- 偏差计算模型的代码生成
- 搭建Simulink模型
- 模型配置参数
- 代码生成
- 管理数据
- 代码生成的存储类介绍
- 函数名称、引用参数
- 代码调用
- 设置可重用函数名、文件名
- 为Step函数设置引用参数
- 复制模块
- 条件代码
- 参考
本文以一个简单模型例子，来说明模型生成代码.
偏差计算模型的代码生成
搭建Simulink模型
模型文件名：my_first_code_xyz.slx
搭建Simlink模型：
其中，k在Matlab工作区间中设置为2.
这个模型计算 输入In1、In2的和，然后乘以k后，求绝对值，作为Out1输出.
运算过程等效于：out1 = |(in1 - in2)*k|，即计算2个输入信号的偏差，并进行比例运算，再求绝对值.
输入模块相当于某些对象的状态，称为信号（Signal）. 信号不断变化，所以输出不断变化.
增益为k是人为改变的，不常变化，称为参数（Parameter）.
模型配置参数
生成嵌入式C代码，最少需配置3部分：模型的求解器，模型的系统目标文件，硬件实现.
不同配置会对模型或者生成代码产生影响，需要谨慎配置.
- 求解器配置
右键模型空白处> 模型配置参数（Ctrl + E），打开求解器选项卡，配置如下：
求解器设置为 定步长，离散(无连续状态)，固定步长设置为 0.0001s
- 系统目标文件配置
因为我们使用EmbeddedCoder生成代码，所以系统目标文件要勾选为 如图所示 ert.tlc
勾选了 “创建代码生成报告”“自动打开报告”“生成模型Web视图”，编译完成后，就会自动生成并打开报告、网页版模型，供用户查看. 非常方便，推荐勾选.
代码生成
点击APP> Embedded Coder，可显示C代码标签：
点击生成代码（或Ctrl + B），开始生成代码. 自动生成的代码都在 filename_ert_rtw 文件夹下.
“filename”是模型文件名，后面系统默认添加. 生成代码同时，会生成报告.
生成的代码所在目录：
生成的报告：
代码生成的内容结构：
| 文件名 | 说明 |
|---|---|
| ert_main.c | 含一个主函数，调用模型的初始化函数和 Step 函数. 正常开发，该文件不会被用到，因为main函数通常在MCU开发环境中编写（如Keil）.因此，ert_main.c 可不生成 |
| model.c | 存放 Simulink 模型生成代码的文件，包含数据及代码的入口函数，包含三个重要函数： • model_initialize 初始化函数 • model_step 算法运行函数 • model_terminate 终止函数（一般为空） |
| model.h | 算法函数头文件 |
| model_private.h | 模型和子系统的局部宏与局部数据，被 model.c 引用为头文件 |
| model_types.h | 模型数据结构和参数数据结构预先声明（自定义数据结构） |
| rtwtypes.h | 定义数据类型、结构体和宏，打开 rtwtypes.h 头文件可以看到许多 typedef 的类型定义. 定义和 Simulink 中的 “配置参数→硬件实现→设备详细信息” 一致 |
| model_data.c | 模型中存在非内嵌参数时才产生，主要是模型参数数据结构和常量数据结构，只有在需要时才生成（本书未涉及） |
注：model 就是模型文件名，如my_first_code_xyz.
生成的 Step 函数：
/* Model step function */
void my_first_code_xyz_step(void)
{/* Outport: '<Root>/Out1' incorporates:* Abs: '<Root>/Abs'* Gain: '<Root>/Gain'* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'* Sum: '<Root>/Sum'*/my_first_code_xyz_Y.Out1 = fabs((my_first_code_xyz_U.In1 -my_first_code_xyz_U.In2) * 2.0);
}
Step 函数 与模型策略完全一致. 如果想验证某个模型生成代码，查看Step 函数即可.
代码中，“_Y” 代表输出，“_U” 代表输入.
自动生成代码的结构体名：
| 结构体名称 | 变量名 |
|---|---|
| 实时模型数据结构体 | model_M |
| 参数结构体 | model_P |
| 外部输入结构体 | model_U |
| 外部输出结构体 | model_Y |
| 模块输入输出结构体 | model_B |
| 离散状态结构体 | model_DW (model_DWork) |
说明：model 指自定义模型文件名.
管理数据
自动生成的代码可读性很低（见上），通过数据管理，为被管理数据起名字，能增加代码可读性.
例如，2个输入分别命名为x，y，输出为z：
这里xyz就是信号线的名字，属于Simulink的Signal信号对象.
