基于模型设计的嵌入式应用.pdf

基于模型设计（Model-Based Design, MBD）是一种先进的软件开发理念，它将算法建模和设计作为软件开发的主要方式，特别适用于嵌入式软件的开发。MBD能够通过图形化的模型设计，便于理解和减少歧义，同时自动生成代码的过程，可大量减少人为错误，提高代码的稳定性和可靠性。自动代码生成技术是MBD中的核心部分，它使得开发者能够将更多精力集中在控制算法的研究上，而不是编写底层代码，大大缩短了开发周期并降低了开发成本。V型开发流程是当前行业内公认的现代汽车电控系统开发模式，它是一种快速原型开发模式，可以有效提升软件开发的效率。 TSP-Target Support Package是专门针对某一特定MCU/DSP芯片而设计的，它能够为基于模型设计的嵌入式开发者提供快速算法验证环境。TSP的主要优点包括：不需要手动编写驱动代码，通过简单的对话框设置即可生成驱动代码；生成的代码是有效的，不合理的配置会通过错误提示进行纠正；整个开发流程高度自动化，从模型代码生成到编译下载一键完成。TSP的功能主要包括定制系统目标、底层驱动开发等。 定制系统目标主要包含三个文件：系统目标文件、钩子文件和脚本文件。系统目标文件是代码生成过程的核心，决定了代码生成的整体框架；钩子文件的功能设计贯穿整个RTW代码生成过程，在各阶段中添加自定义代码，实现对RTW代码过程的控制；脚本文件用于配置生成代码的类型及与硬件相关的设置，后台自动调用编译器。 底层驱动开发分为三个步骤：S-Function编写、TLC脚本编写和模块封装。S-Function是Simulink引擎运行的机理体现，它由定义与包含、回调函数和Simulink引擎的交互三部分组成。S-Function的编写有固定的格式，通过使用MATLAB官方提供的模版文件sfuntmpl_doc.c进行修改来实现。TLC脚本编写则是将Simulink模型中间描述文件（model.rtw）转换成C语言的过程。模块封装涉及定制个性化的图标和对话框，以适应不同开发者的使用需求。 在自动代码生成过程中，使用ert.tlc作为系统目标文件，它负责启动代码生成过程，并将模型转化为C代码。未经过优化的代码可读性不强，但通过增加模型信号名和配置信号线属性的数据类型，可以提高生成代码的可读性。 传统汽车电控系统开发存在手动编写驱动程序困难、调试和测试困难以及研发周期长等问题。而基于模型设计的MBD开发模式在航空、汽车、轨交、国防等领域的嵌入式软件开发中已广泛应用，并且我国汽车行业在电控系统开发方面也逐渐采用基于模型的设计。在MBD开发优势中，图形化模型设计、代码自动生成、稳定的代码质量、持续性的测试与验证等，都使得开发者可以尽可能早地发现设计中的错误和缺陷，降低排错与修改的成本。 一些知名的MBD工具提供商包括dSPACE公司的TargetLink、Woodward公司的MotoTron、恒润的ControlBase和意昂的D2P等。这些工具都为嵌入式开发者提供了从模型设计、仿真到代码生成的全套解决方案，极大地提高了嵌入式软件开发的效率和质量。