基于模型的设计
基于模型的设计在计算机系统中的应用：探讨基于模型的设计在计算机系统中的应用和实践
基于模型的设计在计算机系统中的应用：探讨基于模型的设计在计算机系统中的应用和实践引言在计算机系统设计领域，基于模型的设计方法已经成为一种流行的方法，被广泛应用于各种计算机系统的设计和开发中。
本文将探讨基于模型的设计在计算机系统中的应用和实践，包括其定义、特点、优势以及实际案例分析。
什么是基于模型的设计基于模型的设计是一种以模型为中心的设计方法。
它通过建立和使用各种抽象模型来描述和分析计算机系统的行为和结构。
这些模型可以是各种形式的图、图标、表格、方程式等。
在基于模型的设计中，设计师可以通过对模型的分析和调整来指导系统的开发和优化。
基于模型的设计的特点基于模型的设计具有以下几个特点：抽象化基于模型的设计方法可以将计算机系统高层次概念抽象化为各种模型，简化了设计过程。
通过建立合适的模型可以隐藏系统复杂性，使得设计师可以更加专注于系统的关键问题。
可视化基于模型的设计方法通常使用图形化表示来展示模型，使得设计师能够直观地理解系统的行为和结构。
设计师可以通过观察模型的变化来评估设计方案的合理性，并进行必要的调整和优化。
可重用性基于模型的设计方法鼓励设计师将已有的模型进行重复利用。
设计师可以将已经验证和优化过的模型作为模板，在不同的设计中使用。
这样可以提高设计的效率和一致性，并减少错误的发生。
验证性基于模型的设计方法可以使用各种验证技术来验证设计方案的正确性和可行性。
通过建立合理的模型和运用形式化验证技术，设计师可以提前发现和解决设计中的问题，减少开发过程中的风险。
基于模型的设计的优势基于模型的设计方法在计算机系统中的应用具有以下几个优势：提高设计效率基于模型的设计方法可以帮助设计师更好地理解和抽象系统的复杂性，从而提高设计效率。
通过建立模型，设计师可以更加直观地展示和分析系统的行为和结构，发现问题并进行调整。
保证设计一致性基于模型的设计方法鼓励设计师使用统一的模型表示系统的不同方面。
通过建立一致的模型，设计师可以确保设计在各个方面的一致性和协调性，减少冲突和错误的发生。
基于模型的软件设计与开发研究
基于模型的软件设计与开发研究在当今信息化时代，软件的需求日益增长，软件的设计和开发也变得越来越复杂。
因此，如何提高软件的设计和开发效率，降低开发成本，成为一个非常重要的问题。
在这个背景下，基于模型的软件设计和开发技术成为了新的解决方案。
1. 基于模型的软件设计基于模型的软件设计是以模型为中心，将软件设计和开发分为多个阶段，并对每个阶段进行建模和验证的一种方法。
在这种方法中，每个阶段的模型都是上一个阶段模型的延伸和细化。
这种方法可以为软件设计人员提供更直观、更明确的设计规范，并可以更好地管理软件项目的复杂性。
在基于模型的软件设计中，UML（统一建模语言）是应用最广泛的建模语言之一。
UML提供了一系列的图形化符号，设计人员可以使用这些符号来描述软件的结构、行为和交互等。
同时，UML基于面向对象的思想，使得软件的设计变得更加灵活和可扩展。
2. 基于模型的软件开发与基于模型的软件设计类似，基于模型的软件开发也将软件的开发过程分为多个阶段，并对每个阶段进行建模和验证。
在这种方法中，每个阶段的模型都是上一个阶段模型的延伸和细化。
这种方法可以为软件开发人员提供更直观、更明确的开发规范，并可以更好地管理软件项目的复杂性。
在基于模型的软件开发中，MDD（模型驱动开发）是一种流行的开发方法。
MDD将软件开发分为建模、转换和生成三个阶段。
在建模阶段，开发人员使用UML等建模语言来描述软件的结构、行为和交互等。
在转换阶段，开发人员将建模结果转换为目标平台的代码。
在生成阶段，开发人员可以直接生成可执行的软件。
3. 基于模型的软件开发工具基于模型的软件设计和开发需要使用相应的工具来辅助完成。
下面介绍几种流行的工具：（1）Enterprise Architect：这是一款功能强大的UML建模工具。
它支持UML2.5标准，并可以生成多种程序语言的代码。
（2）Visual Paradigm：这是一款功能强大的UML建模工具。
它支持UML2.5标准，并提供了多种UML图形。
基于模型的设计
基于模型的设计基于模型的设计 (Model-Based Design, MBD) 是一种软件开发方法，通过使用模型来设计、构建和验证系统。
这些模型可以是数学模型、物理模型或计算机模型，用于描述和预测系统的行为。
基于模型的设计可以应用于各种领域，包括航天、汽车、医疗设备和工业自动化等。
基于模型的设计方法的核心思想是使用模型来代替传统的手动编程方法。
通过使用模型，工程师可以更容易地描述系统的功能和行为，并可以通过仿真和验证来检查设计的正确性。
这减少了错误，加快了开发周期，并提高了系统的可靠性。
2.模型验证：一旦模型创建完成，就可以使用仿真来验证模型的正确性。
