基于Simulink Stateflow模型的代码自动生成及其软件质量评估.pdf

基于S i m u l i n k ／S t a t e f l o w 模型的代码自动生成及其软件质量评估冯香枝陈慧袁九宇( 上海燃料电池汽车动力系统有限公司上海2 0 1 8 0 4 ；同济大学上海2 0 1 8 0 4 )纂要l 本文主要阐述了如何运用M A T L A B ／S i m u l i n k 中的F i x e d - P o i n tB l o c k s e t ．T - 具箱实现控帝l 算法的定点化．在定点模型的基础上运用R T W ( R e a l - T i m eW o r k s h o p ，实时工作间) 提供的S i m u li n k ／S t a t e f l o w 自动代码生成工具，为不同平台生成嵌入式C 代码格式，最终利用第三方编译工具生成了可执行代码本文运用上述方法，针对I n f i n e o nC 1 6 6 目标芯片生成的嵌入式代码作了代码质量评估，通过测试可见软件的执行速度更快、占用内存空间更小、使用方便快捷、实时性高，非常适合基于S i m u l i n k ／S t a t e f l o w 模型的软件开发关键词l 定点模型；自动代码生成；实时性；代码质量评估T h eC o d eG e n e r a t i o nQ u a l i t yE v a l u a t i o nB a s e do nS i m u l i n U 7 乳a t e n O WM o d e lF e n gX i a n g z h iC h e nH u f““v MY u a n( s h a n g h a if u e lc e l lv e h i c l e p o w e r t r a i n c d ．，l i d ，s h a n g h a i 。

2 0 1 8 0 4 ，C h i n a ；t o n l z i iu n i v e r s i t y , s h a n g h a i ，2 0 1 8 0 4 ，C h i n a )A b s t r a c t ：T h i sp a p e rw i l l i n t r o d u c eh o wt ou s et h eF i x e d —P o i n tB l o c kt o o l b o xo fM A T L A B ／S i m u l i n kt or e a l i z ec o n 仃o ls 仃a m g yo ft h ef l o a t —p o i n tm o d e l ．A n dW eu s et h ef u n c t i o n a l i t yo fR T W ( R e a l —T i m eW o r k s h o p ) t oa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t ee m b e d d e dCc o d ef o rd i f f e r e n tt a r g e t s ．f i n a l l yw eb u i l dt h eCc o d eb yt l l i r d ．p a r t yc o m p i l e r st om a k ee x e c u t a b l ec o d e ．U s et h em e t h o d ，w ee V a l u a t e da n dt e s tt h ee m b e d d e dCc o d ef o rI n f i n e o nC 1 6 6t a r g e t ，t h r o u g hw h i c hi t i ss h o w nt h ee x e c u t i o no ft h ep r o g r a mi sq u i c k e r , t h es m a l l e ro c c u p i e dm e m o r yr o o m 。

t h em o r ec o n v e n i e n ts h o r t c u t ，p e r f e c tr e a l —t i m er e s p o n s i b i l i t y ．T h ee x p e r i m e n tp r o v e st h a ti t ’Sa, g o o dm e t h o do fs o f t w a r ed e v e l o p m e n tb a s e do nS i m u l i k ／s t a t e f l o wm o d e l ．K e y w o r d s ：f i x e d - p o i n tm o d e l ；r t w ；r e a l - t i m er e s p o n s i b i l i t y ；c o d eq u a l i t ye v a l u a t i o n引言随着汽车嵌入式软件开发的发展进步，自动代码生成技术逐渐成为一种新的模式和特点在这种新的模式下，嵌入式系统的设计理念、开发流程、使用的开发工具都发生了巨大变化可视化高层建模仿真开发平台与自动代码生成技术的结合贯通了系统设计、仿真、调试和产品级代码实现的整个v 循环开发模式过程，大幅减少了软件B u g和开发周期。

而定点建模和自动代码生成的结合，给我们提供了一种低廉的、高效率的嵌入式软件代码实现方法通常，在处理器内部，数值是用定点数或浮点数来表示的用相同的字长来表示数值，定点数所能表示的数值范围要远远小于浮点数所能表示的范围首先，从两种表示法支持的硬件电路的复杂程度和功耗来看，定点硬件的逻辑电路要1作者简介冯香枝，生J | 1 9 8 0 年，女，汉，研究方向：电动助力转 向系统软件．发i f 开发陈t ，牛于1 9 6 4 年，男，汉，研究方向：汽 车电子及控制技术、线控转向技术、电动汽车车辆运动与控制等 袁九字，生于1 9 8 2 年，男，汉，研究方向i 电动助力转向系统故障诊断研究1 8 5浮点电路简单的多，这意味着定点硬件会有比浮点硬件更小的尺寸和功耗，而且生产电路的成本也较低，这种优势是很多产品所追求的其次，从程序执行的角度来说，定点数执行的速度更快，而且占用的空间更小在C P U 执行程序时，它有不同的执行器件针对定点和浮点，由于浮点电路和浮点数的本身特性要比定点的复杂，所以它的运行速度远远赶不上定点数同时，因为定点数是针对特定的对象采用特定的字长，因此充分利用了字长的资源，然而浮点数无论对大范围的数还是小范围的数，都采用相同的字长，由此造成了字长的浪费，占用了更多的存储资源。

