內容簡介

　　《基於模型的設計及其嵌入式實現（第2版）》以基於模型的設計為主綫,講述瞭M 代碼的快速編寫與調試,用戶界麵的創建,浮點Simulink/Stateflow模型的建立、調試與驗證,用戶自定義模塊的生成;詳細介紹瞭基於模型設計的全過程,主要有需求分析與跟蹤、模型的檢查與設計驗證、浮點模型到定點模型的轉換、模型嵌入式C代碼的自動生成、軟件/處理器/硬件在環測試,整個過程滿足DO 178B航空電子規範,可顯著提高工作效率、降低開發成本,並且增強瞭代碼的安全性與魯棒性,避免瞭産品開發的潛在市場風險。

　　本書可作為汽車電子、航天軍工、通信與電子信息、電力等領域的工程師從事嵌入式開發的技術手冊,也可作為高校電類專業嵌入式係統開發與基於模型設計的教材,還可作為學習MATLAB Simulink/Stateflow的參考書。

目錄

第1章 搭建軟件開發環境…………………………………………………………… 1

1.1 下載與安裝所需的軟件……………………………………………………… 1

1.1.1 下載開發軟件包………………………………………………………… 1

1.1.2 安裝開發軟件包………………………………………………………… 1

1.1.3 安裝更新………………………………………………………………… 4

1.2 創建一個包含DSP/BIOS的C6000DSP工程……………………………… 5

1.3 設置MATLABR2015b與CCS5.11數據鏈配置……………………… 14

1.3.1 checkEnvSetup()……………………………………………………… 14

1.3.2 xmakefilesetup ………………………………………………………… 16

1.4 有關MATLABR2015b與CCS3.3的配置問題………………………… 18

第2章 MATLAB高級應用基礎…………………………………………………… 19

2.1 MATLAB的功能簡介……………………………………………………… 20

2.1.1 函數瀏覽器……………………………………………………………… 20

2.1.2 函數提示………………………………………………………………… 21

2.1.3 目錄瀏覽器……………………………………………………………… 22

2.1.4 文件交換服務…………………………………………………………… 24

2.2 M 文件……………………………………………………………………… 26

2.2.1 M 文件結構…………………………………………………………… 26

2.2.2 清理程序………………………………………………………………… 28

2.2.3 創建M 文件…………………………………………………………… 29

2.2.4 M 腳本文件…………………………………………………………… 29

2.2.5 M 函數………………………………………………………………… 30

2.2.6 匿名函數………………………………………………………………… 34

2.3 加快M 文件的編寫………………………………………………………… 36

2.3.1 什麼是代碼檢查器……………………………………………………… 36

2.3.2 代碼檢查器的使用方法………………………………………………… 36

2.3.3 代碼檢查器實例………………………………………………………… 36

2.4 加快M 文件的調試———cell ……………………………………………… 40

2.4.1 什麼是cell……………………………………………………………… 40

2.4.2 cell的定義與刪除……………………………………………………… 40

2.4.3 cell調試實例…………………………………………………………… 42

2.4.4 應 用…………………………………………………………………… 44

2.5 數據存取……………………………………………………………………… 47

2.5.1 生成MAT文件………………………………………………………… 47

2.5.2 加載MAT文件………………………………………………………… 49

2.5.3 讀/寫音視頻文件……………………………………………………… 50

2.6 代碼效率分析………………………………………………………………… 53

2.7 MATLABCoder簡介……………………………………………………… 55

2.7.1 MATLABCoder支持/不支持生成C代碼的類型………………… 56

2.7.2 MATLABCoder的使用要求………………………………………… 57

2.7.3 EmbeddedCoder的常用命令………………………………………… 57

2.7.4 C編譯器的設置………………………………………………………… 58

2.7.5 應用實例………………………………………………………………… 59

第3章 圖形用戶界麵簡介………………………………………………………… 72

3.1 GUIDE簡介………………………………………………………………… 72

3.1.1 GUIDE界麵簡介……………………………………………………… 72

3.1.2 獲取當前圖形對象句柄的常用函數…………………………………… 75

3.1.3 Callback函數…………………………………………………………… 76

3.2 基於GUIDE工具的實例…………………………………………………… 76

3.2.1 讀取圖像的GUI實例………………………………………………… 76

3.2.2 製作及發布簡易計算器………………………………………………… 94

第4章 Stateflow 原理與建模基礎……………………………………………… 106

4.1 Stateflow概述……………………………………………………………… 107

4.1.1 狀 態………………………………………………………………… 111

4.1.2 遷 移………………………………………………………………… 114

