Simulink建模基础：使用Legacy Code Tool集成C函数

1 问题引入

假设一个公司在旧的项目中，没有通过Simulink建模并生成代码，而是纯手写的C代码。在新的项目中应用了Matlab的这一套工具链进行MBD开发，想要在模型中直接调用以前写的C函数可以吗？

答案是肯定的。很多工程师会首先想到通过S-function去完成。博主想介绍一种更加简便的方法——Legacy Code Tool，把已经写好的C函数集成到Simulink模型中。现有的C代码中的函数将会作为一个Simulink模块进行仿真以及生成代码。

其实Legacy Code Tool背后的机制也是通过S-Function实现，但是LCT可以直接生成.mexw64文件和S-Function代码，而不需要工程师手动创建。

2 编译器  安装

由于集成C函数的过程中涉及到了C代码的编译，所以必须在Matlab中安装一个MingW64编译器，方法如下。

1）首先进入安装页面https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/52848-matlab-support-for-mingw-w64-c-c-compiler?s_tid=mwa_osa_a

2）点击右侧的Download下载安装文件mingw.mlpkginstall。


   3）在Matlab中打开这个安装文件，就会自动安装。


   4）安装完成后，在Matlab命令行窗口输入mex -setup，就会显示MinGW64编译器 信息 如下：


   这样就算是安装完成了。如果安装不成功就会报错。

3 Legacy Code Tool简单示例

本章节通过一个简单的例程来演示通过LCT集成C函数的方法。

3.1 创建C文件和头文件

既然是集成C函数，那么必须得要有个C文件和头文件才行。

1）首先在Matlab当前文件夹中新建一个gougu_lct.c和gougu_lct.h文件。


   2）打开C文件gougu_lct.c，在其中写入如下代码，包含一个计算勾股定理的函数。

#include <math.h>
#include "gougu_lct.h"

float gougu_lct(float* a, float* b)
{
    float c;
    c = sqrt((pow(*a,2) + pow(*b,2)));
    return c;    
}

3）打开头文件gougu_lct.h，写入函数的声明。

float gougu_lct(float* a, float* b);

3.2 通过LCT生成S-function模块

1）在Matlab命令行运行legacy_code函数来初始化一个LCT结构体def，该结构体中包含LCT的一些属性信息。

>> def = legacy_code('initialize')

def = 

  包含以下字段的 struct:

                  SFunctionName: ''
    InitializeConditionsFcnSpec: ''
                  OutputFcnSpec: ''
                   StartFcnSpec: ''
               TerminateFcnSpec: ''
                    HeaderFiles: {}
                    SourceFiles: {}
                   HostLibFiles: {}
                 TargetLibFiles: {}
                       IncPaths: {}
                       SrcPaths: {}
                       LibPaths: {}
                     SampleTime: 'inherited'
                        Options: [1×1 struct]
                        

2）接下来为这个结构体指定一些具体的属性值

>> def.SFunctionName = 'gougu_lct_sfcn';
>> def.HeaderFiles = {'gougu_lct.h'};
>> def.SourceFiles = {'gougu_lct.c'};
>> def.IncPaths = {'E:\学习\博客\Simulink代码生成\LCF'};
>> def.SrcPaths = def.IncPaths;

其中，各个属性的意思如下：

3）指定OutputFcnSpec，该属性是一个字符串，通过一定的书写规律表现出C函数和对应的S-Function（也就是最后的Simulink模块）之间的输入、输出映射关系。

>> def.OutputFcnSpec = 'single y1 = gougu_lct(single u1[1],single u2[1])';

这里做一些简单解释：

需要注意一点，参数个数不同、返回个数不同、 类  型不同都会影响OutputFcnSpec字符串的写法，具体写法可以参照帮助文档Integrate C Functions Using Legacy Code Tool。

4）通过legacy_code函数生成S-function源文件，在Matlab命令行运行如下指令。

>> legacy_code('sfcn_cmex_generate',def);

运行完成后会在Matlba当前路径下生成gougu_lct_sfcn.c这个S-function源文件。


   5）通过legacy_code函数编译这个S-function源文件，在Matlab命令行运行如下指令。

>> legacy_code('compile',def);

然后，Matlab命令窗口会显示一些编译信息。


   同时，会在当前路径生成gougu_lct_sfcn.mexw64文件。


   6）通过legacy_code函数在一个新的Simulink窗口中生成S-function模块，该模块拥有C函数的功能。在Matlab命令行运行如下指令。

>> legacy_code('slblock_generate',def);

弹出的Simulink模型如图所示。

3.3 模型仿真

1）给模型加上输入常量，和输出display模块，并将常量设置为3和4.


   2）由于C函数中输入输出是浮点型，并且OutputFcnSpec属性中也指定了single类型，所以要把输入的Constant常量的类型都改为single。


   3）Ctrl + D更新模型，就会看到输出显示的数值是5，符合勾股定理的结果。


   同时注意到，输入输出的类型都是single。

3.4 代码生成

1）通过legacy_code函数生成tlc文件，为后面的代码生成做准备。在Matlab命令行运行如下指令。

>> legacy_code('sfcn_tlc_generate',def);

运行后，Matlab当前路径会生成gougu_lct_sfcn.tlc文件。

2）回到模型，将输入输出替换成Inport和Outport，并配置好Embedded Coder代码生成。


   3）Ctrl + B生成代码。生成代码成功后，可以在step函数中看到对勾股定理函数的调用。


   在demo.h头文件中也包含了gougu_lct.h头文件。


   在后面编译软件的时候，不要忘记把gougu_lct.c和gougu_lct.h加进去一起编译。

4 总结

本文只是演示了一个使用LCT的基本方法，展示了一个完整的流程。实际项目中可能会遇上更多的问题需要想办法解决。

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