在当今竞争激烈的时代，降低成本，提高性能，优化组合显得十分重要，所以定点设计模型的自动代码生成技术越来越受到大家的关注1 定点数的表示所谓定点技术就是指按照固定的字长和小数点位置，以整数的形式表示实数的方法图l 是将十进制的实数+ 6 ．5 表示为8 位的二进制数据：r —————————L ——·———一叵] ⅡⅢⅡ衄 f 哥t 、一fH i * # ^ “Ⅷ1 ．nS i m u I i n kc f - 表示定点数掘的打池是通过比剜凡( s c a l i n g ) ．日l 偏牡畦( b l “) 和鼎串( s I o p e ) 柬表1c ．如V = S * Q * B 其·“ ．v 足定点数世矗m 的史W 数值：S 2 ．J IJ户自d 定义的斜丰．f i j 两部丹目l 成：F + p E p E 川泉蚀定．避刮小数一I 的＆碍L S B 的能敷．称为分辩宰F 足川户自定义的舟数斜阜，f Ⅱ咀影响定点所煮T 的蛮％仳太小为了加快计算速度，本文取F 为I ．耶A 上式中的乘法g 并就会变成简单的移机( s h i f t ) 操作，O 是计算机内邮存储的整型敬( i n , e g c r ) ．如罔l 中的n 怔一进制数- 并⋯℃最的足祭型数，B 足定l l 数佰转成实k 值时．加J ：韵偏移域。

它的作川足般衔尽f d 艟太丹m 牟但是加I ：“i l 移破☆m A l 执行目Ⅻ．所U 砭打前罂而定圈1 巾．Q = - l e 4 ， s = 2 ^ - 4 ．B = 0 ( f 进制) ．所以v = [ 0 4 + 2 “4 ⋯06 ．51 ．1 定点模块的衰示定点数据设‘f 完后．垂枉S i m u l l n k 模型中体现出你的啦l l J ￡点模块人多在定一_ 1 具箱( f i x e d —p f l i n xh l ( _ c k ∞1 ) r { - 日“＆到F 口I 先舟绍基本的模块的最m 方法目2 足G a i n 模块的设口《点此例H 的倒f[ ／7 ’茈十，数据娄艰仃参数乖身的数州燮型和横块犏} I l 的数据类型州种，它们揶为S i m u l i n k 中特殊定义的数位兴碰．自I s f l x ( 1 6 ) 为1 6 似+ } K 的带符口的情刚擞掣* 2 —1 0表示数据的斜半和偏移世，通过E t d U 确定整数部分数据∞m 崮和小数Ⅻ分小数的精确枰嫂．n ! S i m u l i n k —I ·Ⅱ有” “ 定点的其它娄早．比如u m ．s 恤．u n 韶等等( 无符q 8皿数、无柠峙1 6 恤数、上符q 3 2 住数、冉符号1 6 位数等，根据单J { 机所要求的数据燮斜Ⅲ仃所水同) 。

日口0 T j 圭项足Ⅲ帻算法即从卖h ．值转成定点数或在币¨精度的定点数 上m j 转换．所采取的拟舟方法o r 、⋯⋯t 和c c l ¨n 2 ^ “ ：，一般地n 呻r 最下Ⅲ的选项是数州饱和溢出处Ⅱ的方式．nr 蛆T L ^ B 中有阿种方mS a l u m f i o n ⅫW r a p ．如图3 所Ⅲ1 盘K 数撤大十进制整数能够嵌示昂^ 《【N 时．将m 现n * 饱Ⅻm 出的现馨s a Ⅲr a n 咖方} J ( 溢出‘饱和) , R l w a r p 方j _ l ( 溢m 后十饱和) 口r 咀根据需要选用．般仪扛系统衙* Ⅱ十进择$ a l u r a u o n 鲜皓．田为它教半缸l I —I 用较多韵R O M 资源 圈圆S a m r a l l o #W a r pH3n “№日埔m ”目1 ．2 控制嚣模型的衷示再介目一T 控制* 模型的定^ 设i l 片沾n 涟缱域‘l 撤汁的托制g ，超过离散化将牲制# 幔型变换到离散域．卅通过n 个杯准型柬实现．卡要卉^ 接型I 【，：”鞋型和计联型r 种直接I i 犁的结构芷川忙递甬数的丹7 、丹母系教怍冉校删Ⅲ的增益。

这种J B 式捌秆蛙少的惟位《时模块．f 口址它是敏度过高．酱传递自数阶敷埔AJ 时- 系数的请化强置W 能变人Ⅲ：I j 联1 4 和J } 联挝把岛阶1 々进函数丹解成怔阶传递函数的n 【☆，这样n ^ ^ 降低r 系统埘东龇十轱确的灵敏度 * = ∞羽L ．f ：i 幕三玛k 1 巳孝_ _ “r “r ⋯ 一——”_ = 五I二一4一一一一一■= |2 定点系统建模的辅助工具( A u t o s c a l i n gT o o l s )自于定点数的特性，它d ；r ．i T 浮点数能表i 柑太的数值范Ⅲ和很高的精度．Ⅱ足限制r 数据韵最人范围，并R数姑的昔化精鹰々} 长和格数值数的啦月打咒所以．使用定点数时，* 颁注意到数据足A 溢m ，分辨率设置魁☆能使定血数目日能接近蛮际值般来说．对十个确定的日杯处目# - 它所允许的字K 足有限制的，所以定点数的糕数托数和0 的小数分辨苹是帽Ⅱ牵制的，即整数位数加l 斗数位数* 殒小f 等j 处日％字K 而为r 确定数值足i 溢忆就拦检测模礁中每十模块的输j } ：．F i x e dP o i n tS c t l 。