前一陣參加了MathWorks公司一個(gè)關(guān)于基于模型的設(shè)計(jì)的講座，先介紹了基于模型的設(shè)計(jì)model based design，然后是親自動(dòng)手體驗(yàn);感覺很有意義，特別是其中的自動(dòng)代碼生成，所以在此和大家分享一下。

　　聽起來，自動(dòng)生成代碼好像是專門為不想多動(dòng)手的工程師準(zhǔn)備的工具。其實(shí)，自動(dòng)代碼生成最早是做為基于模型的設(shè)計(jì)方法的一部分提出的。一般情況下，嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)分為需求定義、功能設(shè)計(jì)、代碼編寫和測試等幾個(gè)階段，測試、找bug和解決bug往往要花費(fèi)很多的精力，特別是越是隱藏的深的bug越難發(fā)現(xiàn)和解決，隱患也很大。所以每次在傳統(tǒng)方法下發(fā)現(xiàn)和解決bug造成的發(fā)布延時(shí)都會(huì)造成整個(gè)修復(fù)成本的指數(shù)級(jí)上升。而采用基于模型的設(shè)計(jì)，則可以在設(shè)計(jì)的早期通過仿真等手段保證模型的正確性，例如在仿真環(huán)境下，我們的模型能夠完全實(shí)現(xiàn)我們的意圖，然后自動(dòng)代碼生成和驗(yàn)證就是水到渠成的問題了。

　　其次，基于模型的設(shè)計(jì)在復(fù)雜和非常復(fù)雜的系統(tǒng)中特別有意義。他們舉了幾個(gè)例子，例如在高檔的汽車上，全部代碼預(yù)估已經(jīng)達(dá)到千萬行、甚至兩千萬行的級(jí)別了，這么多代碼要是靠手工編寫和測試，首先需要幾十個(gè)幾百個(gè)人的編程和測試團(tuán)隊(duì)不說，光是溝通的效率就很難保證了;基于模型的設(shè)計(jì)方法則可以有效解決這個(gè)問題。目前在汽車行業(yè)，這種模式已經(jīng)成為主流的開發(fā)方法了，在航空航天等領(lǐng)域也得到了很廣泛的應(yīng)用，例如著名的F-22戰(zhàn)斗機(jī)和“好奇號(hào)”火星車都使用了基于模型的設(shè)計(jì)方法。例如講座中提到，火星車的開發(fā)中，使用了380000次仿真，這要是按照傳統(tǒng)的測試方法去一遍遍做，估計(jì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)都要吐血身亡了。

　　此外，開發(fā)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)要花費(fèi)大量的時(shí)間，新系統(tǒng)開發(fā)時(shí)從現(xiàn)有系統(tǒng)中復(fù)用現(xiàn)有的代碼是省事實(shí)力的?；谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)方法因?yàn)槭褂媚Ｐ蛥⒖颊{(diào)用的方法引用子系統(tǒng)，所以代碼的移植和復(fù)用非常方便。例如例如講座中提到，F(xiàn)35戰(zhàn)斗機(jī)有A、B、C三種型號(hào)，在開發(fā)過程中，可以重復(fù)使用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型就顯著提高了開發(fā)效率。

　　接下來講講我所理解的基于模型設(shè)計(jì)的開發(fā)過程：

　　1. 系統(tǒng)需求

　　不管用啥開發(fā)方法，最終要完成的系統(tǒng)是一樣的，所以系統(tǒng)需求并沒有什么顯著區(qū)別。只不過Simulink開發(fā)工具可以在建模中將模型與需求文檔進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便快速查看模型功能與需求文檔之間是否有偏差。

　　2. 建模

　　就是在Simulink環(huán)境中把我們需要的功能用模塊搭建起來，例如控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，基于圖形化的編程還是較為直觀和容易的，并且仿真測試很快就能得到結(jié)果了。

　　3. 代碼生成

　　模型有了，這一步就是超級(jí)吸引人的了，直接把模型生成C代碼，多方便的功能。當(dāng)然有一些規(guī)范要定義的，包括一些ISO的標(biāo)準(zhǔn);而且如果我們使用的處理器被Simulink支持的話，在生成代碼的時(shí)候還可以直接針對代碼優(yōu)化，例如我們的目標(biāo)對象是TI的一個(gè)DSP，則一些數(shù)學(xué)運(yùn)算在生成代碼時(shí)會(huì)直接調(diào)用BootROM里的數(shù)學(xué)庫，相比于傳統(tǒng)的C語言math.h里面的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)庫，運(yùn)行速度要強(qiáng)的多;常用的DSP、ARM等基本都是支持的。

　　4. 軟件在環(huán)測試

　　硬件在環(huán)測試HIL大家可能都聽說過，不過軟件在環(huán)測試SIL貌似是個(gè)比較新鮮的概念。它的含義就是把生成的c代碼調(diào)用到仿真環(huán)境中，輸入是與仿真的那步是一樣的，這樣就能比較生成的代碼和我們的模型是否有結(jié)果的差異。當(dāng)然幾乎是不會(huì)出現(xiàn)什么狀況的。

　　5. 硬件在回路測試

　　這一步很多人都不陌生，就是把生成的代碼下載到實(shí)際的控制器中，觀測返回的結(jié)果是不是和我們的仿真模型是一致的。

　　試驗(yàn)了一下，生成代碼的效率還不錯(cuò)，可讀性也很好，如果覺得編程太累了，可以嘗試一下。當(dāng)然有一些功能在Simulink里面實(shí)現(xiàn)還是暫時(shí)有困難的，例如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，目前還很難實(shí)現(xiàn)出來，所以可以把功能劃分一下，一部分控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的代碼使用這種方法，其它的則還需要手工編寫，然后通過接口進(jìn)行協(xié)同工作。