文章目录

前言

基于嵌入式处理器仿真

使用方式

        第一步，硬件连接

        第二步，配置硬件资源

        第三步，配置XCP协议

        第四步，加载Contrl Model

        第五步，运行仿真

        第六步，仿真报告

分析和应用

总结

参考资料

前言

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(四)——在Simulink Debugger窗口调试》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(五)——七个Simulink布线技巧》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(六)——六种Simulink模型架构》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(七)——两种复数移相算法》

        见《【研发日记】Matlab/Simulink技能解锁(八)——分布式仿真》

基于嵌入式处理器仿真

        基于外部ECU嵌入式处理器仿真，也称在线调试，Mathworks官方的说法是External Mode Simulation，顾名思义就是仿真模型的运行不在Computer上，而是在外部的ECU板子上。外部ECU板子通过物理连接，直接控制真实世界中的物理实体。Contrl Model作为一个整体被编译生成嵌入式代码，在外部ECU板子上执行。仅留下Dashboard、Dispiay、Data lable和Data Inspect等这些交互类的Block仍在Computer上运行。Computer和外部ECU之间通过XCP协议进行实时的数据交换。基于外部ECU仿真的整体框架示例如下：

使用方式

        第一步，硬件连接

        将CAN接口卡的两头，分别连接在ECU板子和Computer之间。在Computer上安装CAN卡的驱动程序，确保Computer的设备管理器中能出现对应的CAN卡硬件资源，示例如下：

        Tips：在Simulink中可以调用的CAN卡，官方说法是有很多家。但是目前仅有Vector一家适配的比较完善，常见的型号是CANcaseXL、VN1610、VN1630、VN1640等。

        第二步，配置硬件资源

        在Vector Hardware Config窗口中，添加一个Matlab应用，示例如下：

        打开Simulink Configuration Parameters窗口，在Hardware Implementation一栏的Target hardware resources中找到eCAN分组，配置CAN通信资源，示例如下：

        Tips：建立连接后，ECU板子上的这个CAN module将会被占用，所以不能跟其他功能的应用冲突。

        第三步，配置XCP协议

        打开Simulink Configuration Parameters窗口，在Hardware Implementation一栏的Target hardware resources中找到External mode分组，配置XCP通信协议，示例如下：

        Tip1：上述基于外部ECU仿真，依赖于Simulink和ECU之间的XCP协议和传输接口，以及ECU嵌入式处理器的数据交换引擎，所以需要Simulink和MCU嵌入式处理器两边厂家的共同支持，不是每款嵌入式处理器都支持这项功能。

        Tip2：XCP协议，实际上上汽车行业标定领域的一种协议栈，除了可以基于CAN网络之外，还可以基于其他的Serial通信网络，比如LIN、Ethernet等。

        第四步，加载Contrl Model

        Contrl Model按照正常的方式搭建后，对于将要作为标定参数用的变量，还需要做一些特殊处理。因为标定参数是存储在全局内存中的一个可调的全局变量，是要在算法执行的过程中更改存储值的。示例如下：

1、在Simulink的建模选项卡上，点击模型数据编辑器，然后点击检查参数选项卡。2、在模型中，点击 Gain 模块 G1，模型数据编辑器突出显示与模块的增益参数对应的行。3、在模型数据编辑器的值列，将增益值从 2 更改为 myGainParam。4、在 myGainParam 旁边，点击操作按钮（含三个纵点），然后选择创建。5、在“创建新数据”模块对话框中，将值设置为 Simulink.Parameter(2)。点击创建，Simulink.Parameter 对象 myGainParam 在模型工作区中存储参数值 2。6、在 myGainParam 对话框的代码生成选项卡上，点击在 Coder App 中配置。7、在代码映射编辑器中，将 myGainParam 的存储类设置为 ExportedGlobal。此存储类使参数对象在生成的代码中显示为可调全局变量。

        如果是新建的模型，可以直接设置好标定参数的属性，示例如下：

stepSize = Simulink.Parameter;stepSize.DataType = 'uint8';stepSize.CoderInfo.StorageClass = 'ExportedGlobal';stepSize.Value = 1;

        第五步，运行仿真

        在Simulink的Hardware工具页中，点击Monitor & Tune按钮，即可利用Dashboard、Dispiay、Data lable和Data Inspect等工具查看信号，在ECU板子（例如电机控制器）上用探针检查信号，或者直接在被控实物（例如电机）上观察现象。示例如下：

        也可以在Contrl Model执行过程中调整标定参数的值，以确定最佳参数值。示例如下：

        Tips：这种基于外部ECU仿真的模式，不光可以在Simulink上查看信号和调整标定参数，也可以使用第三方的标定工具，例如CANape。

        第六步，仿真报告

        基于外部ECU仿真，还可以查看程序执行的报告。首先在Simulink Configuration Parameters窗口中配置好验证项，示例如下：

        仿真运行之后，就会出一个程序执行报告，示例如下：

分析和应用

        1、由于Contrl Model是生成嵌入式代码后直接在ECU板子上运行的，所以Real Time性能非常好。

        2、对于高速响应的硬件性能也不再受到限制，可以支持中断功能。

        3、Computer和外部ECU之间的数据交换，信号的个数和交换的周期有限，官方提示理想性能下，数据获取频率不要超过10kHz。

        Tips：不同的Serial通信网络，数据交换的性能也同，主要取决于他们的通信波特率。示例：如果我们需要以10kHz的速率传输20 bytes的数据，那么20 bytes * 10,000Hz = 200,000 bytes/s，200,000 bytes/s * 10 bits/byte = 2,000,000 bits/s，那么波特率至少就得是2 Mbps。

        4、Computer和外部ECU之间的数据交换，信号数据类型最大支持single型，不支持double型。

总结

        以上就是本人在研发中使用Simulink仿真时，一些个人理解和分析的总结，主要介绍了基于嵌入式处理器仿真的工作原理，展示了仿真运行的效果，并分析了这种仿真方式的特点和适用场景。

        后续还会分享另外几个最近解锁的Matlab/Simulink新技能，欢迎评论区留言、点赞、收藏和关注，这些鼓励和支持都将成文本人持续分享的动力。

        另外，上述例程使用的Demo工程，可以到笔者的主页查找和下载。

参考资料

Mathworks Help - Signal Monitoring and Parameter Tuning

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