通过在模型中输入不同的输入和参数，可以模拟系统的行为，并观察系统的响应。
这允许工程师在实际系统构建之前检查模型的正确性和性能。
3.代码生成：一旦模型验证通过，就可以通过代码生成工具将模型转换成可执行的代码。
这些代码可以是C、C++或其他编程语言。
这些代码可以直接用于系统的实现和部署，减少了手动编程的工作量和错误。
4.部署和测试：生成的代码可以在目标硬件上进行部署和测试。
这包括将代码编译和链接到目标硬件上，然后在硬件上进行测试。
通过在系统的实际硬件上进行测试，可以验证系统的功能和性能，并及时发现和修复问题。
1.提高开发效率：通过使用模型，开发人员可以更快地设计、构建和验证系统。
模型的可视化表示方式使得系统的开发更直观和易于理解。
此外，模型的重复使用性使得开发人员可以更快地修改和更新系统。
2.提高系统可靠性：通过使用模型进行验证和测试，可以减少系统中的错误和缺陷。
模型的仿真和验证功能可以帮助工程师在实际系统构建之前发现和解决问题。
这减少了开发过程中的返工和修复工作。
3.简化系统维护：基于模型的设计方法使得系统的维护更加简单。
通过模型的重复使用性，开发人员可以更容易地理解和修改系统。
此外，生成的代码是自动生成的，减少了手动编程的错误和困难。
基于模型的设计方法在多个领域得到了广泛应用。
基于模型设计自动代码生成操作指南
MBD指南性文件（全网独一份）基于模型设计的自动代码生成操作指南 MBD：基于模型的设计一、概述MBD是一种软件开发流程，Simulink建立的模型从早期验证，代码生成到后期的SIL/PIL等提供了全流程的快速开发工具链和品质保障措施。
不仅通过仿真可以进行早期设计的验证，还可以生成C，C++等代码直接应用于PC、MCU等平台，在嵌入式软件开发中发挥着重要作用。
本文将以Simulink模型生成嵌入式C代码为主体详细分析代码生成的应用技巧，并重点讲解代码生成过程的参数配置及优化。
二、适用范围本指南适用于汽车电装品及辅助测具的软件开发及维护，也适用于基于MATLAB/SImulink生成或者转换的软件开发。
三、缩写及定义3.1 缩写缩写 全名MBD Model Based DesignMIL Model in the loopSIL Software in the loop3.2 定义四、代码生成Simulink的 Coder generation工具箱提供了将模型转换为可优化的嵌入式C代码的功能。
Configuration Parameter工具可以对代码生成方法、格式等约束条件进行配置，从而使生成的代码具有高质量,高可读性,高优化的特点 在生成嵌入式代码时,至少需要完成三部分的配置：模型解算器，模型的系统文件目标，硬件实现规定。
4.1解算器打开 Simulink模型,进入 Configuration Parameter(快捷键Cml+E)对话框，如下图所示,选定 Solver：●必须设置项:①解算器类型:选择固定点解算器( Fixed-step)；②解算器算法:选择离散方法( dis c rete)；注:固定点解算器提供了多种算法,目前引用的嵌入式系统是非连续的（no c ontinuous states)。
③解算器步长：依据底层调度周期；注:解算器步长为整个模型提供了一个基础采样频率,被称为基采样率。
基于模型的设计(MBD)
MBD: Model-based design河北优控新能源科技有限公司自主研发的发动机控制器（ECU），电动车控制器（VCU）,变速箱控制器（TCU），混动动力控制器（HCU）都采用模块化设计，功能多样化，支持不同的需求。
软件模型下面详细介绍下基于模型设计的定义及基本步骤。
基于模型的设计(MBD)是一种用数字化和可视化的方法来解决问题和设计相关复杂控制的算法,是一种信号处理和通信系统。
它被广泛应用在许多动向控制、工业设备、航空航天和汽车应用领域。
基于模型的设计方法应用于嵌入式软件设计。
概述基于模型的设计在整个设计过程中提供了一个有效方法来建立一个共同通信框架，同时支持开发周期(“V”图)。
在基于模型控制系统的设计、开发体现在这四个步骤:模型设计建设；模型控制器的分析和合成；模型和控制器的模拟集成所有这些阶段模型的控制器。
基于模型的设计范式与传统的设计方法有着显著的不同。
设计人员可以使用基于模型的设计来定义模型，采用连续时间和离散时间的建筑块，而不是使用复杂的结构和广泛的软件代码，设计人员可以使用模型为基础的设计。
这些内置的模型与仿真工具，可以导致快速原型，软件测试和验证。
不仅是测试和验证过程增强，而且，在某些情况下，硬件在环仿真可以使用新的设计范例，以执行测试的动态效果更快速，更有效地比传统的设计方法。
历史电时代的曙光带来了许多创新和先进的控制系统，早在20世纪20年代的工程、控制理论与控制系统这两个方面的融合，使大型集成系统成为可能。