如此，计算关系可写成：z = |(x - y) * k|
- 新建数据字典文件
点击菜单栏 建模> 模型设置> 模型属性，或者 右键模型空白处 > 模型属性，在外部数据标签中新建 数据字典文件. 我们将其命名为 my_xyz_data.sldd（用户自定义）.
- 查看数据字典
点击菜单栏 建模> 模型资源管理器，或者 快捷键 Ctrl+H，就能看到刚刚新建的数据字典 my_xyz_data
打开 my_xyz_data的Design Data，目前什么都没有.
- 添加Signal
点击如下工具栏图标，或者 菜单栏 添加> Simulink Signal（Ctrl + S），添加3个Simulink信号（Signal），重命名为x，y，z.
列视图切换到 Data Objects，z的存储类选择 ExportedGlobal、x和y的存储类都选择ImportedExtern.
注：上图中 Simulink.Signal:z 表示我们用Simulink 包中的Signal 类创建了对象z.
保存文件，再次代码生成. 查看生成的 my_first_code_xyz_step 函数，发现并没有任何变化，这是因为模型的信号线还没有跟我们创建的Signal对象关联到一起.
- 关联信号线与Signal对象
右键信号线x> 属性，勾选 “信号名称必须解析为 Simulink 信号对象”，将信号与Signal对象关联. 如此，信号名称旁边会多一个 “简约线条小耙子”.
对信号线y、z做同样操作，然后重新生成代码. 发现 Step函数变成了x、y、z描述的形式：
/* Model step function */
void my_first_code_xyz_step(void)
{/* Abs: '<Root>/Abs' incorporates:* Gain: '<Root>/Gain'* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'* Sum: '<Root>/Sum'*/z = fabs((x - y) * 2.0);
}
- 添加 Simulink 参数k
之前，参数k是在Matlab工作区间设置值，实际应用很不方便. 我们在数据字典中添加参数k，初值设为2，存储类选择 ExportedGlobal.
注意：为避免重复定义，需要删除Matlab工作区变量k.
点击 如图所示，工具栏 添加 Simulink Parameter按钮（或者菜单栏 添加> Simulink Parameter，Ctrl + P）
保存后重新生成代码：
/* Exported block parameters */
real_T k = 2.0; /* Variable: k* Referenced by: '<Root>/Gain'*//* Model step function */
void my_first_code_xyz_step(void)
{/* Abs: '<Root>/Abs' incorporates:* Gain: '<Root>/Gain'* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'* Sum: '<Root>/Sum'*/z = fabs((x - y) * k);
}
我们发现参数k是一个内存变量，容易被其他模块修改. 如果我们希望参数k 在标定中不会改变，那么可以将k的存储类改为 ConstVolatile
生成的k定义代码：
/* ConstVolatile memory section */
/* Definition for custom storage class: ConstVolatile */
const volatile real_T k = 2.0; /* Referenced by: '<Root>/Gain' */
这样，k就会放到 ConstVolatile 存储区域. 我们可以通过 链接该区域到指定Flash/Ram区域，从而控制其属性.
如此，一个清晰的 Step算法函数就完成了，我们可以在MCU中断处理函数中调用 my_first_code_xyz_step 函数，例如：
ISR_time_10ms() {X=read_AD0();Y=read_AD1();my_first_code_xyz_step();PWM_output();
}
代码生成的存储类介绍
Matlab2023b 生成的存储类有十多个类型
ExportedGlobal: 表示将其输出为全局变量，在Simulink 代码生成中进行全局变量的定义. 在.c 文件内定义，.h 中用 extern 关键字声明.
ExportedGlobal 适用于Outport的信号线，因为Inport的输入量通常是别的模型产生，Outport通常是自己的模型产生.
ImportedExtern: 表示外部引入的变量，在Simulink 代码生成中只声明，不定义. Step函数用到了改变量，但没有在本文件中定义它. 在private.h文件中，可以看到该头文件中外部声明了这个变量.
ImportedExtern 适用于 Inport端口的信号线.
Volatile: 表示可变内存变量，选它会多出3个用户参数
- HeaderFile 指头文件，变量外部声明就在这里
- DefinitionFile 指c文件，变量定义就在这里
- Owner 指定义变量的人员名称，可不填
FileScope: 表示静态全局变量，只在文件内调用，不能在模型Root层级使用.
Matlab 函数代码生成限制很多，例如不支持动态内存分配，不支持元胞数组. 很多Matlab函数、工具包不能生成代码，具体可查阅Matlab Function帮助文件.
