simulink如何调用c语言

Simulink如何调用C语言

在Simulink中调用C语言可以通过多种方式实现，如S-Function、MEX文件、Embedded MATLAB Function等。其中，使用S-Function是最常见且功能最强大的方法。S-Function（系统函数）是一种用户自定义的函数，可以在Simulink模型中调用并执行。下面将详细介绍如何通过S-Function调用C语言代码。

一、S-Function简介

S-Function（System Function）是Simulink提供的一种机制，允许用户在Simulink模型中调用自定义代码。它支持多种编程语言，如C、C++、MATLAB等。通过S-Function，用户可以实现自定义的算法、接口硬件或其他特殊功能，使Simulink模型具有更强的灵活性和扩展性。

1、S-Function的基本结构

一个典型的C语言S-Function代码包括以下几个部分：

定义宏和数据结构：包括宏定义、数据类型定义等。
初始化函数：用于初始化S-Function的一些参数和状态。
计算输出函数：计算S-Function的输出。
更新状态函数：更新S-Function的内部状态。
终止函数：释放资源等。

2、S-Function的创建步骤

创建一个C语言源文件，例如 my_sfunction.c。
实现S-Function的各个回调函数，例如 mdlInitializeSizes、mdlOutputs 等。
使用 mex 命令编译C语言源文件生成MEX文件。
在Simulink中使用S-Function模块并配置为生成的MEX文件。

二、编写S-Function代码

1、定义宏和数据结构

首先，需要包含Simulink和MATLAB的头文件，并定义一些必要的宏和数据结构。例如：

#define S_FUNCTION_NAME my_sfunction #define S_FUNCTION_LEVEL 2 #include "simstruc.h"

2、初始化函数

初始化函数 mdlInitializeSizes 用于设置S-Function的输入输出端口、参数数量等信息。例如：

static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S) {
    ssSetNumSFcnParams(S, 0); // 无参数
    if (!ssSetNumInputPorts(S, 1)) return;
    ssSetInputPortWidth(S, 0, 1);
    ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1);
    if (!ssSetNumOutputPorts(S, 1)) return;
    ssSetOutputPortWidth(S, 0, 1);
    ssSetNumSampleTimes(S, 1);
    ssSetOptions(S, 0);
}

3、计算输出函数

计算输出函数 mdlOutputs 用于计算S-Function的输出。例如：

static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid) {
    InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S, 0);
    real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S, 0);
    real_T input = *uPtrs[0];
    // 计算输出
    *y = 2 * input;
}

4、更新状态函数

更新状态函数 mdlUpdate 用于更新S-Function的内部状态。例如：

static void mdlUpdate(SimStruct *S, int_T tid) {
    // 这里可以更新内部状态
}

5、终止函数

终止函数 mdlTerminate 用于释放资源。例如：

static void mdlTerminate(SimStruct *S) {
    // 释放资源
}

6、S-Function注册

最后，需要注册S-Function：

#ifdef MATLAB_MEX_FILE #include "simulink.c" #else #include "cg_sfun.h" #endif

三、编译S-Function

在MATLAB命令窗口中，使用 mex 命令编译C语言源文件生成MEX文件。例如：

mex my_sfunction.c

编译成功后，会生成 my_sfunction.mexw64（Windows平台）或 my_sfunction.mexa64（Linux平台）文件。

四、在Simulink中使用S-Function

打开Simulink，并创建一个新的模型。
添加一个S-Function模块（在Simulink库浏览器中找到）。
双击S-Function模块，在对话框中输入生成的MEX文件名 my_sfunction。
配置输入输出端口，连接相应的信号源和信号接收器。

五、调试和优化

1、调试S-Function

调试S-Function可以使用MATLAB的调试工具，如 dbstop、dbstep 等。也可以使用C语言的调试工具，如GDB、Visual Studio等。

2、优化S-Function

优化S-Function可以从以下几个方面入手：

减少内存分配：尽量在初始化阶段分配内存，避免在每个仿真步骤中频繁分配和释放内存。
使用内联函数：将频繁调用的小函数定义为内联函数，以减少函数调用的开销。
并行计算：如果算法具有并行特性，可以使用多线程或SIMD指令进行优化。

六、示例代码

下面是一个完整的S-Function示例代码：

#define S_FUNCTION_NAME  my_sfunction
#define S_FUNCTION_LEVEL 2
#include "simstruc.h"
static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S) {
    ssSetNumSFcnParams(S, 0);
    if (!ssSetNumInputPorts(S, 1)) return;
    ssSetInputPortWidth(S, 0, 1);
    ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1);
    if (!ssSetNumOutputPorts(S, 1)) return;
    ssSetOutputPortWidth(S, 0, 1);
    ssSetNumSampleTimes(S, 1);
    ssSetOptions(S, 0);
}
static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S) {
    ssSetSampleTime(S, 0, INHERITED_SAMPLE_TIME);
    ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);
}
static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid) {
    InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S, 0);
    real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S, 0);
    real_T input = *uPtrs[0];
    *y = 2 * input;
}
static void mdlTerminate(SimStruct *S) {
    // 释放资源
}
#ifdef MATLAB_MEX_FILE
#include "simulink.c"
#else
#include "cg_sfun.h"
#endif

通过以上步骤，您可以在Simulink中成功调用C语言代码，实现自定义功能。无论是实现复杂算法，还是集成外部设备，S-Function都提供了强大的支持。为了更好地管理和跟踪项目进度，建议使用 研发项目管理系统PingCode 和 通用项目管理软件Worktile 进行项目管理。这些工具可以帮助团队更高效地协作，确保项目按时交付。