基于單片機(jī)的快速代碼生成方法

摘要：基于模型設(shè)計(jì)是國(guó)外流行的一種先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式，該方式主要利用開(kāi)發(fā)工具Simulink以及Matlab的 RTW(Real—TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能，采用IAR作為中間工具，將RTW生成的C語(yǔ)言代碼轉(zhuǎn)為為在單片機(jī) MSP430F2252中可以運(yùn)行的HEX文件，最后通過(guò)Protues軟件來(lái)驗(yàn)證代碼的正確性。該方法無(wú)需設(shè)計(jì)者精通各種編程語(yǔ)言，只需了解設(shè)計(jì)規(guī)范與實(shí)現(xiàn)原理，極大地降低了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，并且能夠保證代碼的高效性、可靠性。

關(guān)鍵詞：基于模型的設(shè)計(jì);快速代碼生成;Real—Time Workshop;MSP430F2252;Protues

隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期顯得越來(lái)越重要，但開(kāi)發(fā)的時(shí)間與系統(tǒng)安全性之間又有一定的沖突。假如依舊采用傳統(tǒng)的編寫(xiě)代碼的方式，顯然企業(yè)將會(huì)失去很多的機(jī)會(huì)。文中介紹一種基于模型的快速代碼生成的方法，可以滿足這種高性能和快節(jié)奏研發(fā)的需求。MATLAB集成了各類應(yīng)用領(lǐng)域的專用庫(kù)函數(shù)和模塊，用于數(shù)值計(jì)算、系統(tǒng)建模的軟件包。

Simulink工具可以對(duì)分系統(tǒng)或單個(gè)仿真模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。RTW(Real—Time Workshop)是MATLAB提供的自動(dòng)化代碼生成工具，將Simulink模型框圖轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言代碼。學(xué)會(huì)利用 MATLAB/Simulink創(chuàng)建仿真模型，利用MATLABRTW工具，通過(guò)這種方式在IAR環(huán)境中對(duì)Simulink模型進(jìn)行集成和調(diào)用，從而輔助在科研及工程實(shí)踐中準(zhǔn)確、通用快速的建立分布交互仿真體系結(jié)構(gòu)下的嵌入式系統(tǒng)仿真模型。該方式主要利用Matlab的RTW(Real- TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能。本文介紹一種基于MATLAB/RTW實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真與嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法，方法涉及以下的開(kāi)發(fā)環(huán)境：

Microsoft Windows 7;

MATLAB VersionR2010b;

IAR430V5.3;

Proteus7.8。

1 嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)的基本流程

該方式主要利用Matlab的RTW(Real—TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能。采用IAR作為中間工具，將RTW生成的C語(yǔ)言代碼轉(zhuǎn)為為在單片機(jī)中可以運(yùn)行的HEX文件，最后通過(guò)Proteus軟件來(lái)驗(yàn)證代碼的正確性，基本流程如圖1所示。

2 建立了Simulink模型并生成了RTW代碼

到此模型代碼生成的前期工作已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，保存好模型，取名為Key_test。下一步就是打開(kāi)Real—Time Work—shop選項(xiàng)中的Build按鈕，之后Matlab將自動(dòng)生成模型代碼。在Matlab的命令窗口中顯示如下內(nèi)容：

### Connecting to IAR Embedded Workhench…

### Writing source file key_led_430_data.e

### Writing source file key_led_430_main.c

到此，模型的代碼也成功生成。

3 RTW生成代碼

3.1 RTW生成代碼的原理

RTW可以直接從Simulink模型生成代碼并且自動(dòng)建立可以在不同環(huán)境下運(yùn)行的程序，這些環(huán)境包括實(shí)時(shí)系統(tǒng)和單機(jī)仿真。RTW為用戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)到簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)提供了簡(jiǎn)易的接口，它的代碼生成器完全結(jié)構(gòu)化，可開(kāi)放可擴(kuò)展。此外，RTW還為用戶提供了TLC(目標(biāo)語(yǔ)言編譯器)以擴(kuò)充自身的功能，使得生成的實(shí)時(shí)代碼能夠在不同的環(huán)境下運(yùn)行，這主要是通過(guò)生成目標(biāo)板硬件的硬件驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的。

RTW提供了兩種實(shí)現(xiàn)方式：一般模式和外部模式。一般模式下，RTW生成模型的實(shí)時(shí)源程序和可執(zhí)行程序，直接在目標(biāo)機(jī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上運(yùn)行，但是不提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)參數(shù)修改的功能。

