从 Simulink 模型生成 C 代码：完整指南与注意事项

1. 引言

Simulink 是 MATLAB 中强大的模型化设计工具，广泛用于控制系统、信号处理和嵌入式开发。通过 Embedded Coder，我们可以将 Simulink 模型转换为高效、可移植的 C 代码，并部署到嵌入式设备（如 STM32、DSP 或 FPGA）。

但在转换过程中，可能会遇到一些问题，例如：
❌ From Workspace 模块无法生成代码
❌ 某些 Simulink 模块不支持代码生成
❌ 生成的代码不符合嵌入式要求

本文将详细介绍：
✅ Simulink 转 C 代码的基本流程
✅ 哪些模块/功能不能直接生成代码？如何替代？
✅ 代码生成优化技巧
✅ 常见问题与解决方案

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2. Simulink 转 C 代码的基本流程

(1) 准备工作

• 确保已安装 MATLAB + Simulink + Embedded Coder（代码生成需要此工具箱）。

• 检查模型是否使用 支持代码生成的模块（见第 3 节）。

(2) 配置模型参数

1. 设置求解器（Solver）

   • 选择 固定步长（Fixed-step）（如 discrete 或 ode4），嵌入式系统通常不支持变步长。

   • 设置合适的 采样时间（Sample Time），如 0.01（100Hz）。

2. 配置硬件目标

   • 在 Model Settings > Hardware Implementation 选择目标设备（如 STM32 或 Generic）。

   • 设置 Compiler（如 GCC）和 Data Type（如 single 或 fixed-point）。

3. 代码生成选项

   • 在 Code Generation 选项卡选择：

     • System target file: ert.tlc（Embedded Coder）

     • Language: C

     • Optimization: 根据需要选择（如 Optimization Level: Level 3）

(3) 生成代码

• 点击 Ctrl+B 或 Code > C/C++ Code > Build Model。

• 生成的代码会存储在 模型名_ert_rtw 文件夹中，包括：

  • 模型名.c / 模型名.h（主代码）

  • 模型名_data.c（参数和数据结构）

  • rtwtypes.h（数据类型定义）

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3. 哪些模块/功能不能生成代码？如何替代？

❌ 不支持代码生成的模块

模块	问题	替代方案
From Workspace	依赖 MATLAB 环境	使用 Constant 或 Signal Builder 预定义数据
To Workspace	仅用于仿真，无实际硬件输出	改为 Scope 或通过通信接口（UART/CAN）输出
Interpreted MATLAB Function	依赖 MATLAB 解释器	改用 MATLAB Function（需支持代码生成）
Simulink Functions（部分）	可能不支持递归调用	改用 Stateflow 或 C S-Function

✅ 推荐替代方案

(1) 替换 From Workspace

• 方法 1：使用 Constant 模块 + 数据字典

% 在数据字典中定义参数
Kp = Simulink.Parameter;
Kp.Value = 1.0;
Kp.StorageClass = 'Const';  % 代码生成时作为常量

• 在模型中使用 Constant 模块引用 Kp。

• 方法 2：使用 Signal Builder 或外部文件

  • 通过 From File（.mat 文件）加载数据（需确保文件路径在目标设备上有效）。

(2) 替换 To Workspace

• 方法 1：使用 Scope 或 Display（仅调试）

• 方法 2：通过通信接口输出（如 UART 发送数据）

  • 在模型中添加 UART Transmit 模块（需硬件支持包）。

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4. 代码生成优化技巧

(1) 使用 Simulink.Parameter 优化存储

% 定义全局参数（优化存储方式）
Kp = Simulink.Parameter;
Kp.Value = 1.0;
Kp.DataType = 'single';
Kp.StorageClass = 'ExportedGlobal';  % 全局变量（可被外部访问）

• StorageClass 选项：

  • Const（常量，直接编译到代码）

  • Volatile（易失性变量，防止编译器优化）

  • ExportedGlobal（全局变量，可被其他 C 文件调用）

(2) 启用代码优化

• 减小内存占用：

  • 使用 fixed-point 数据类型替代 double。

  • 避免动态内存分配（禁用 malloc）。

• 提高执行速度：

  • 启用 Inline Parameters（内联常量）。

  • 选择 Optimization Level: Level 3（最高优化）。

(3) 自定义代码接口

• 添加外部 C 函数：

  • 在 Model Settings > Custom Code 添加 .c/.h 文件。

  • 使用 C Caller 模块调用自定义函数。

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5. 常见问题与解决方案

Q1：生成的代码太大，如何优化？

• 使用 fixed-point 代替 double。

• 禁用调试信息（Generate debug info: Off）。

Q2：如何让生成的代码兼容我的硬件？

• 在 Hardware Implementation 选择正确的设备（如 ARM Cortex-M）。

• 手动修改 ert_main.c 适配硬件初始化代码。

Q3：From Workspace 数据如何动态加载？

• 嵌入式场景：通过通信接口（UART/CAN）实时接收数据，并用 Import 模块输入模型。

• 离线测试：使用 Signal Builder 或预加载数据到 ROM。

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6. 总结

✅ Simulink 转 C 代码的关键步骤：配置求解器、选择硬件、生成代码。
✅ 避免不支持的模块：如 From Workspace，改用 Constant 或预加载数据。
✅ 优化技巧：使用 Simulink.Parameter、启用代码优化、自定义接口。

通过本文的指南，你可以更高效地将 Simulink 模型转换为嵌入式 C 代码，并避免常见问题！

进一步学习：

• MathWorks 官方文档：Embedded Coder

• Simulink 代码生成最佳实践

 现在就开始你的 Simulink 代码生成之旅吧！