構(gòu)建RTW下的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

    一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)采用的是自下而上的過(guò)程，即根據(jù)應(yīng)用的需求，選擇相應(yīng)的從器件進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試到軟件功能實(shí)現(xiàn)函數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，開發(fā)人員首先必須對(duì)特定硬件有較深入的了解，再總結(jié)出可以使用的方案。這種開發(fā)流程最大的弊端是，軟件設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)硬件的依賴性很強(qiáng)，軟件設(shè)計(jì)受到特定硬件平臺(tái)的限制，而利用MATLAB／SIMULINK／RTW，可以完成一種基于模型的自上而下的開發(fā)流程。這種開發(fā)流程先搭建好整個(gè)系統(tǒng)的模型，可以直接設(shè)計(jì)算法，并且在SIMULINK中完成仿真過(guò)程。當(dāng)仿真結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，再通過(guò)RTW自動(dòng)生成C代碼，由嵌入式交叉編譯工具生成在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，可縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本。

1 MATLAB／RTW代碼生成原理
    RTW(Real_Time Workshop)是MathWorks公司提供的代碼自動(dòng)生成工具，它可以使SIMULINK模型自動(dòng)生成面向不同目標(biāo)的代碼。MATLAB7．O能生成ANSIC、ISO C和GNU源代碼，它還提供了一個(gè)開放的接口，供第三方或者用戶自己制定其他語(yǔ)言代碼的自動(dòng)生成。通過(guò)MATLAB／RTW可生成在PC、ARM、DSP等設(shè)備上運(yùn)行的代碼，以及在Windows、Unix、Linux、VxWorks等系統(tǒng)上的可執(zhí)行文件。
    RTW的代碼生成過(guò)程如圖l所示。

    由圖1可知，用戶建立了SIMULINK模型，MAT LAB/RTW將該模型生成一個(gè)rtw文件，提供給目標(biāo)語(yǔ)言編譯器TLC，系統(tǒng)再通過(guò)指定的目標(biāo)編譯工具將各個(gè)模塊編譯、鏈接成該模型的C源程序。如果選擇了編譯下載功能，則RTW再調(diào)用make函數(shù)將源程序編譯成能在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的可執(zhí)行文件，用戶可將此文件移植到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。

2 SIMU LlNK模型的代碼生成和在ARM上的移植
    利用MATLAB／RTW功能在ARM上進(jìn)行程序開發(fā)的方案有多種。最直接的方案就是選用RTW支持的軟硬件系統(tǒng)，在生成代碼和應(yīng)用程序時(shí)，不需要用戶對(duì)編譯環(huán)境作任何更改，就能實(shí)現(xiàn)代碼的生成和下載。其次，可以先在ARM系統(tǒng)上移植嵌入式操作系統(tǒng)，由RTW生成應(yīng)用程序模塊后，通過(guò)FTP遠(yuǎn)程下載該模塊。這種方案在RTW生成代碼時(shí)，要安裝能生成目標(biāo)系統(tǒng)的交叉編譯工具。第3種方案是更改RTW的目標(biāo)編譯方案，加入硬件驅(qū)動(dòng)，RTW生成目標(biāo)C源代碼后由專用的ARM開發(fā)下載工具ADS編譯和下載程序。這里介紹第3種方案。
    RTW的代碼生成過(guò)程分為4個(gè)步驟：①分析模型并對(duì)模型描述文件進(jìn)行編譯；②由TLC從模型中生成代碼；③生成自定義的聯(lián)編文件(makefile)；④生成可執(zhí)行程序。
    模型分析過(guò)程中，首先計(jì)算對(duì)應(yīng)的仿真和模塊參數(shù)、采樣時(shí)間以及工作向量的大小，確定模型中各模塊的執(zhí)行次序。模型分析結(jié)束時(shí)形成模型的中間描述文件model.rtw，再由TLC生成C源代碼。此階段根據(jù)model.rtw，編譯和執(zhí)行目標(biāo)文件中的命令，生成C源代碼。第三階段是生成自定義的聯(lián)編文件model.mk，指導(dǎo)聯(lián)編程序從源代碼、主程序、庫(kù)文件或用戶自定義模塊進(jìn)行編譯和鏈接。最后由交叉編譯工具生成可以在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的可執(zhí)行文件。

    代碼生成過(guò)程中，與目標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)的文件有system.tle、system.tmf和system_main.c等，這3個(gè)文件存在于matlab7/rtw/c文件夾中。每一種目標(biāo)機(jī)都有1個(gè)system.tle、1個(gè)system_main.c和若干個(gè)system.tmf。創(chuàng)建自定義的目標(biāo)編譯環(huán)境，需要?jiǎng)?chuàng)建以上3個(gè)文件。以LPC2200.tmf和LPC2200_main.c三個(gè)文件。為了簡(jiǎn)化建立過(guò)程，在matlab7/rtw/c中先建立LPC2200文件夾，將通用實(shí)時(shí)目標(biāo)grt中的grt.tlc、grt_lcc.tmf和grt_main.c復(fù)制到該文件夾中，并改名為L(zhǎng)PC2200.tlc、LPC2200.tmf和LPC2200_main.c。修改LPC2200.tlc中指定的模板聯(lián)編文件：

   

    修改LPC2200.tmf中目標(biāo)編譯器參數(shù)和C源代碼包含的文件等：

   

   

    在LPC2200_main.c中添加目標(biāo)啟動(dòng)函數(shù)，包含文件和接口驅(qū)動(dòng)程序。這樣就構(gòu)建了自定義目標(biāo)的開發(fā)環(huán)境。在MATLAB/RTW的目標(biāo)編譯器參數(shù)中多了1個(gè)LPC2200.tlc，如圖2所示。

    選擇LPC2200目標(biāo)后，在RTW主界面的Template makefile參數(shù)中出現(xiàn)了LPC2200.tmf，如圖3所示。

    參數(shù)設(shè)置好，單擊Build按鈕，RTW就能自動(dòng)生成適合在LPC2200上運(yùn)行的C源代碼。將所生成的源代碼添加到ADS工程中，編譯下載后，就完成了SIMULINK模型到LPC2200上的移植。

結(jié)語(yǔ)

    本文介紹的方法，已在ARM和51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)快速生成代碼原型，降低了設(shè)計(jì)者手工編寫代碼的復(fù)雜度，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程。對(duì)于一種固定的目標(biāo)硬件系統(tǒng)，只要一次設(shè)計(jì)好編譯環(huán)境，就可以實(shí)現(xiàn)SIMULINK模型到ARM上的移植，即半實(shí)物仿真。本設(shè)計(jì)中， 不足之處在于沒(méi)有在目標(biāo)機(jī)ARM系統(tǒng)上加載操作系統(tǒng)，因而每次更改模型時(shí)，必須重新下載所有的代碼，不適用于遠(yuǎn)程程序下載。