4.1.3 事 件………………………………………………………………… 118

4.1.4 數據對象……………………………………………………………… 120

4.1.5 條件與動作…………………………………………………………… 122

4.1.6 節 點………………………………………………………………… 122

4.2 流程圖……………………………………………………………………… 128

4.2.1 手動建立流程圖……………………………………………………… 128

4.2.2 快速建立流程圖……………………………………………………… 131

4.2.3 車速控製……………………………………………………………… 132

4.3 狀態圖的層次……………………………………………………………… 136

4.3.1 曆史節點……………………………………………………………… 138

4.3.2 遷移的層次性………………………………………………………… 139

4.3.3 內部遷移……………………………………………………………… 140

4.4 並行機製…………………………………………………………………… 143

4.4.1 廣 播………………………………………………………………… 143

4.4.2 隱含事件……………………………………………………………… 149

4.4.3 時間邏輯事件………………………………………………………… 150

4.5 其他的圖形對象…………………………………………………………… 152

4.5.1 真值錶………………………………………………………………… 152

4.5.2 圖形盒………………………………………………………………… 155

4.5.3 圖形函數……………………………………………………………… 156

4.6 MATLAB函數…………………………………………………………… 157

4.6.1 建立調用MATLAB函數的Simulink模型………………………… 157

4.6.2 編寫MATLAB函數………………………………………………… 159

4.6.3 調 試………………………………………………………………… 160

4.7 Simulink函數……………………………………………………………… 163

4.7.1 Simulink函數的使用………………………………………………… 163

4.7.2 使用Simulink函數需遵循的規則…………………………………… 169

4.8 集成自定義代碼…………………………………………………………… 170

4.9 Stateflow建模實例———計時器…………………………………………… 174

第5章 Simulink建模與驗證……………………………………………………… 184

5.1 Simulink的基本操作……………………………………………………… 185

5.1.1 啓動Simulink ………………………………………………………… 185

5.1.2 Simulink模塊庫簡介………………………………………………… 186

5.1.3 模塊操作……………………………………………………………… 188

5.2 信號采樣誤差……………………………………………………………… 193

5.2.1 信號源………………………………………………………………… 193

5.2.2 MATLAB工作空間………………………………………………… 198

5.2.3 用戶自定義函數……………………………………………………… 202

5.2.4 非綫性係統…………………………………………………………… 204

5.2.5 離散模塊……………………………………………………………… 207

5.2.6 采樣誤差……………………………………………………………… 209

5.2.7 建立子係統…………………………………………………………… 211

5.2.8 封裝子係統…………………………………………………………… 212

5.2.9 數據類型匹配………………………………………………………… 215

5.2.10 模型信息……………………………………………………………… 218

5.2.11 模型元件化…………………………………………………………… 221

5.2.12 自定義模塊庫………………………………………………………… 222

5.3 音頻信號處理……………………………………………………………… 224

5.3.1 仿真環境……………………………………………………………… 224

5.3.2 基於采樣的模型……………………………………………………… 225

5.3.3 幀結構………………………………………………………………… 228

5.3.4 基於幀結構的模型…………………………………………………… 228

5.3.5 信號緩衝器…………………………………………………………… 230

5.4 視頻監控…………………………………………………………………… 232

5.4.1 原 理………………………………………………………………… 233

5.4.2 SAD子係統…………………………………………………………… 233

5.4.3 閾值比較……………………………………………………………… 234

5.4.4 視頻記錄子係統……………………………………………………… 235

5.4.5 源視頻幀計數及顯示………………………………………………… 236

5.4.6 數據讀取與顯示……………………………………………………… 237

5.4.7 實驗結果……………………………………………………………… 239

5.5 模型調試…………………………………………………………………… 241

5.5.1 圖形調試模式………………………………………………………… 241

5.5.2 命令行調試模式……………………………………………………… 244

