行介绍前，先看一个例子，这个例子是对网络的随机延时

环境进行算法模拟，能够对输入的正常的时钟信号产生0.2s 到0.7s 不等的随机

延时。本小节采用“从整体到局部，从结果到原因”的方式对此示例进行介绍。 用数字程序建立一个随机延时为0.3s 到0.6s 不等的网络随机延时环境，所涉

及的Simulink 仿真程序结构如图2-1 所示。 Unit Delay Scope 1 RandomTimeDelay z simout Clock S-Fun-TimeDelay To Workspace 图2-1 网络随机延时仿真 这是一个比较基本的S 函数的仿真应用结构图，采样周期设置为0.1s 。整个

仿真图的采样周期在解算器里面设置，单个仿真图的采样周期双击本模块，在如

图2-2 的界面中对“Sample time”进行设置即可。 图2-2 设置模块采样周期 在图2-1 所示的网络随机延时仿真程序中，输入一个时钟模块，然后经过一

个单位的延时 (单位延时的大小等于采样周期)，然后再经过网络随机延时的S

函数模块 (程序代码见附录 )，然后再对 S 函数模块输入输出的两路信号

合并在同一坐标系下输出。输出的模块有两种，“Scope ”数字示波器模块和 “ToWorkspace ”数据导出模块。 “Scope”可以直接将数据在坐标系下进行可视化显示，可以实现坐标轴不

同级别的缩放，如图2-3 所示；“ToWorkspace ”则将数据以指定的变量名称存

放在工作区间中，然后在工作区间中可以编写相应的程序直接对此数据进行引用。 2 图2-3 “Scope”整体图(左)和局部放大图(右) 因为“Scope 模块”默认的输出是黑底背景色，这些图片数据放置到论文中

采用黑白打印时，完全是漆黑一片，为此可以采用一些处理方式：在 Matlab 的

命令输入区域输入命令： “set 0,'ShowHiddenHandles','On' ; set gcf,'menubar','figure' ” 然后“Scope 图”就变成“Figure 图”了，并配备了相应的修改菜单，通过

修改“ 【Edit 】— 【Axes Pr