進(jìn)行處理器迴圈（processor-in-the-loop，PIL）模擬時(shí)，從Simulink模型產(chǎn)生的程式碼可直接在目標(biāo)硬體上執(zhí)行，代表著可以利用與主機(jī)相同的測(cè)試案例在硬體上測(cè)試模型。PIL測(cè)試是為了要揭露在嵌入式環(huán)境上執(zhí)行發(fā)生的問(wèn)題而設(shè)計(jì)，比如，你的控制迴圈是否符合嵌入式處理器的可執(zhí)行時(shí)間？

本文將以Raspberry Pi為例，介紹一個(gè)以Simulink支援的客製目標(biāo)硬體為基礎(chǔ)的PIL測(cè)試工作流程，並示範(fàn)如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)客製的工具鏈讓編譯及連結(jié)變得更容易。（註）

PIL處理概述

PIL模擬讓人可以自動(dòng)地在目標(biāo)硬體下載與執(zhí)行測(cè)試。圖1簡(jiǎn)要說(shuō)明了這些步驟。開(kāi)始模擬時(shí)，先從模型?動(dòng)程式碼生成。再?gòu)墓ぞ哝湥╰oolchain）中的工具鏈資料（toolchaininfo）自動(dòng)編譯及連結(jié)程式碼之後，模擬便在目標(biāo)硬體下載及啟動(dòng)執(zhí)行檔。接下來(lái)，還能在MATLAB分析測(cè)試結(jié)果。

圖1 : PIL處理概述

開(kāi)發(fā)PIL架構(gòu)

Simulink內(nèi)建了建立客製化PIL實(shí)現(xiàn)的支援。我們將進(jìn)行以下幾個(gè)步驟來(lái)建立一個(gè)客製的PIL架構(gòu)：

1.實(shí)現(xiàn)一個(gè)連接架構(gòu)類別

2.註冊(cè)該連接架構(gòu)

Raspberry Pi的PIL執(zhí)行範(fàn)例的資料夾結(jié)構(gòu)是這樣的：

實(shí)現(xiàn)連接架構(gòu)

連接架構(gòu)就是用來(lái)指定所有需要在PIL上執(zhí)行的動(dòng)作的地方。它收集了建構(gòu)器（builder）、發(fā)射器（launcher）、通訊器（communicator）的實(shí)例。

本連接架構(gòu)類別進(jìn)行下列幾個(gè)動(dòng)作：

1.設(shè)置目標(biāo)通訊

目標(biāo)應(yīng)用架構(gòu)類別，TargetApplicationFramework，裝配了目標(biāo)端的通訊驅(qū)動(dòng)。它建立一個(gè)具備PIL限定檔案的BUILDINFO物件，資料夾內(nèi)的main.c檔之後將被合併到PIL元件庫(kù)來(lái)建立PIL應(yīng)用。

這個(gè)架構(gòu)類別的第一個(gè)動(dòng)作是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)呼叫超類別的結(jié)構(gòu)，rtw.pil.RtIOStreamApplicationFramework。在這之後，新增一個(gè)主要的檔案以及其它通訊中必要的檔案。

在這個(gè)Raspberry Pi範(fàn)例，我們?cè)黾恿死肨CP/IP進(jìn)行通訊所需要的檔案。

2.建構(gòu)器實(shí)例化

本建構(gòu)器是透過(guò)呼叫超類別的rtw.connectivity.MakefileBuilder來(lái)實(shí)例化。

3.發(fā)射器實(shí)例化

在發(fā)射器的類別，Launcher，支援開(kāi)始及終止與建構(gòu)器物件關(guān)聯(lián)的應(yīng)用程式，必須包含兩種方法：startApplication和stopApplication。

這個(gè)發(fā)射器實(shí)例化了結(jié)構(gòu)中的超類別 rtw.connectivity.Launcher。

在Raspberry Pi的範(fàn)例，我們已經(jīng)利用第三方工具把Launcher連到硬體。為了讓範(fàn)例更簡(jiǎn)單一點(diǎn)，我們也下載了startApplication中的應(yīng)用。

4.設(shè)置主通訊

如果通訊協(xié)定是TCP/IP或串列通訊，可以把現(xiàn)有的函式庫(kù)檔案用在主通訊，如果是其他的協(xié)定，可以執(zhí)行自有的rtiostream。由於rtiostream函式的API設(shè)計(jì)是獨(dú)立於資料傳送目的地的實(shí)體層，它可以被客製化來(lái)管理其他的通訊。

在範(fàn)例中，我們採(cǎi)用TCP/IP作為通訊協(xié)定，並重複利用MATLAB TCP/IP函式庫(kù)libmwrtiostreamtcpip。