5.5.3 調試過程……………………………………………………………… 245

5.5.4 斷點設置……………………………………………………………… 249

5.5.5 顯示仿真及模型信息………………………………………………… 253

5.6 模型檢查與驗證…………………………………………………………… 260

5.6.1 使用係統檢查器———ModelAdvisor檢查模型…………………… 260

5.6.2 建立測試用例………………………………………………………… 269

5.6.3 模型覆蓋度分析……………………………………………………… 279

5.6.4 模型效率分析………………………………………………………… 285

第6章 用戶驅動模塊的創建……………………………………………………… 289

6.1 什麼是S-Function ………………………………………………………… 289

6.1.1 S-Function的工作機製……………………………………………… 291

6.1.2 函數迴調方法………………………………………………………… 292

6.1.3 編寫C MEXS-Function …………………………………………… 295

6.1.4 Simulink引擎與CS-Function的相互作用………………………… 300

6.1.5 TLC文件……………………………………………………………… 309

6.1.6 LEVEL 2M 文件S-Function介紹……………………………… 313

6.1.7 調用仿真模型外部的C代碼和生成代碼…………………………… 324

6.2 S-FunctionBuilder………………………………………………………… 327

6.2.1 S-Function名及參數名……………………………………………… 328

6.2.2 初始化………………………………………………………………… 329

6.2.3 數據屬性……………………………………………………………… 329

6.2.4 庫文件………………………………………………………………… 332

6.2.5 輸 齣………………………………………………………………… 333

6.2.6 連續狀態求導………………………………………………………… 336

6.2.7 離散狀態更新………………………………………………………… 337

6.2.8 編譯信息……………………………………………………………… 338

6.2.9 應 用………………………………………………………………… 340

6.3 MATLABFunction模塊………………………………………………… 342

6.3.1 MATLABFunction模塊的生成方法……………………………… 343

6.3.2 集成用戶自定義的C代碼…………………………………………… 347

6.4 實 例……………………………………………………………………… 348

6.4.1 IIR濾波器…………………………………………………………… 348

6.4.2 S-Function的參數設置與封裝……………………………………… 351

6.4.3 讀取數據文件………………………………………………………… 357

第7章 嵌入式代碼的快速生成…………………………………………………… 362

7.1 利用EmbeddedCoder生成DSP目標代碼……………………………… 362

7.2 CCS5/6與MATLABR2015b的數據鏈配置…………………………… 364

7.3 TIDSP原裝闆的實時代碼生成………………………………………… 368

7.4 代碼驗證…………………………………………………………………… 375

7.5 TIC6416DSK目標闆應用例程………………………………………… 380

7.6 用戶自定義目標闆的應用………………………………………………… 401

第8章 基於模型的設計…………………………………………………………… 406

8.1 傳統設計過程與基於模型設計過程的對比……………………………… 407

8.2 DO 178B標準簡介……………………………………………………… 409

8.2.1 什麼是DO 178B標準……………………………………………… 409

8.2.2 DO 178B標準驗證要求…………………………………………… 410

8.2.3 DO 178B軟件生命周期…………………………………………… 411

8.3 基於模型設計的工作流程………………………………………………… 412

8.4 需求分析及跟蹤…………………………………………………………… 417

8.4.1 根據需求建立係統模型……………………………………………… 417

8.4.2 建立需求與模塊間的關聯…………………………………………… 418

8.4.3 一緻性檢查…………………………………………………………… 421

8.5 模型檢查及驗證…………………………………………………………… 423

8.5.1 ModelAdvisor檢查………………………………………………… 423

8.5.2 SystemTest …………………………………………………………… 424

8.5.3 DesignVerifier ……………………………………………………… 433

8.6 定點模型…………………………………………………………………… 439

8.7 軟件在環測試……………………………………………………………… 447

8.8 處理器在環測試…………………………………………………………… 448

8.9 代碼跟蹤…………………………………………………………………… 449

8.10 硬件模型…………………………………………………………………… 453

8.10.1 建立硬件模型………………………………………………………… 453

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