在那些早期的控制系统中，通常在工业环境中使用。
大型过程设备开始使用过程控制器，用于调节连续变量，如温度，压力和流量。
内置梯形网络的电气继电器是第一个独立的控制设备，自动化的整个生产过程。
控制系统获得的势头，主要是在汽车和航空航天部门。
在上世纪五十年代和60年代，在嵌入式控制系统中对空间产生了兴趣。
工程师建造的控制系统，如发动机控制单元和飞行模拟器，这可能是部分的最终产品。
基于模型设计的流程
基于模型设计的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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软件工程中基于模型驱动开发的设计方法
软件工程中基于模型驱动开发的设计方法软件工程是一门研究和应用如何以系统化、规范化、可定量的方法开发和维护软件的学科。
而模型驱动开发（Model-Driven Development，简称MDD）是一种在软件开发过程中使用软件模型来指导开发的方法。
基于模型驱动开发的设计方法在软件工程领域中得到了广泛应用，它提供了一种以模型为中心的设计思想和开发流程，可以帮助开发者更高效地构建高质量的软件系统。
基于模型驱动开发的设计方法的核心思想是用模型来描述和构建软件系统的各个层面，从而实现从设计到实现的逐步转化。
这种方法注重将模型与代码进行解耦，从而使开发过程更具可维护性和可扩展性。
基于模型驱动开发的设计方法包括以下关键步骤：1. 建立抽象模型：基于模型驱动开发的设计方法的第一步是建立一个抽象模型，该模型用于描述软件系统的结构和行为。
这个抽象模型通常是基于标准建模语言（如UML）定义的，可以帮助开发者更好地理解和描述系统的需求和设计。
2. 模型转化：建立抽象模型后，接下来的步骤是将该模型转化为可执行的代码。
这个转化过程通常涉及模型的转化和代码生成两个阶段。
在模型的转化阶段，开发者需要将抽象模型转化为更具体和可执行的模型，这个过程涉及到模型的变换和细化。
在代码生成阶段，开发者将可执行的模型转化为代码，这个过程可以使用自动化工具来完成。
3. 模型验证和调试：基于模型驱动开发的设计方法允许开发者在模型层面进行验证和调试，从而帮助减少错误在代码级别出现的可能性。
通过在模型层进行验证和调试，开发者可以更早地发现并修复潜在的问题，从而降低软件系统的错误率。
4. 模型的演化和更新：基于模型驱动开发的设计方法注重模型的演化和更新。
由于模型与代码的解耦，开发者可以在模型层面进行修改和更新，而不必担心对代码的影响。
这种模型的演化和更新可以帮助开发者更好地应对需求的变化和系统的演化。
基于模型驱动开发的设计方法在软件工程中有着诸多优势。
基于模型的设计——MCU篇
第二章Simulink建模与调试Simulink是动态和嵌入式等系统的建模与仿真工具，也是基于模型设计的基础。
对于机电、航空航天、信号处理、自动控制、通讯、音视频处理等众多领域，Simulink提供了交互式的可视化开发环境和可定制的模块库，对系统进行建模、仿真与调试等。
并可实现与Stateflow有限状态机的无缝连接，扩展对复杂系统的建模能力。
通过Simulin模块库自带的1000多个预定义模块，基本上可快速地创建基于MCU器件应用的系统模型。
运用层次化建模、数据管理，子系统定制等手段，即使是复杂的嵌入式MCU应用系统，也能轻松完成简明精确的模型描述。
大量使用Embedded MATLAB来创建用户自己的算法模块，可大大加快建模速度。
读者在后面的内容中，会经常看到用Embedded MATLAB创建的算法模块，加快MCU器件开发的实例。
模型是基于模型设计的起点，同时也最核心的东西。
本章将以基于PID控制的直流电机的物理建模与调试为例来介绍Simulink，更详细的内容请读者参考MathWorks公司相关内容的用户手册。
Simulink的主要特点如下：●众多可扩展的模块库●利用图形编辑器来组合和管理模块图●以系统功能来划分模型，实现对复杂系统的管理●利用模型浏览器（Model Explorer）寻找、创建、配置模型组件的参数与属性●利用API实现与其他仿真程序的连接或集成用户代码●用图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，评估模型的性能指标●在MATLAB命令窗口中，可对仿真结果进行分析与可视化，自定义模型环境、信号参数和测试数据●利用模型分析和诊断工具来确保模型的一致性，定位模型中的错误本章主要内容有：●Simulink基本操作●搭建直流电机模型●Simulink模型调试2.1 Simulink基本操作2.1.1 模块库和编辑窗口打开模型库浏览器在matlab的命令窗口中输入“simulink”指令或单击matlab工具栏上的“simulink”图标就可以打开模型库浏览器。