RTW允許自定義構(gòu)造，它既可以在自定義環(huán)境下工作，也可以在已經(jīng)存在的環(huán)境下工作。構(gòu)造(Build)過(guò)程有make_rtw文件控制。首先，make_rtw文件編譯simulink的模塊框圖，生成exmodel.rtw文件，然后make_rtw啟動(dòng)TLC產(chǎn)生代碼，接著，make_rtw文件調(diào)用模塊make文件grt_default.tmf生成exmodel.mk文件。最后，如果目標(biāo)主機(jī)與Hos宏定義相匹配，就調(diào)用make文件從源程序生成可執(zhí)行程序。

此外，make是一個(gè)功能函數(shù)，它可以編輯和連接生成碼，并且生成可執(zhí)行程序。RTW調(diào)用make建立實(shí)時(shí)可執(zhí)行程序，make文件由模板make文件生成，生成的make文件的名字是exmodel.mk，通過(guò)修改make文件可以對(duì)構(gòu)造過(guò)程進(jìn)行定制。RTW將exmodel. mk傳遞給make功能函數(shù)，make直接負(fù)責(zé)編譯模型源程序和鏈接。

MATLAB本身會(huì)為用戶提供一些適用于各類目標(biāo)硬件的目標(biāo)文件，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中往往會(huì)受到用戶需求的限制，因此，建議選擇grt_tlc作為系統(tǒng)目標(biāo)文件，但是grt_tlc生成的代碼是運(yùn)行于DOS下的，缺少一些與目標(biāo)硬件相匹配的中斷向量表和存儲(chǔ)器配置等文件。

3.2 RTW生成代碼

RTW生成的代碼都源于模板，下面這個(gè)例子中所選擇的模板是War.tlc。下面介紹該算法所涉及的函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

用RTW自動(dòng)生成的代碼包含如下函數(shù)：

1)Main，包含在war_main.c文件中，是算法的主要函數(shù)，由它調(diào)用其他的函數(shù)。

2)rt_OneStep，包含于war_main.c文件中，是算法的最主要結(jié)構(gòu)，由Main調(diào)用，同時(shí)也調(diào)用Matlab_Test_step函數(shù)用以完成了模型的具體操作要求。

3)Matlab_Test_initialize，包含在Matlab. Test.c文件中，由Main函數(shù)來(lái)調(diào)用，用來(lái)初始化模型。

4)Matlab_Test_step，包含在Matlab_Test.c中，由rt_OneStep調(diào)用，在該函數(shù)中描述具體模型的輸入與輸出的關(guān)系。

用RTW自動(dòng)生成的代碼包含如下數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：

①M(fèi)atlab_Test_Y，用以存儲(chǔ)輸出信號(hào)的量值。

②用Matlab_Test_U，用以存儲(chǔ)輸入信號(hào)的量值。

4 采用IAR將RTW生成的C語(yǔ)言轉(zhuǎn)為HEX文件

打開(kāi)IAR，建立一個(gè)空工程，并加入生成的代碼，生成IAR工程，單擊右鍵，在菜單中選擇Options，在對(duì)話框中的General Options目錄下的Target子頁(yè)面中選擇芯片類型MS P430F2252，在Linnker目錄下的Output子頁(yè)面中，將輸出文件名定義為Key_board.hex，并在Output項(xiàng)中選擇 intel-extended，再單擊工具欄按鈕，編譯工程(圖3)，窗口下部的信息顯示編譯成功。

5 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果

打開(kāi)Proteus軟件，新建一個(gè)工程文件，選擇MSP430F2252，正確地連接基本電路;連接好的電路圖如圖4所示。

點(diǎn)擊Debug菜單后，選擇Use Remote Debug Monitor的選項(xiàng)。然后，雙擊MSP430F2252器件，之后彈出來(lái)器件編輯對(duì)話框，最后在Program File選項(xiàng)中選擇IAR所生成的HEX文件，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

6 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，基于Matlab環(huán)境下生成的代碼的可靠性很高。通過(guò)Proteus的仿真結(jié)果可以看出來(lái)，由Matlab生成的代碼同樣具有正確性。節(jié)省了很多繁重的工作和時(shí)間，具有很大的實(shí)際指導(dǎo)意義。