一文教你快速學會在matlab的simulink中調用C語言進行仿真

本文介紹如何在matlab的simulink中嵌入C語言進行多輸入多輸出的仿真；matlab版本位2015b；
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1 s-function

S-function模塊，位於Simulink/User-Defined Functions模塊庫中，它可以很方便的調用matlab腳本，即.m爲後綴的文件，也可以調用c文件，但是這裏是LEVEL-1的s-function，也就是隻能進行單輸入和單輸出，對於LEVEL-1的單輸入單輸出參考《matlab 調用C程序進行simulink仿真》這篇文章，具體不再贅述，相關信息如下所示；

但是有的時候需要進行多輸入多輸出，即MIMO的系統，那麼就需要LEVEL-2的s-function，因此這裏需要使用S-Function Builder來自定義需要輸入的參數和輸出的參數；

2 具體設置

首先拖拽S-Function Builder到仿真文件中，並雙擊打開，可以看到具體的屬性如下圖所示；

一般初級的使用，這裏有四個地方需要注意，已經在上圖中標註出來；

1. S-Function文件名，最終構建成功會生成相應名稱的C文件；
2. 輸入輸出的設置，根據需求設置S-Function的入口參數，和返回參數，後面會詳細解釋；
3. 完成設置之後需要進行構建，生成C文件；
4. 對相應文件進行修改，最終進行編譯；
5. 如果編譯成功的話，C程序就已經成功嵌入了，下面可以進行simulink仿真了；

後面將結合一個例子進行分析；

2.1 輸入輸出

首先設置文件名，本文設置爲sfun_myc；

然後在輸入和輸出選項下有相關端口的屬性選項，具體如下；

• Port name：端口名稱，用戶自己填寫；
• Dimensions：數據的維度，這裏有兩種選項，分別是1-D和2-D；如果是1-D則表示輸入向量，2-D則表示輸入爲矩陣；
• Rows：輸入數據的行數；
• Columns：輸入數據的列數；
• Complexity：輸入的數據是實數還是複數，這裏有real和complex這兩個選項；

2.1.1 添加相應的輸入信號

如下圖所示；點擊圖標①，在Input ports的選項下，添加了u0，u1，u2和t，這四個輸入信號的添加；

2.1.2 添加相應的輸出信號

輸出具體如下圖所示；

2.2 構建 S-Function

設置成功之後，具體信息如下圖所示；

模塊圖標如下圖所示；

從上面兩圖可以看出，已經設置完成，點擊Build生成S-Function對應的C程序，包括；

• sfun_myc.c；在這文件中也可以進行對輸出的修改；
• sfun_myc_wrapper.c；主要修改這個文件，下面具體再分析；

文件列表如下圖所示；

3 源碼分析

3.1 sfun_myc.c

sfun_myc.c是軟件自動生成的文件，源碼相對較長，佔較大篇幅，暫時不貼，主要分析其中幾個主要的函數；
在mdlOutputs函數會每過一個採樣點（sample time）就被調用一次，在這裏以及傳入了我們之前定義好的四個參數，以及需要輸出的三個參數；
並且最終調用sfun_myc_Outputs_wrapper函數來處理輸入和輸出，具體如下所示；

static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)
{
    const real_T   *u0  = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,0);
    const real_T   *u1  = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,1);
    const real_T   *u2  = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,2);
    const real_T   *t  = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,3);
    real_T        *y0  = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,0);
    real_T        *y1  = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,1);
    real_T        *y2  = (real_T *)ssGetOutputPortRealSignal(S,2);
    
    sfun_myc_Outputs_wrapper(u0, u1, u2, t, y0, y1, y2);
}

3.2 sfun_myc_wrapper.c

主要的邏輯是在這個函數中進行編寫；源碼太長，佔較大篇幅，暫時不貼，主要分析其中幾個主要的函數；

/* This sample sets the output equal to the input
      y0[0] = u0[0]; 
 For complex signals use: y0[0].re = u0[0].re; 
      y0[0].im = u0[0].im;
      y1[0].re = u1[0].re;
      y1[0].im = u1[0].im;
*/

上面的代碼可以看到，u0爲輸入，y0和y1位輸出；

在sfun_myc_Outputs_wrapper函數中進行修改，就可以得到：
$y=f(x)$

這裏用梯形速度曲線進行測試，具體如下；

/*
 * Output functions
 *
 */
void sfun_myc_Outputs_wrapper(const real_T *u0,
			const real_T *u1,
			const real_T *u2,
			const real_T *t,
			real_T *y0,
			real_T *y1,
			real_T *y2)
{
/* %%%-SFUNWIZ_wrapper_Outputs_Changes_BEGIN --- EDIT HERE TO _END */
/* This sample sets the output equal to the input
      y0[0] = u0[0]; 
 For complex signals use: y0[0].re = u0[0].re; 
      y0[0].im = u0[0].im;
      y1[0].re = u1[0].re;
      y1[0].im = u1[0].im;
*/
/* %%%-SFUNWIZ_wrapper_Outputs_Changes_END --- EDIT HERE TO _BEGIN */
    int Am = u0[0];
    int Vm = u1[0];
    int Pf = u2[0];
    int T = t[0];
    
    int Ta = Vm/Am;
    int Tm = (Pf - Am*Ta*Ta)/Vm;
    int Tf = 2*Ta+Tm;
    printf("%d\r\n",Tf);    
    //梯形
    if(Tm>0){
        if(T <= Ta){
            y0[0] = 0.5*Am*T*T;
            y1[0] = Am*T;
            y2[0] = Am;
        }else if(T<=(Ta+Tm)){
            y0[0] = 0.5*Am*Ta*Ta + Vm*(T-Ta);
            y1[0] = Vm;
            y2[0] = 0;
        }else if(T<=(Ta+Tm+Ta)){
            y0[0] = 0.5*Am*Ta*Ta + Vm*Tm + 0.5*Am*(T-Ta-Tm)*(T-Ta-Tm);
            y1[0] = Vm-Am*(T-Ta-Tm);
            y2[0] = -Am;
        }
    }else{
    //三角形
        Ta = sqrt(Pf/Am);
        if(T<Ta){
            y0[0] = 0.5*Am*T*T;
            y1[0] = Am*T;
            y2[0] = Am;
        }else{
            y0[0] = 0.5*Am*Ta*Ta + 0.5*Am*(T-Ta)*(T-Ta);
            y1[0] = Am*Ta - Am*(T-Ta);
            y2[0] = -Am;
        }
    }
}

3.2 編譯程序

編輯好相應的函數就可以開始編譯程序；
在matlab終端輸入以下指令；

mex sfun_myc.c sfun_myc_wrapper.c

0 warning 0 errors

如果出現以下提示：
=錯誤使用 mex
未找到支持的編譯器或 SDK。您可以安裝免費提供的 MinGW-w64 C/C++ 編譯器；請參閱安裝 MinGW-w64 編譯器。如需更多選項，請參閱http://www.mathworks.com/support/compilers/R2015b/win64.html。=

則需要先根據提示安裝相應的編譯器。

4 相關測試

仿真的框圖如下所示；

寫的是一個梯形曲線規劃，😄😄😄，結果符合預期，開心。

5 總結

本文總結了在matlab的simulink中調用C語言進行仿真，但是還有很多請問沒有考慮在內，需要讀者進行舉一反三，如果有別的問題也可以進行在文章下方進行評論，或者私信我。

筆者能力和水平有限，文中難免有錯誤和紕漏之處，請大佬們不吝賜教；
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