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2017/11/15
•7
MATLAB与CCS配置
Make Utiliy：
Make Utility ： D:\PROGRA~1\MATLAB\\R2013a\bin\win32\gmake （这个路径是Matlab的编译路径） Arguments ： -f "[|||MW_XMK_GENERATED_FILE_NAME[R]|||]" [|||MW_XMK_ACTIV_BUILD_ACTION_REF|||]
Complier ：
Complier： D:/ti/ccsv5/tools/compiler/c2000_6.2.0/bin/cl2000 Arguments ：-I"D:/ti/ccsv5/tools/compiler/c2000_6.2.0/include" -fr"[|||MW_XMK_DERIVED_PATH_REF|||]" 2017/11/15 •8
图4 环境变量检查以及设置
2017/11/15 •13
MATLAB与CCS配置
checkEnvSetup('ccsv5','F28335 eZdsp', 'setup') 1. Checking CCSv5 (Code Composer Studio) version Required version: 5.0 or later Required for : Code Generation Your Version : 5.5.0 ### Setting environment variable "TI_DIR" to "D:\ti\ccsv5" 2. Checking CGT (Texas Instruments C2000 Code Generation Tools) version Required version: 5.2.1 to 6.0.2 Required for : Code generation Your Version : 6.2.0 ### Setting environment variable "C2000_CGT_INSTALLDIR" to "D:\ti\ccsv5\tools\compiler\c2000_6.2.0" The version found for "CGT" differs from the one used for our software validation. Use it at your own risk. 3. Checking DSP/BIOS (Real Time Operating System) version Required version: 5.33.05 to 5.41.11.38 Required for : Code generation Your Version : 5.42.01.09 ### Setting environment variable "CCSV5_DSPBIOS_INSTALLDIR" to "D:\ti\bios_5_42_01_09" The version found for "DSP/BIOS" differs from the one used for our software validation. Use it at your own risk. 4. Checking XDC Tools (eXpress DSP Components) version Required version: 3.16.02.32 or later Required for : Code generation Your Version : 3.24.05.48 5. Checking Flash Tools (TMS320C28335 Flash APIs) version Required version: 2.10 Required for : Flash Programming Your Version : 2.10 ### Setting environment variable "FLASH_28335_API_INSTALLDIR" to "D:\ti\tidcs\c28\Flash28_API\Flash28335_API_V210"
测试。模型本身就是一个可执行的规格书，开发者修改优化
模型就是对设计的修缮，无需到实施之后通过测试再进行系 统验证，可以通过仿真在早期设计时期就及时进行正确性验
证，并且在实施阶段，特别是对于嵌入式软件，代码由模型
生成。
2017/11/15
•2
MBD的实际应用
2017/11/15
•3
传统的软件开发流程
2017/11/15
•14
MBD流程
1.模型搭建 2.软件在换测试(SIL)： ert .tlc嵌入式C代码， 3.硬件在环测试(PIL)：idenlink_ert .tlc 4.DSP代码自动生成
