基于單片機的快速代碼生成方法

摘要：基于模型設計是國外流行的一種先進的嵌入式系統開發方式，該方式主要利用開發工具Simulink以及Matlab的 RTW(Real—TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能，采用IAR作為中間工具，將RTW生成的C語言代碼轉為為在單片機 MSP430F2252中可以運行的HEX文件，最后通過Protues軟件來驗證代碼的正確性。該方法無需設計者精通各種編程語言，只需了解設計規范與實現原理，極大地降低了嵌入式系統開發難度，縮短了開發周期，并且能夠保證代碼的高效性、可靠性。

關鍵詞：基于模型的設計;快速代碼生成;Real—Time Workshop;MSP430F2252;Protues

隨著軟硬件技術的不斷發展，系統的開發周期顯得越來越重要，但開發的時間與系統安全性之間又有一定的沖突。假如依舊采用傳統的編寫代碼的方式，顯然企業將會失去很多的機會。文中介紹一種基于模型的快速代碼生成的方法，可以滿足這種高性能和快節奏研發的需求。MATLAB集成了各類應用領域的專用庫函數和模塊，用于數值計算、系統建模的軟件包。

Simulink工具可以對分系統或單個仿真模型進行設計。RTW(Real—Time Workshop)是MATLAB提供的自動化代碼生成工具，將Simulink模型框圖轉化為標準的C語言代碼。學會利用 MATLAB/Simulink創建仿真模型，利用MATLABRTW工具，通過這種方式在IAR環境中對Simulink模型進行集成和調用，從而輔助在科研及工程實踐中準確、通用快速的建立分布交互仿真體系結構下的嵌入式系統仿真模型。該方式主要利用Matlab的RTW(Real- TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能。本文介紹一種基于MATLAB/RTW實現實時仿真與嵌入式系統開發的方法，方法涉及以下的開發環境：

Microsoft Windows 7;

MATLAB VersionR2010b;

IAR430V5.3;

Proteus7.8。

1 嵌入式開發技術的基本流程

該方式主要利用Matlab的RTW(Real—TimeWorkshop)工具箱的代碼生成功能。采用IAR作為中間工具，將RTW生成的C語言代碼轉為為在單片機中可以運行的HEX文件，最后通過Proteus軟件來驗證代碼的正確性，基本流程如圖1所示。

2 建立了Simulink模型并生成了RTW代碼

到此模型代碼生成的前期工作已經準備完畢，保存好模型，取名為Key_test。下一步就是打開Real—Time Work—shop選項中的Build按鈕，之后Matlab將自動生成模型代碼。在Matlab的命令窗口中顯示如下內容：

### Connecting to IAR Embedded Workhench…

### Writing source file key_led_430_data.e

### Writing source file key_led_430_main.c

到此，模型的代碼也成功生成。

3 RTW生成代碼

3.1 RTW生成代碼的原理

RTW可以直接從Simulink模型生成代碼并且自動建立可以在不同環境下運行的程序，這些環境包括實時系統和單機仿真。RTW為用戶系統設計到簡單實現提供了簡易的接口，它的代碼生成器完全結構化，可開放可擴展。此外，RTW還為用戶提供了TLC(目標語言編譯器)以擴充自身的功能，使得生成的實時代碼能夠在不同的環境下運行，這主要是通過生成目標板硬件的硬件驅動程序實現的。

RTW提供了兩種實現方式：一般模式和外部模式。一般模式下，RTW生成模型的實時源程序和可執行程序，直接在目標機的實時操作系統上運行，但是不提供實時監控和實時參數修改的功能。

RTW允許自定義構造，它既可以在自定義環境下工作，也可以在已經存在的環境下工作。構造(Build)過程有make_rtw文件控制。首先，make_rtw文件編譯simulink的模塊框圖，生成exmodel.rtw文件，然后make_rtw啟動TLC產生代碼，接著，make_rtw文件調用模塊make文件grt_default.tmf生成exmodel.mk文件。最后，如果目標主機與Hos宏定義相匹配，就調用make文件從源程序生成可執行程序。

此外，make是一個功能函數，它可以編輯和連接生成碼，并且生成可執行程序。RTW調用make建立實時可執行程序，make文件由模板make文件生成，生成的make文件的名字是exmodel.mk，通過修改make文件可以對構造過程進行定制。RTW將exmodel. mk傳遞給make功能函數，make直接負責編譯模型源程序和鏈接。

MATLAB本身會為用戶提供一些適用于各類目標硬件的目標文件，但是在實際應用的過程中往往會受到用戶需求的限制，因此，建議選擇grt_tlc作為系統目標文件，但是grt_tlc生成的代碼是運行于DOS下的，缺少一些與目標硬件相匹配的中斷向量表和存儲器配置等文件。

3.2 RTW生成代碼

RTW生成的代碼都源于模板，下面這個例子中所選擇的模板是War.tlc。下面介紹該算法所涉及的函數與數據結構。

用RTW自動生成的代碼包含如下函數：

1)Main，包含在war_main.c文件中，是算法的主要函數，由它調用其他的函數。

2)rt_OneStep，包含于war_main.c文件中，是算法的最主要結構，由Main調用，同時也調用Matlab_Test_step函數用以完成了模型的具體操作要求。

3)Matlab_Test_initialize，包含在Matlab. Test.c文件中，由Main函數來調用，用來初始化模型。

4)Matlab_Test_step，包含在Matlab_Test.c中，由rt_OneStep調用，在該函數中描述具體模型的輸入與輸出的關系。

用RTW自動生成的代碼包含如下數據的結構：

①Matlab_Test_Y，用以存儲輸出信號的量值。

②用Matlab_Test_U，用以存儲輸入信號的量值。

4 采用IAR將RTW生成的C語言轉為HEX文件

打開IAR，建立一個空工程，并加入生成的代碼，生成IAR工程，單擊右鍵，在菜單中選擇Options，在對話框中的General Options目錄下的Target子頁面中選擇芯片類型MS P430F2252，在Linnker目錄下的Output子頁面中，將輸出文件名定義為Key_board.hex，并在Output項中選擇 intel-extended，再單擊工具欄按鈕，編譯工程(圖3)，窗口下部的信息顯示編譯成功。

5 實驗仿真結果

打開Proteus軟件，新建一個工程文件，選擇MSP430F2252，正確地連接基本電路;連接好的電路圖如圖4所示。

點擊Debug菜單后，選擇Use Remote Debug Monitor的選項。然后，雙擊MSP430F2252器件，之后彈出來器件編輯對話框，最后在Program File選項中選擇IAR所生成的HEX文件，進行仿真實驗。

6 結論

實驗結果證明，基于Matlab環境下生成的代碼的可靠性很高。通過Proteus的仿真結果可以看出來，由Matlab生成的代碼同樣具有正確性。節省了很多繁重的工作和時間，具有很大的實際指導意義。