Разработка моделей для быстрого развертывания прототипов

При использовании Simulink ® Coder™ для создания кода для быстрого прототипирования важно разрабатывать модели Simulink с учетом создания кода с самого начала процесса проектирования.

Алгоритмы приложений и среды выполнения

Simulink используется для разработки моделей, представляющих алгоритмы приложений и среды выполнения, из которых планируется создать развертываемый код. В зависимости от приложения можно развернуть код в среде выполнения, которая состоит из комбинации следующих элементов:

Компоненты среды выполнения	Выбор
Оборудование	Компьютер разработки Плата быстрого прототипирования Микропроцессор Микроконтроллер FPGA ASIC
Ядра	Одинок Несколько
Операционная система	Общего назначения В реальном времени Нет (голый металл)
Планирование	Однозадачность Многозадачность Прерывание управляемое Параллелизм Предоставляется операционной системой Создано на основе модели
Код алгоритма приложения	Создано на основе модели Внешний код

При разработке моделей для создания кода C или C++ для быстрого создания прототипов или производственного развертывания следует учитывать среду выполнения. Создание кода, соответствующего требованиям внедрения и позволяющего избежать возможных доработок проекта. Как показано в предыдущей таблице, среда выполнения для генерируемого кода может варьироваться от относительно простого до сложного. Например, простой случай - это код, генерируемый на основе однозадачной модели, работающей на одноядерном микропроцессоре. Сложный случай - это код, который генерируется из модели, разделенной для работы в виде распределенной системы на многоядерном микропроцессоре и FPGA.

Платформа выполнения программного обеспечения для сгенерированного кода

Частью среды выполнения приложения является платформа выполнения программного обеспечения, отвечающая за планирование и выполнение сгенерированного кода. Это программное обеспечение может существовать заранее, как в случае операционной системы и ее планировщика, или вы можете кодировать программное обеспечение вручную. Уровень сложности зависит от того, какой из следующих сценариев моделирования и создания кода применяется:

Создание кода из одной модели верхнего уровня, которая представляет алгоритмы, предназначенные для выполнения в среде выполнения.
Создание кода из модели, представляющей часть общего алгоритма. Созданный код можно смешать с кодом, написанным вручную, и кодом, сгенерированным из других источников или версий продуктов MathWorks ®.

Единая топ-модель

Для одной модели верхнего уровня платформа выполнения программного обеспечения отвечает за выполнение сгенерированного кода так же, как Simulink моделирует модель. Функции в сгенерированном коде хорошо скоординированы и оптимизированы, поскольку Simulink знает о зависимостях. Платформа взаимодействует с кодом, созданным только для модели верхнего уровня. Код, созданный для верхней модели, обрабатывает взаимодействие с кодом для ссылочных блоков модели.

Рассмотрим следующий пример, в котором одна модель верхнего уровня сопоставляется с задачами, выполняющимися на одноядерном процессоре.

Для этой системы модельные тактовые частоты сопоставляются с задачами, выполняемыми на оборудовании. Можно выбрать Simulink для неявного отображения ставок или их явного отображения в модели. Можно моделировать эффекты задержки в результате сопоставления скоростей в модели с однозадачными или многозадачными средами выполнения. Simulink правильно планирует задачи на основе скоростей в модели и зависимостей данных между задачами. Генератор кода реализует те же зависимости в генерируемом коде. Платформа выполнения программного обеспечения вызывает сгенерированные функции начального уровня на скоростях, основанных на системных таймерах и прерываниях. Сгенерированный код выполняется таким же образом, как Simulink моделирует модель, и содержит код, предназначенный для передачи данных между функциями, работающими с различной скоростью.

Несколько моделей верхнего уровня

При создании кода из нескольких высших моделей по отдельности и смешивании этого кода с кодом, полученным другими способами, среда выполнения приложения берет на себя больше ответственности за инфраструктуру выполнения программного обеспечения. Для этого сценария моделирования создается код для автономных компонентов с возможностью атомарного многократного использования.

В этом сценарии Simulink не знает о зависимостях модели. Функции в коде, сгенерированном из различных моделей, минимально скоординированы и оптимизированы. Например, модели могут совместно использовать сгенерированные служебные функции. Потенциальные оптимизации, пересекающие границы модели, невозможны. Необходимо разработать структуру выполнения программного обеспечения с учетом зависимостей между единицами кода, включая порядок выполнения. Для приложения, которое требует параллельного выполнения на нескольких ядрах, необходимо учитывать эффекты задержки данных на всех ядрах.

Генератор кода помогает решить проблемы инфраструктуры выполнения программного обеспечения, такие как общий доступ к глобальным данным и предотвращение конфликтов идентификаторов. Код, созданный для каждой модели, обрабатывает интерфейс для ссылочных блоков модели.

Сопоставление архитектуры встраиваемой системы со средой моделирования Simulink

При разработке моделей для быстрого развертывания прототипов следует учитывать эти факторы проектирования.