注意：元胞数组（Cell Array）是 MATLAB 独有的复合容器数组，每个元素（元胞 cell）可以存放不同类型、不同尺寸的数据，普通数组只能存同类型同维度数值.
函数名称、引用参数
到目前为止，自动生成的代码包括 Initialize函数，Step函数，Terminate函数，这些函数名称我们能否自定义？
答案是可以. 菜单栏 C代码> 个体因素代码映射，就会显示 代码映射 - 组件接口 页面：
如下图，将C Step函数命名为 error_xyz，勾选 “为单步函数原型配置参数”，点击 获取默认值 按钮，修改参数标识符名称为 in_x, in_y, out_z.
修改成功后，Step 函数原型变成：
如果直接生成代码，会报错：无法使用函数原型控制，因为连接到端口In1的信号的存储类不是Auto. 这是因为 Simunlink根层级的 In/Out 模块存储类必须为 Auto. 如果给顶层 In 设 ConstVolatile，相当于要求函数形参是 const volatile real_T In1，而嵌入式代码生成器默认标准接口不允许形参带 const/volatile 修饰，语法冲突，直接编译报错. Auto 存储类代表 “由编译器自动分配栈空间，作为函数局部参数”，完全匹配 C 函数形参逻辑.
所以，我们将In1，In2，Out1对应的信号x，y，z存储类修改为Auto.
重新生成代码，Step函数：
/* Model step function */
void error_xyz(real_T in_x, real_T in_y, real_T *out_z)
{/* Outport: '<Root>/Out1' incorporates:* Abs: '<Root>/Abs'* Gain: '<Root>/Gain'* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'* Sum: '<Root>/Sum'*/*out_z = fabs((in_x - in_y) * k);
}
不过，函数形成名称 in_x, in_y, out_z 还是很奇怪，我们可以将其修改为x, y, z. 生成的代码，形参就会跟我们设置的一致.
代码调用
如果想反复调用同一段代码，怎么办？
可以将其提炼为一个函数. 对于Simulink模型，可将重复使用的模块配置成原子子系统（atomic subsystem），生成一个单独的文件，供Step函数调用. 原子系统可设置一些生成代码属性，如何重用、不可重用函数、函数名、源文件名设置等.
对于我们的模型，选中Sum、Gain、Abs模块，右键> 基于所选内容创建子系统（Ctrl + G），创建子系统：
设置可重用函数名、文件名
右键封装的模块> 模块参数（P），
勾选视为原子单元，
可根据自己的喜好和需要，设置函数名称、文件名称：
因为用子系统将模块封装起来了，所以x,y,z不再是顶层，将x，y，z存储类还原成ImportedExtern，ImportedExtern，ExportedExtern，且Step函数还原成默认的 my_first_code_xyz_step（设置为空即可）：
然后，重新生成代码，发现Step函数中多了一个 我们命名的 my_error_xyz 函数，同时多了子系统文件 my_error_xyz.h/.c
Step 函数：
/* Model step function */
void error_xyz(real_T x, real_T y, real_T *z)
{/* Outputs for Atomic SubSystem: '<Root>/Subsystem' *//* Outport: '<Root>/Out1' incorporates:* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'*/*z = my_error_xyz(x, y);/* End of Outputs for SubSystem: '<Root>/Subsystem' */
}
可重用代码：
/* Output and update for atomic system: '<Root>/Subsystem' */
real_T my_error_xyz(real_T rtu_x, real_T rtu_y)
{/* Abs: '<S1>/Abs' incorporates:* Gain: '<S1>/Gain'* Sum: '<S1>/Sum'*/return fabs((rtu_x - rtu_y) * k);
}
为Step函数设置引用参数
点击 代码映射 - 组件接口 > 函数名 my_first_code_xyz_step，
按下图设置 my_first_code_xyz_step 形参名称，
然后，将C返回参数类型 由void 改为 Out1.
重新生成代码，会发现报错：
错误:潜在的标识符 'x' 用法冲突: the signal connected to output port 1 of the block
'my_first_code_xyz/In1', and the name of an argument of a top level function for the model
'my_first_code_xyz'
（按Ctrl + H）我们将 x、y、z的存储类修改为Auto：
生成代码，Step 函数：
/* Model step function */
real_T my_first_code_xyz_step(real_T x, real_T y)
{/* specified return value */real_T z;/* Outputs for Atomic SubSystem: '<Root>/Subsystem' *//* Outport: '<Root>/Out1' incorporates:* Inport: '<Root>/In1'* Inport: '<Root>/In2'*/z = my_error_xyz(x, y);/* End of Outputs for SubSystem: '<Root>/Subsystem' */return z;
}
这里的x，y，z就是我们上面配置C Step函数接口时指定的形参名、返回值名. 也可以改成其他名称，如a，b，c.
