📚 课程目录第1章基础模型配置与代码生成

1. 基础模型配置与代码生成

任务说明

本案例目标为：在Simulink中创建一个基础模型，完成求解器、步长、代码生成相关参数配置，并生成嵌入式C代码。最终交付物为可编译的C源文件、头文件及示例主程序，验证生成代码的数值正确性。

模型设计

创建一个简单但完整的计算模型：输入为两个正弦波信号，经过求和、增益与饱和限幅后输出。该模型包含连续与离散混合逻辑，可验证代码生成的基本路径。

模块	参数	说明
Sine Wave 1	Amplitude=1, Frequency=2pi1	1Hz正弦输入
Sine Wave 2	Amplitude=0.5, Frequency=2pi3	3Hz正弦输入
Sum	++	两信号相加
Gain	2.5	放大系数
Saturation	LowerLimit=-2, UpperLimit=2	输出限幅
Outport	—	模型输出

模型配置

关键配置项如下（Simulink模型参数）：

求解器：离散（fixed-step），离散求解器类型选择 discrete，固定步长 0.01 秒
代码生成：系统目标文件 ert.tlc（Embedded Coder）
语言：C
函数打包：Nonreusable function，生成独立函数
数据类型：double（保持默认）

模型构建步骤

在MATLAB命令窗口执行 slnew 新建模型
按上表添加模块并连接
打开 模型配置参数（Ctrl+E），按上述配置设置
模型命名为 basic_model.slx 并保存

代码生成与文件结构

在模型编辑器中按 Ctrl+B 生成代码，输出目录为当前工作目录下的 basic_model_ert_rtw 文件夹。生成的关键文件包括：

basic_model.c — 模型步进函数实现
basic_model.h — 模型接口声明
basic_model_types.h — 数据类型定义
rtwtypes.h — 基础类型定义
basic_model.bin — 可执行文件（若配置了构建步骤）

生成代码核心接口

生成的步进函数原型为：

void basic_model_step(void);

模型输入输出通过全局结构体 basic_model_U 和 basic_model_Y 访问：

extern ExtU_basic_model_T basic_model_U;  // 输入结构体
extern ExtY_basic_model_T basic_model_Y;  // 输出结构体

输入端口变量为 basic_model_U.In1 与 basic_model_U.In2，输出端口为 basic_model_Y.Out1。

验证方法

编写主程序调用生成的步进函数，对比模型输出与理论计算结果。理论输出为：

y = saturate(2.5 * (sin(2πt) + 0.5*sin(6πt)), -2, 2)

其中 saturate(x, lo, hi) 表示限幅函数。

测试主程序（test_main.c）

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include "basic_model.h"

#define PI 3.141592653589793

double saturate(double x, double lo, double hi) {
    if (x < lo) return lo;
    if (x > hi) return hi;
    return x;
}

int main(void) {
    double t;
    double expected;
    double error;
    double max_error = 0.0;
    int i;
    int num_steps = 100;  // 仿真1秒（步长0.01）

    // 初始化模型
    basic_model_initialize();

    for (i = 0; i < num_steps; i++) {
        t = i * 0.01;
        // 设置输入
        basic_model_U.In1 = sin(2.0 * PI * 1.0 * t);
        basic_model_U.In2 = 0.5 * sin(2.0 * PI * 3.0 * t);
        // 执行一步
        basic_model_step();
        // 理论值
        expected = saturate(2.5 * (sin(2.0*PI*1.0*t) + 0.5*sin(2.0*PI*3.0*t)), -2.0, 2.0);
        // 误差计算
        error = fabs(basic_model_Y.Out1 - expected);
        if (error > max_error) max_error = error;
    }

    printf("最大误差: %.6e\n", max_error);
    if (max_error < 1e-10) {
        printf("测试通过：生成代码输出与理论值一致\n");
        return 0;
    } else {
        printf("测试失败：误差超出阈值\n");
        return 1;
    }
}

编译与运行

gcc -I. -o test_main test_main.c basic_model.c -lm
./test_main

判定标准

编译无错误、无警告
程序输出 最大误差: 0.000000e+00 或小于 1e-10
输出 测试通过 且返回码为0

预期输出：
最大误差: 0.000000e+00
测试通过：生成代码输出与理论值一致

代码生成配置验证

打开生成的 basic_model.c，检查以下关键特征确认配置生效：

文件头部包含 #include "basic_model.h" 及必要的类型头文件
存在 void basic_model_step(void) 函数定义，内部无动态内存分配
模型参数（增益2.5、限幅值±2）以宏或const变量形式固化在代码中
无操作系统依赖，纯C实现，可直接嵌入目标硬件

SVG：代码生成数据流与验证拓扑

注意事项

确保MATLAB已安装Embedded Coder许可证，否则代码生成按钮不可用
若需生成独立可执行文件，可在配置参数中勾选“生成可执行文件”
实际工程中可将 basic_model_step() 放入定时器中断周期调用