Алгоритмы моделирования	Учитывая начальное состояние и входные данные, набор задач или инструкций, которые эффективно дают нужный результат.
Интерфейсы моделирования	Механизмы, которые позволяют компонентам алгоритма обмениваться информацией через границы компонентов.
Системы моделирования	Коллекция компонентов алгоритма, которые достигают цели или результата более высокого уровня, специфичного для домена. Компоненты часто совместно используют ресурсы.
Моделирование сред выполнения	Инфраструктура, которая обрабатывает планирование ресурсов системного алгоритма и выполнение.

Рассмотрим следующие вопросы, касающиеся возможностей моделирования. При проектировании моделей используйте информацию, приведенную в ответах на вопросы, в качестве руководства. Разработка модели с учетом конкретной среды выполнения во время выполнения может помочь избежать доработки и будущих затрат на преобразование и обслуживание.

Алгоритмы моделирования

Вопросы архитектуры	Соображения по моделированию	Связанная информация
Что такое системный домен?	Предпосылки для продукта (на основе областей компонентов)	Блоки и продукты, поддерживаемые для создания кода Проект управления Simulink Обработка сигналов Генерация, манипулирование и анализ сигналов (панель инструментов системы DSP)
Включает ли система физические области, такие как механические, электрические или гидравлические области?	Физические системы	Физическое моделирование Основные принципы моделирования физических сетей (Simscape) Основные методы физического моделирования (Simscape)
Какие аспекты алгоритма вы можете представить с блоками, предоставляемыми продуктами MathWorks? Какие блоки необходимо создать?	Блокировать использование, создание и настройку	Блоки и продукты, поддерживаемые для создания кода Интеграция внешнего кода
Включает ли архитектура компоненты конечного автомата?	Система, управляемая событиями	Модель реактивных систем в потоке состояний (поток состояний)

Интерфейсы моделирования

Вопросы архитектуры	Соображения по моделированию	Связанная информация
Какие данные должны быть представлены в созданном коде? Как нужно представлять входные и выходные данные - тип данных, измерение, сложность? Как изменятся данные?	Представление данных	Определение интерфейсов компонентов модели Доступ к данным для прототипирования и отладки
Где и как данные поступают в систему и передаются в систему?	Вход	Сравнение методов загрузки сигналов
Где и как данные перемещаются внутри системы и вне системы? Какие внешние триггеры необходимы?	Продукция	Инспектор расчетных данных Организация данных параметров в структуру с использованием класса хранилища Struct (встроенный кодер)
Какие функции необходимо определить для каждого компонента? Каков прототип для каждой функции начального уровня?	Функции и вызовы функций	Конфигурирование генерации кода C для функций точек входа модели
Нужно ли экспортировать функции, которые вызываются управляющей логикой, находящейся вне модели?	Экспорт функции	Обзор моделей Export-Function Создание исходного кода компонента для экспорта во внешнюю базу кодов
Контролирует ли система сигналы или данные журнала (например, для калибровки)?	Интерфейсы обмена данными C API и ASAP2	Обмен данными между сгенерированным и внешним кодом с помощью C API Экспорт файла ASAP2 для измерения и калибровки данных
Требуется ли замена кода, созданного для функций или операторов, например, для оптимизации кода для конкретного оборудования?	Замена кода	Что такое замена кода? Что такое настройка замены кода? (Встроенный кодер)
Существует ли потребность в проработке и будущих соображениях?	Проработка и будущие соображения	Определение интерфейсов компонентов модели

Системы моделирования

Вопросы архитектуры	Соображения по моделированию	Связанная информация
Каков объем системы? Контролер? Внешняя среда или завод? Испытать жгут? Как система разделяется на компоненты алгоритма (части логики)? Какие компоненты можно представить в Simulink? Можно ли проектировать компоненты для повторного использования? Какова мотивация повторного использования (например, разделение труда или plug-n-play)?	Компонентизация	Определение интерфейсов компонентов модели Рекомендации по моделированию на основе компонентов Сравнение возможностей компонентов модели Создать пользовательскую библиотеку Расширение функциональных возможностей моделирования с помощью пользовательских блоков Управление формированием функций для подсистем Создание кода для ссылочной иерархии модели Создание кода блоков потока состояний
Требуют ли аспекты системы модульного тестирования? Сотрудничает ли команда людей с проектом? Нужно ли защищать интеллектуальную собственность?	Ссылка на модель	Ссылочные основы модели Сравнение возможностей компонентов модели Создание кода для ссылочной иерархии модели Создание кода на основе атомных субчартов
Вы моделируете архитектуру клиент-сервер?	Блоки функции Simulink и вызывающего абонента	Архитектура клиент-сервер Обзор функций Simulink
Доступен ли соответствующий устаревший или пользовательский код?	Интеграция внешнего кода	Что такое интеграция внешнего кода? (Встроенный кодер)
Можно ли применить эталонную архитектуру или ссылочные компоненты?	Модели и шаблоны проектов	Создать шаблон из модели Создание нового проекта с помощью шаблонов
Можно ли повторно использовать функции?	Повторное использование функции	Создание многоразового кода для подсистем, совместно используемых моделями Создание многократно используемого кода из библиотечных подсистем, совместно используемых моделями Создание кода повторного ввода из лучших моделей Создание кода повторного ввода из подсистем Создание многоразового кода на основе атомных субчартов Stateflow (встроенный кодер)
Должны ли компоненты совместно использовать доступ к глобальным данным? Происходят ли изменения состояния в системе? В каждом случае, как результат сообщается? Существуют ли проблемы с идентификатором (именованием), которые необходимо рассмотреть?	Общие данные	Локальные и глобальные хранилища данных Структуры данных в сгенерированном коде Классы хранения параметров и сигналов, используемых в блоках модели Создание кода постоянных параметров Хранилища данных в сгенерированном коде Настройка правил именования сгенерированных идентификаторов (встроенный кодер)