复制模块
复制所有模型：
新建与信号线名称一致的信号x1, y1：
此时，如果生成代码，会产生如下代码：
/* Model step function */
real_T my_first_code_xyz_step(real_T x, real_T y, real_T *arg_Out2, real_T*arg_In3, real_T *arg_In4)
{real_T z;z = my_error_xyz(x, y);*arg_Out2 = my_error_xyz(*arg_In4, *arg_In3);return z;
}
说明第二组参数与数据字典中定义的信号名尚未关联. 需要在 代码映射 - 组件接口 中点击函数名设置：
生成的代码，信号线名称x1, y1将与数据字典名称保持一致：
/* Model step function */
real_T my_first_code_xyz_step(real_T x, real_T y, real_T *z1, real_T *x1, real_T*y1)
{/* specified return value */real_T z;z = my_error_xyz(x, y);*z1 = my_error_xyz(*y1, *x1);return z;
}
输出端口可以有多个，但返回参数只能有一个，可以根据需要选择. 下图将返回参数修改为z1：
生成代码：
/* Model step function */
real_T my_first_code_xyz_step(real_T x, real_T y, real_T *x1, real_T *y1, real_T*z)
{/* specified return value */real_T z1;*z = my_error_xyz(x, y);z1 = my_error_xyz(*y1, *x1);return z1;
}
注意：同样的原子子系统的输入输出类型应该保持一致，以有效降低代码量. 如果接口类型不同，强制指定原子子系统对应函数的名称，会导致代码生成出错.
条件代码
我们的ECU项目，可能包含上百甚至上千个组件. 不同的车型，尽管配置在某些方面相似，但可能有不同的属性，如不同的标定数据，不同的通信协议，而用 Variant Subystem（变体模块），可以对具有多种配置的汽车进行模型设计，能有效帮助管理模型和标定数据.
变体模块可以通过判断条件，内部执行不同逻辑，也能以宏的形式生成代码. 类似于 C条件编译.
继续前面的例子，用Variant Subystem 来管理我们项目. 为模型添加Variant Subystem，该模型位于 Simulink > Port & Subsysystems：
我们将模型复制到 变体模块的子系统和子系统1.
子系统模块的内容：
子系统1模块的内容：
注意：第一个模型保持Sum为“|+-”，第二个模型修改了Sum模型为"|++"
因为Variant Subsystem的不同分支内，不允许内部信号线绑定到相同 Signal 对象，所以我们取消分支内的信号线勾选【必须解析到信号对象】绑定 x、y，而采用Variant Subsystem 模块本身端口对应的信号线x、y绑定到对应Signal对象.
一级分支：
数据字典（Ctrl+H）中x、y、z对象：
为了生成条件编译代码，我们还需要为2个分支添加不同的编译条件. 右键点击 Variant Subsystem> 模块参数（P），两个子系统的控制表达式如下图：
默认是 true，false. 我们分别手动改为 type == 1，type == 2.
然后，在Matlab工作区输入 > type = 1.
于是，生成代码：
/* Model step function */
void my_first_code_xyz_step(void)
{
#if type == 1z = fabs((x - y) * k);
#elif type == 2z = fabs((x + y) * k);
#endif
}
当然，我们可以在模型文件同一目录下新建头文件 "my_macro.h"，写入宏定义代码：
#define type 1
然后，我们还需要在数据字典中新建参数 type，初值1，类型为int32，存储类ImportedDefine，头文件为my_macro.h
如此，就脱离手动在工作区手动输入 type = 1 了.
如果我们觉得使用 type == 1，type == 2 这样的表达式太麻烦，也可以使用 Variant expression（变体布尔表达式）来替换.
在模型资源管理器中添加2个 Variant expression：top，bottom
top对应条件表达式：type == 1；bottom：type == 2
然后右键Variant Subsystem> 模块参数（P），修改变体控制项表达式分别为top、bottom：
结果，生成代码：
/* Model step function */
void my_first_code_xyz_step(void)
{
#if topz = fabs((x - y) * k);
#elif bottomz = fabs((x + y) * k);
#endif
}
不难发现，原来的宏定义 type == 1, type == 2，现在变成了 top, bottom.
参考
武 超 编著. 科学出版社. 2025. MBD入门 无刷电机控制代码生成.