基于模型的嵌入式C代碼的實現(xiàn)與驗證

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　　基于模型的設計就是解決該問題的一種方法。Matlab MBD解決方案可以使用戶方便地穿梭于建模、仿真、驗證與實施之間，而無需重寫代碼或改變軟件環(huán)境。經過近幾年的不斷完善，這種方法已經從概念演變成實際應用中重要的開發(fā)模式。洛克希德·馬丁、波音、空中客車、通用汽車、奔馳、西門子、摩托羅拉等公司都有應用MBD技術開發(fā)的成功經驗。

　　1 基于模型的設計優(yōu)點

　　傳統(tǒng)開發(fā)模式利用手工編寫代碼，即把控制策略翻譯成高級語言代碼，然后用斷點調試的方式測試和修改控制程序。其存在很多弊?。?/p>

　　①對軟件工程師在嵌入式軟件代碼編寫方面要求較高，雖然軟件工程師對被控對象的特性和控制方法有深入了解，但往往并不擅長編寫MCU的底層代碼。這迫使軟件工程師花費大量精力去仔細閱讀MCU相關說明書。

　?、诳刂?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法的翻譯和驗證困難。最初的控制策略和算法必須手工翻譯成MCU上的程序代碼，控制策略的修改將伴隨大量原始代碼的修改，致使代碼的人工維護成本較高。

　?、?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件平臺依賴。軟件開發(fā)過程與硬件平臺緊密相連，可移植能力往往較差。硬件平臺一旦更換，代碼移植成本很高。

　　而在基于模型的設計中通過自動編碼生成技術以及循環(huán)硬件測試，工程師們可以消除由于手動操作以及縮短通往產品出貨的路徑時所產生的錯誤，生成測試、驗證以及最終使用產品的編碼，大大提高效率。例如，美國直升飛機制造商基于模型設計為Tiltrotor飛機開發(fā)了飛行控制程序，比原來的方法縮短了40%的軟件開發(fā)時間。采用傳統(tǒng)的設計流程，一個有多年VHDL編碼經驗的工程師，一般要花費645小時對全功能SDR波形進行手動編碼，而另外一個沒有多少經驗的工程師采用基于模型設計技術，只用了不超過46個小時就完成了相同的工作。通過采用基于模型設計技術，英國國防和航天公司的軟件無線電系統(tǒng)(SDR)工程師們能夠減少10%的重復工作以及

　　整體開發(fā)時間。

　　基于模型的設計與傳統(tǒng)設計相比有以下優(yōu)點：

　　①開發(fā)人員具有統(tǒng)一的開發(fā)平臺，模型的理解具有非歧義性。使用一種公共設計環(huán)境，在開發(fā)的早期就避免了需求分析錯誤。

　?、谀Ｐ蛷陀眯院?，便于維護、組裝。

　?、跼TW技術將程序員從代碼的海洋中解放出來，使其專注于核心技術的研究上。

　　④基于模型的設計在效率和代碼的安全性方面具有無與倫比的優(yōu)勢。

　?、菘娠@著降低系統(tǒng)開發(fā)周期與研發(fā)成本。

　?、尥ㄟ^多范疇的仿真改進算法。

　?、呓档土藢ξ锢碓偷囊蕾?。

　?、嘣O計集成了測試，不斷地發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤。

　　在大系統(tǒng)開發(fā)中廣泛采用MBD技術。從美國的F-35、GM的混合動力車，到X系列空天飛機以及歐洲的空客A380，再到G4的開發(fā)都采用了基于模型設計。美國CRC出版社于2009年11月出版了第一本基于模型的嵌入式設計專著《Model-Based Design for Embedded Systems》。而國內基于模型的設計應用才剛剛起步，在此方面遠遠落后于國外技術發(fā)展，相關文獻很少。在設計中的應用主要還是停留在模型的早期仿真測試上，DSP開發(fā)多停留在M文件測試無誤后再改編C代碼的階段，代碼自動生成和模型檢驗的例子較少，沒有真正體現(xiàn)基于模型設計的精髓。更多地關注Simulink，對更適于嵌入式系統(tǒng)建模的Stateflow應用相對較少，硬件描述語言很少應用。相比而言，MBD方法在自動代碼生成領域的研究較多，而對軟件在回路仿真方面的研究極少。