Моделирование сред выполнения

Вопросы архитектуры	Соображения по моделированию	Связанная информация
Какой уровень контроля за взаимодействием во время выполнения требуется приложению? Какую часть системы вы можете представить в модели?	Интерфейс среды выполнения	Выполнение кода, созданного из модели См. раздел Моделирование интерфейсов.
Разделяется ли система на параллельные компоненты для максимизации параллелизма? Какие компоненты?	Параллелизм	Цели многоядерных процессоров
Управляются ли компоненты внешним синхросигналом? Какие тактовые частоты используются компонентами системы? Используются ли в компонентах одна или несколько ставок?	Тактовые сигналы и тактовые частоты	Определение интерфейсов компонентов модели
Управляются ли компоненты в системе часами? Какие тактовые частоты используются компонентами системы? Используются ли в компонентах одна или несколько ставок? Каковы приоритеты системных задач и функций?	Планирование на основе времени	Расчет абсолютного и истекшего времени Планирование на основе времени
Управляются ли компоненты в системе событиями (прерываниями)? Каковы приоритеты системных задач и функций?	Планирование на основе событий	Расчет абсолютного и истекшего времени Планирование на основе событий Модель реактивных систем в потоке состояний (поток состояний)
Должна ли система обрабатывать события инициализации, сброса или завершения?	Инициализация, сброс, завершение	Использование функций инициализации, сброса и завершения Создание кода, отвечающего на инициализацию, сброс и завершение событий
Является ли система однозадачной или многозадачной? Требуются ли компоненты для выполнения в режиме реального времени? Каковы зависимости заказа на выполнение (последовательность) между компонентами? Каковы временные ограничения для выполнения задач и функций?	Выполнение задачи	Выполнение кода, созданного из модели Моделирование для однозадачного выполнения Моделирование для многозадачного выполнения
Если вы знаете платформу обработки, что это? Будет ли система работать на одноядерном или многоядерном процессоре? Является ли система распределенной системой? Является ли платформа обработки гибридной или гетерогенной? Используется ли в архитектуре симметричная или асимметричная многопроцессорная обработка? Если это асимметрично, то каким образом программное обеспечение платформы распределяется по процессорам?	Платформы обработки	Цели многоядерных процессоров

Шаблоны моделей для создания кода

Embedded Coder ® предоставляет набор встроенных шаблонов для использования в качестве отправной точки при создании моделей для обычных проектов приложений. Используйте шаблоны для создания моделей, предварительно настроенных для создания кода для встроенных системных приложений.

Шаблон	Описание
Система генерации кода	Базовая модель, состоящая из блока Inport и блока Output.
Экспортированные функции	Модель генерации кода из подсистем вызова функций. Можно экспортировать каждую подсистему вызова функций отдельно, щелкнув правой кнопкой мыши подсистему, выбрав C/C + + Code > Export Functions и щелкнув Build.
Фиксированный шаг, многоскоростной режим	Модель с фиксированным шагом, использующая несколько скоростей и состоящая из блоков Inport, блока Outport и блока Sum. Модель сконфигурирована для использования дискретного решателя с фиксированным шагом и для использования двух скоростей с параметром конфигурации модели Периодические временные ограничения выборки установлены в `Unconstrained` и параметр Обрабатывать каждую дискретную скорость как отдельную выбранную задачу. Simulink вставляет блок Rate Transition для обработки двух скоростей выборки.
Фиксированный шаг, одинарная ставка	Модель с фиксированным шагом, использующая одну скорость и состоящая из блоков Inport, блока Outport и блока Sum. Модель настроена на использование дискретного решателя с фиксированным шагом.

Чтобы создать модель из шаблона, выполните следующие действия.

На вкладке Главная страница MATLAB ® щелкните Simulink.
На начальной странице Simulink разверните Embedded Coder.
Наведите курсор на шаблон и щелкните Создать модель (Create Model). В окне редактора Simulink Editor появится новая модель, использующая содержимое и настройки шаблона.

Дополнительные сведения, например, о создании и использовании шаблона в качестве ссылочной конструкции, см. в разделе Создание шаблона из модели.

Документация