5.呼叫超類別結(jié)構(gòu)來(lái)註冊(cè)元件

接著到了呼叫超類別結(jié)構(gòu)並將建構(gòu)器、發(fā)射器及主通訊物件傳送到rtw.connectivity.Config的時(shí)候了。

6.註冊(cè)一個(gè)特定硬體的計(jì)時(shí)器

執(zhí)行PIL模擬的其中一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，就是可以在目標(biāo)取得一個(gè)執(zhí)行檔。若要進(jìn)行這個(gè)動(dòng)作，必須在結(jié)構(gòu)類別註冊(cè)一個(gè)特定硬體的計(jì)時(shí)器。以Raspberry Pi來(lái)說(shuō)，計(jì)時(shí)器已經(jīng)被包在rtlib函式庫(kù)。我們只需要利用程式碼替換表來(lái)替換code_profile_read_timer函式。

註冊(cè)連接

為了要使用新的PIL架構(gòu)，我們已經(jīng)把它註冊(cè)在一個(gè)sl_customization.m檔。

這個(gè)連接結(jié)構(gòu)是透過(guò)呼叫registerTargetInfo來(lái)註冊(cè)的。一個(gè)連接結(jié)構(gòu)需要具備一個(gè)獨(dú)特的名字，並且關(guān)聯(lián)到已開(kāi)發(fā)好的連接實(shí)現(xiàn)類別，ConnectivityConfig。結(jié)構(gòu)的屬性定義了系統(tǒng)目標(biāo)檔案，toolchain，及與連接實(shí)現(xiàn)類別相容的硬體。

在Raspberry Pi的範(fàn)例，系統(tǒng)目標(biāo)檔案必須設(shè)定到嵌入式程式碼轉(zhuǎn)碼器（Embedded Coder），而且工具鏈（toolchain）必須為Raspberry Pi toolchain。

開(kāi)發(fā)一個(gè)客製工具鏈

工具鏈?zhǔn)占嗽诰幾g、連結(jié)、下載、在特定平臺(tái)上執(zhí)行所需要的各項(xiàng)工具。客製的工具鏈簡(jiǎn)化了編譯到可執(zhí)行的工作。透過(guò)工具鏈，不需要建立一個(gè)makefile的模板；makefile是藉由工具鏈中指定的資料來(lái)建立。客製工具鏈在編譯、鏈接、歸檔的整合變得更快又更簡(jiǎn)單。

我們可以很容易地在模型結(jié)構(gòu)設(shè)定選擇一個(gè)客製工具鏈（圖2）。

圖2 : 透過(guò)工具鏈選擇的模型結(jié)構(gòu)設(shè)定

當(dāng)程式碼已經(jīng)產(chǎn)生並編譯到稍早提到的流程，嵌入式程式碼轉(zhuǎn)換器便可自動(dòng)地利用工具鏈資料。

工具鏈資料指定了makefile如何被建立，包括除錯(cuò)用的編譯器參數(shù)，像是檔案以及副檔名。

在Raspberry Pi範(fàn)例所使用的是一個(gè)gcc arm-linux cross-compiler來(lái)編譯C程式碼。如同之前提到的，我們?yōu)榱耸褂玫降挠搀w計(jì)時(shí)器新增了rtlib 函式庫(kù)。當(dāng)新增了rtlib，可把它寫(xiě)成lrt。這個(gè)工具鏈讓人可以指定用來(lái)編譯的工具，並可以依使用案例設(shè)定不同的工具鏈參數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，可以在”fast runs”或”fast builds”有不同的設(shè)定。

總結(jié)與下一步

現(xiàn)在有了一個(gè)PIL架構(gòu)及一個(gè)支援目標(biāo)硬體的工具鏈，因此可以：

*在目標(biāo)硬體直接從Simulink測(cè)試演算法。

*為函式取得執(zhí)行設(shè)定檔。

*比較模型層級(jí)模擬與利用編譯的物建程式碼和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行的模擬（對(duì)許多安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)是重要的驗(yàn)證步驟）的結(jié)果。

有了工具鏈，不需要將makefile客製化就可以進(jìn)行編譯。工具鏈在執(zhí)行PIL模擬，以及在將模型佈署在嵌入式Linux硬體時(shí)都存在著優(yōu)勢(shì)。如果「只要產(chǎn)生程式碼」不在結(jié)構(gòu)設(shè)定的程式碼產(chǎn)生標(biāo)籤，就可以直接為目標(biāo)硬體建立一個(gè)執(zhí)行檔。

（本文由鈦思科技提供；作者Lars Rosqvist、Roger Aarenstrup、Kristian Lindqvist任職於MathWorks公司）

註：本範(fàn)例所使用的程式碼可從https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/54172-raspberrypipil 下載。