企业官网建设流程全解析

基于 Simulink MBD 工具箱的二次开发（二）

修改工具箱

前面已经介绍了工具箱的基本组成。这一篇通过一个简单的加法模块，说明如何在现有 Simulink MBD 工具箱中增加自定义 S-Function，并让该模块参与目标代码生成。

这个示例包含两个文件：

target_sfun_add.c target_sfun_add.tlc

其中：

• target_sfun_add.c负责定义模块在 Simulink 中的端口、数据类型、采样时间以及仿真行为；
• target_sfun_add.tlc负责描述代码生成时应该输出什么目标代码。

整个模块的功能很简单：

输入：a、b 输出：c 计算：c = a + b

1. 编写 S-Function 仿真模块

首先编写target_sfun_add.c。

该文件使用 Level-2 C MEX S-Function 接口，定义两个输入端口和一个输出端口。

在mdlInitializeSizes中完成端口配置：

ssSetNumInputPorts(S,2);ssSetNumOutputPorts(S,1);

两个输入端口分别对应a和b，输出端口对应c。

为了简化示例，这里暂时将输入和输出都设置为double类型：

ssSetInputPortDataType(S,0,SS_DOUBLE);ssSetInputPortDataType(S,1,SS_DOUBLE);ssSetOutputPortDataType(S,0,SS_DOUBLE);

模块采用继承采样时间：

ssSetSampleTime(S,0,INHERITED_SAMPLE_TIME);

这样模块不需要单独设置运行周期，而是跟随所在模型或上级系统的采样时间运行。

实际的加法运算放在mdlOutputs中：

c[0]=a[0]+b[0];

2. 仿真代码不等于目标代码

到这里需要注意一个问题：

S-Function 能够在 Simulink 中仿真，并不代表它一定能够直接生成目标平台代码。

当前target_sfun_add.c中的mdlOutputs主要用于 MATLAB/Simulink 仿真。代码生成器还不知道，在生成嵌入式 C 代码时，应该如何替换这个 S-Function 模块。

如果没有对应的代码生成支持，在构建目标代码时可能出现以下情况：

• S-Function 无法内联；
• 生成代码中保留对 S-Function 运行环境的依赖；
• 目标工具链无法编译；
• 代码生成过程直接报错。

因此，还需要为该模块编写对应的 TLC 文件。

3. 编写 TLC 代码生成规则

为target_sfun_add.c创建同名的 TLC 文件：

target_sfun_add.tlc

首先使用%implements声明，该 TLC 文件用于实现对应的 S-Function：

%implements "target_sfun_add" "C"

S-Function 名称必须与 C 文件中的：

#defineS_FUNCTION_NAMEtarget_sfun_add

保持一致。

4. 引入外部头文件

这个示例不准备直接在 TLC 中生成：

c=a+b;

而是希望调用一个外部函数：

c=my_add(a,b);

该函数由my_add.h提供。

因此，在 TLC 的BlockTypeSetup阶段，将头文件加入生成代码的公共头文件列表：

%<LibAddToCommonIncludes("my_add.h")>

代码生成后，模型源文件中会出现类似内容：

#include"my_add.h"

需要注意，TLC 这里只引入了my_add.h，并没有添加任何.c文件。

也就是说，本示例采用的是：

S-Function + TLC + 头文件

而不是：

S-Function + TLC + 外部 C 源文件

如果my_add.h中直接提供了static函数实现，就不需要额外参与链接。

如果my_add.h中只有函数声明，那么my_add的实际实现必须已经存在于目标工程链接的静态库中，否则链接阶段会出现未定义符号。

5. 获取模块输入和输出

在 TLC 的Outputs阶段，需要先取得模块的输入和输出信号。

两个输入信号分别对应 S-Function 的输入端口 0 和输入端口 1：

%assign a = LibBlockInputSignal(0, "", "", 0) %assign b = LibBlockInputSignal(1, "", "", 0)

输出信号对应输出端口 0：

%assign c = LibBlockOutputSignal(0, "", "", 0)

这里获取到的并不一定是固定的变量名，而是代码生成器根据模型结构计算出的合法 C 表达式。

例如，某个输入可能最终对应：

rtU.InputA

另一个输入可能对应：

localSignal

因此，不应该在 TLC 中直接写死模型信号名称，而应通过LibBlockInputSignal和LibBlockOutputSignal获取。

6. 生成目标函数调用

取得输入和输出表达式后，在 TLC 中生成实际的函数调用：

%<c> = my_add(%<a>, %<b>);

代码生成器最终会输出类似代码：

output_c=my_add(input_a,input_b);

这样，Simulink 中的 S-Function 模块就被转换成了普通的 C 函数调用。

仿真阶段执行的是target_sfun_add.c中的：

c[0]=a[0]+b[0];

目标代码生成阶段执行的则是：

c=my_add(a,b);

这也是 S-Function 和 TLC 配合使用的一个典型方式：

• S-Function 描述模块如何仿真；
• TLC 描述模块如何生成目标代码；
• 外部头文件或静态库提供真正运行在 MCU 上的底层实现。

7. 关于数据类型

当前示例为了便于理解，所有端口都使用了double类型。

但在实际的嵌入式项目中，数据类型设计非常重要。

例如 S12 系列 MCU 没有硬件浮点运算单元，float和double运算通常需要通过软件库实现。尤其是double运算，会增加：

• 运算时间；
• 程序空间占用；
• 栈空间占用；
• 运行时库依赖；
• 代码执行时间的不确定性。

因此，正式开发时不建议直接将所有信号都设置为double。

更合理的做法是根据实际信号范围、精度和运算需求选择数据类型，例如：

uint8 uint16 int16 int32 single 定点数据类型

例如一个温度信号实际范围为-40～150 ℃，精度要求为0.1 ℃，就可以使用int16保存放大十倍后的物理量，而不一定需要使用浮点数。

在 MBD 开发中，数据类型不仅影响模型仿真结果，还会直接影响生成代码的执行效率、存储空间和目标平台兼容性。

因此，数据类型设计并不是代码生成完成后再考虑的问题，而应该在模型设计初期就确定。

8. 文件之间的关系

这个简单示例中，各文件的作用如下：

target_sfun_add.c └─ 定义 Simulink 模块端口和仿真行为 target_sfun_add.tlc └─ 定义目标代码生成方式 my_add.h └─ 提供目标平台实际调用的加法函数

代码生成过程可以理解为：

Simulink 模型 ↓ 发现 target_sfun_add 模块 ↓ 执行 target_sfun_add.tlc ↓ 加入 #include "my_add.h" ↓ 生成 my_add(a, b) 函数调用 ↓ 目标编译器完成编译和链接

通过这种方式，可以逐步把现有的底层驱动、协议栈或静态库封装成 Simulink 模块。