2017/11/15
•15
Solver设置
应用于嵌入式开发的模型往往需要选择固定步长的解算器，而不选用变步长的解算器 这是因为微控制器的时钟信号是以固定频率的周期工作，虽然可以实现倍频和分频， 往往在一个应用的过程中每个基础时钟信号是保持不变的。
2017/11/15 •9
MATLAB与CCS配置
Execute
执行编译
Execute Tool： D:\ti\ccsv5\ccs_base\scripting\bin\dss.bat Arguments ："D:\PROGRA~1\MATLAB\R2013a\toolbox\idelink\extensions \ticcs\ccsdemos\runProgram.js" "D:\ti\xml" "[|||MW_XMK_GENERATED_TARGET_REF[E]|||]"
4
Copyright 2014 FUJITSU LIMITED
基于模型的设计
5
Copyright 2014 FUJITSU LIMITED
MATLAB与CCS配置
前提假设CCS5安装路径如下： CCS Installation: D:\TI\ccsv5 CCSV5安装路径 Code geeneration Tools: D:\TI\ccsv5\tools\compiler\c2000 ，编译器的路径 如果其它路径，则需要在下边的应用中相应的路径中更改路径。 1.在matlab 中键入xmakefilesetup ,弹出“gmake”对话框
图1 gmake设置
2017/11/15 •6
MATLAB与CCS配置
将display operational configuration only的勾选去掉，然后在configuration 的下拉中选择ticcs_c2000_ccsv5，如果没有，则点击右上角的New，然 后分别在Make Utiliy、Complier、Linker、Archiver、Prebuild、Postbuild 、Execute填入一下内容
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•10
MATLAB与CCS配置
图2 TLC文件选择
•11
2017/11/15
MATLAB与CCS配置
在target hardware resources中"IDE/Tool Chain" ，选择"Texas Instruments Code Composer Studio v5 (makefile generation only)". 注意：首先备份配置，因为这会覆盖已有的配置。然后设置board为C2000，processor为 F28335
MATLAB与CCS配置
Linker
Linker: D:/ti/ccsv5/tools/compiler/c2000_6.2.0/bin/cl2000 Arguments : -o [|||MW_XMK_GENERATED_TARGET_REF|||] Archiver
Archievr: D:/ti/ccsv5/tools/compiler/c2000_6.2.0/bin/ar2000 Arguments: -r [|||MW_XMK_GENERATED_TARGET_REF|||]
Solver options Type: Fixed-step Solver:discrete Fixed-step
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•16
文档自动生成设置
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•17
TI C2000系列DSP模块
C模块
2017/11/15
•19
ePWM模块
2017/11/15
图3 configuration parameters/Code generation设置
2017/11/15 •12
MATLAB与CCS配置
检查是否配置成功，在workspace键入checkEnvSetup('ccsv5','F28335', 'setup')，这时如果没有 配置成功，系统会自动弹出如下图对话框，提示选择安装路径等，此过程和xmakefilesetup的设 置相似，只不过此处是设置系统环境变量，这样才能让软件通过系统变量找到相关软件的路径 ，如果配置成功显示如下图， checkEnvSetup('ccsv5','f28335', 'check)，检查配置 checkEnvSetup('ccsv5','f28335', 'setup')，设置环境变量
1.将模型转换为子系统 2.在Block Parameter中配置为原子子系统 3.Code Generation页面定义函数名与文件名