2.4 代码生成讲解

本节导航

2.4.1 编译器的安装与配置

注：本小节较多例子都需要使用VS编译器，推荐提前安装

1. 安装Visual Studio 2017 (也可以用其他版本，MATLAB能识别即可)

后续课程很多地方都需要用到Visual Studio编译器，例如MATLAB中S-Function Builder模块的使用、Simulink自动生成C/C++模型代码等，这里推荐安装Visual Studio 2017，在线安装步骤（需联网）如下：
1. 双击RflySimAPIs\SimulinkControlAPI\VS2017Installer\vs_community2017.exe
2. 本课程内容只需勾选右图的“C++的桌面开发”即可。
3. 注意：高版本MATLAB也可安装VS2019，但是MATLAB只能识别到低于自己版本的Visual Studio，因此MATLAB 2017b无法识别VS 2019。
4. 注意：请不要不要更改VS默认安装目录（例如装到D盘），会导致MATLAB无法识别。
5. 不能使用Mingw编译器，只能使用Visual Studio。

2. 为MATLAB配置C++编译器

在MATLAB的命令行窗口中输入指令“mex -setup”
一般来说会自动识别并安装上VS 2017编译器，如下图所示显示“MEX配置使用‘Microsoft Visual C++ 2017’以进行编译”说明安装正确
若有其他编译器，本页面还可以切换选择 VS 2013/2015等其他编译器

2.4.2 自主生成C/C++代码例子

按下图搭建Simulink模型
输入命名为Uin
输出命名为Yout
积分的初值定义为X0
上述变量的名字需要记住，它们对应了生成C++代码的变量名
双击Uin图标，进入参数设置页面
进入Signal Attributes页面
设置数据类型“Data Type”为“double”
设置数据维度“Port dimensions”为“1”
这样我们就定义了，代码生成后输入接口的数据格式。
同理设置“Uout”输出接口
双击积分模块，进入参数设置页面。
设置一个带名字的参数“X0”
打开Simulink-菜单栏-File-Model-Property-Model-Property页面（MATLAB R2019b及以上版本如下面第一张图所示，MATLAB R2017b~2019a版本如下面第二张图所示）
在Callbacks-InitFcn标签页加入初始化脚本“X0=0”
点击Simulink运行按钮，看能否正确运行。
打开“设置” 页面，设置仿真为定步（Fixed-step）长，四阶龙格库塔法（ode4 Runge-Kutta）求解器，步长为0.001s（也可以根据需求设置成其他）。
代码生成方式选择ert.tlc，可用于windows，Linux和各类嵌入式平台；语言选择C++，便于通过继承方式调用生成代码；工具选择Visual Studio C++。

ert.tlc目标语言

ert.tlc生成的嵌入式系统运行示意图。step()函数可选龙格库塔法、欧拉法等近似积分方法；参数接口允许实时改变模型参数；输入输出接口允许其他程序调用。
因为包含连续模块（积分模块）因此需要勾选continuous time，不然编译报错。
此外将参数可见性Parameter visibility设为public，是的参数结构体为共有变量，便于访问。

注：MATLAB 2021a开始不会出现选项Parameter visibility ，可跳过本配置
在Code placement页设置文件打包类型为compact，尽量避免生成多余文件，使得代码的可读性最强
设置参数为Tunable是的我们可以运行时修改参数。注：inline形式更省内存，但是不便于访问参数，不便于实现参数实时修改或者模型故障注入。MATLAB R2019b及以上版本如下面第一张图所示，MATLAB R2017b~2019a版本如下面第二张图所示）
点击Simulink的编译按钮，即可生成C/C++代码，方法如下
- 对于MATLAB 2019a及之前版本，工具栏样式见下图，直接点击它的编译按钮“Build”即可。
- 对于对于2019b及之后版本，如下图所示，点击APPS - CODE GENERATION – Embedded Coder才能弹出代码生成工具栏，在其中如下图所示点击“C++ CODE”-“Generate Code”-“Build”按钮就能编译生成代码。
生成三个文件，分别是：
- “ert_main.cpp” 该文件包含一个调用生成代码的例子
- “****.cpp” 和“****.h” 这两个文件包含了刚才的Simulink项目生成的一个C++类

注：可以去当前目录下的***_ert_rtw文件夹寻找上述文件的源代码进行查看。
注：Simulink目前生成的代码已经能够满足DO-178C等标准，但在编程时需尽量遵循其编程准则。

下图为生成的C++类（****.h文件中）：****ModelClass
- ****_P为参数结构体
- ****_U为输入结构体
- ****_Y为输出结构体
- step()为单步更新函数
- initializie()为初始化函数
- terminate()为终止函数

ert_main.cpp文件的运行框架

该文件需要用户自行编写
在程序运行开始前，新建一个TestModelClass实例，并初始化
例如 : TestModelClass m_testClass; m_testClass.initializie();
- 生成一个中断或者定时器，每0.001s调用一次回调函数，在该函数中进行如下操作:1.更新输入信息；2.更新参数信息；3.调用step()函数；4.更新输出信息。
- m_testClass. Test_U. Uin\=***;
- m_testClass. Test_P.X0=***;
- m_testClass.step();
- ***= m_testClass. Test_Y.Yout;
- 退出时m_testClass. Terminate()；

2.4.3 Pixhawk代码生成工具箱生成代码解析

本平台PX4代码相对原始固件进行的改动总结：
1. PX4-1.8及之前固件，在Firmware\cmake\configs\****.cmake文件中，添加modules/px4_simulink_app语句；后续固件在Firmware\boards\px4\fmu-v*\default.cmake的“MODULES”栏目下添加px4_simulink_app模块。
2. 在Firmware\src\modules目录下建立px4_simulink_app文件夹，和empty_file.c + CMakeLists.txt。
3. 在Firmware\ROMFS\px4fmu_common\init.d\rcS文件中添加开机启动指令：px4_simulink_app start
任意打开一个slx例程文件（例如LED例程px4demo_rgbled.slx）编译后生成的***_ert_rtw后缀文件夹，生成的主要文件包括:
- CMakeLists.txt
- ert_main.c
- ***.h
- ***.c
- ***.mk 该文件用于在MATLAB完成代码生成后，将代码拷贝到合适位置(px4_simulink_ app文件夹)，并调用PX4编译指令编译固件
PX4固件编译原理(以PX4 1.10固件fmu-v3为例):
1. 打开编译器Win10WSL/Cygwin/Msys2。
2. 输入make px4_fmu-v3_default该指令会调用cmake去打开Firmware\boards\px4\fmu-v3\default文件（ PX4 1.8及之前版本会调用cmake\configs\ nuttx_px4fmu-v3_default.cmake ）文件。
3. 编译px4_simulink_app文件夹。
4. 在px4_simulink_app文件夹找到CmakeLists.txt文件，该文件中定义了编译该app线程的方式，首先是包含源文件的路径，其次是该app的主要依赖文件和线程优先级。