基于Simulink_Stateflow模型的嵌入式软件开发研究

２ 台 ， 根 据 数 学 求 最 优 解 的 方 法 ， 可 以 得 出 问 题 的 最 优 解 是 ６７． ５。
遗传算法的参数分别选为： 对于双种群， 主种群和次种群规 模 均 选 为 ３０， 主 种 群 的 选 择 算 子 采 用 期 望 值 法 ， 交 叉 率 Ｐｃ＝０．６、 变异率 Ｐｍ＝０．０１； 次种群的选 择 算 子 采 用 赌 轮 法 ， 交 叉 率 Ｐｃ＝０．８、 变异率 Ｐｍ＝０．０５； 种群间个体迁移率为 Ｐｔ＝０．３８２； 世代之间交换率 Ｐｇ＝２（ 即 采 用 隔 代 人 口 迁 移 法 ） ； 对 于 普 通 遗 传 算 法 种 群 规 模 选 为 ６０， 交叉率 Ｐｃ＝０．８、变异率 Ｐｍ＝０．０５。设定两组的运算， 均迭代 ５０ 次。
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实现了模型的所有功能。
图 ３ ＲＴＷ 选项
图 ４ ＴＬＣ 的选择 ４． 模型代码运行
下 图 介 绍 了 如 生 成 代 码 如 何 通 过 ＴＬＣ 被 编 译 并 下 放 到 目 标环境运行的原理：
图 ５ 编译目标代码过程
模型代码生成并编译为指定平台可执行文件后， 只要目标 环境平台配置得当， 就可以将生成的可执行文件下放到目标环 境运行了。
运算结果如下表所示， 从响应曲线可以看出， 双种群的平均 值 ７３．２５， 普通遗传算法的平均值是 ６８．５６５， 由此可以的出结论， 在参数（ 种群规模， 交叉， 变异概率） 大致相同的情况下， 应用本 文提出的算法可以更好接近最优化解。
６． 结论 本文提出的算法实行的是一种动态次种群中迁入新的个
本文所描 上 最 广 泛 应 用 的 动 态 系 统 仿 真 软 件 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ。 它 与 Ｓｔａｔｅ－ ｆｌｏｗ、ＲＴＷ（ Ｒｅａｌ－ Ｔｉｍｅ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ） 及 面 向 特 殊 应 用 领 域 的 相 关 产 品 一 起 ， 提 供 了 不 同 于 传 统 的 、综 合 的 、灵 活 的 、高 效 的 、基 于 模 型的设计方法。 １．２ 工具介绍 １．２．１ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 介绍：
在实验中我们使用了普通 ＥＲＴ 方式生成代码， 其 编 译 器 默 认使用是 Ｍａｔｌａｂ 自带的 Ｌｃｃ。使用此编译器编译模型生成 的 代 码 文 件 ｔｅｓｔｍｏｄｅｌ．ｃ 可 实 现 ＥＸＥ 文 件 的 生 成 （ 生 成 代 码 中 有 ｍａｋｅ 文件可用， 工具可选择直接生成可执行文件） 。并可用于本 地环境运行（ 因为普通 ｅｒｔ．ｔｌｃ 不是针对具体 目 标 环 境 生 成 的 ， 而 仅仅是提供 ＥＲＴ 代码的格式样板， 不含与特定操 作 系 统 和 编 译 器有关内容， 所以编译生成后可直接本地运行） 。 ５． 总结
本节主要介绍在 Ｍａｔｌａｂ 下用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 工具建立模 型， 模型中包含了 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模块， 并使用了 Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 状态图控制 各状态间的转移。下面建立一个简单的仿真模型 Ｔｅｓｔｍｏｄｅｌ．ｍｄｌ， 实现的功能如下： （ 模型如图 １）
１）系统初始输入 １， 系统的输入值在 １ 和－ １ 之间变换
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 是基于 ＭＡＴＬＡＢ 的框图设计环 境 ， 可 以 用 来 对 各 种 动 态 系 统 进 行 建 模 、分 析 和 仿 真 ， 它 的 建 模 范 围 广 泛 ， 可 以 针 对任何能够用数学来描述的系统进行建模， 例如航空航天动力 学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车等等 ， 其中了 包 括 连 续 、离 散 ， 条 件 执 行 ， 事 件 驱 动 ， 单 速 率 、多 速 率 和 混 杂 系 统 等 等 。 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 提 供 了 利 用 鼠 标 拖 放 的 方 法 建 立 系 统 框 图 模型的图形界 面 ， 而 且 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 还 提 供 了 丰 富 的 功 能 块 以 及 不 同的专业模块 集 合 ， 利 用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 几 乎 可 以 做 到 不 书 写 一 行 代 码完成整个动态系统的建模工作。
由 于 基 于 模 型 的 Ｍａｔｌａｂ 开 发 流 程 总 是 欠 缺 和 工 程 实 现 的 有效连接， 系统级的设计产物无法和硬件产品直接挂钩， 所以工 程师无法直接应用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型的宝贵资源。为了改善设计流 程中的这一缺陷， ＭＡＴＬＡＢ 产品体系中加入了连接工程实现的 桥梁 － 实时 代 码 生 成 工 具 Ｒｅａｌ－ Ｔｉｍｅ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ （ ＲＴＷ） 。ＲＴＷ 使用户可以直接将 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 框图模型转化为实时标准 Ｃ 代码， 进 而 为 快 速 原 型 系 统 、半 物 理 仿 真 系 统 或 者 产 品 提 供 设 计 输 入 ， 使仿真与实际应用紧密结合。 ２． 建立 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 模型
体， 参与到主种群中进行竞争， 运用黄金分割点来进行优化， 克 服了传统遗传算法算法由于受到种群规模的限制而导致的早熟 或易陷入局部最优的问题， 它增加了迭代过程中模式的多样性， 有效地增强了算法的寻优能力和搜索速度。通过比较， 结果表 明， 优化后的遗传算法在解决货物配送问题上的有效性是很明 显的。根据同样的道理， 本文提出的方法也可以运用到其他的最 优解的问题上， 例如在用于分析非线性系统的稳定性时， 也是可 行的。
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基于 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 模型的嵌入式软件开发研究
任书明， 揭金良， 石开强
（ 成都理工大学 信息工程学院 四川 成都 ６１００５４ ）
【摘 要】： 当前在控制领域内使用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 建模并以 ＲＴＷ 生成 指 定 代 码 的 方 式 代 替 传 统 嵌 入 式 软 件 开 发 方 法已形成趋势。这是由于基于 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型的嵌入式软件开发大大节省了软件开发的人力、物力和时间成本。本文针对在 Ｍａｔｌａｂ 环境下如何使用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 建立模型， 实现嵌入式软件开发的过程进行了详细介绍。
２） 用 ｓｃｏｐｅ 显示输入的值
图 １ 搭建的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型图
图 ２ Ｃｈａｒｔ 状态机图 Ｔｅｓｔｍｏｄｅｌ．ｍｄｌ 中 用 Ｔａｒｇｅｔ１ 和 Ｔａｒｇｅｔ２ 模 块 持 续 产 生 常 量 １ 和－ １；Ｓｗｉｔｃｈ 模 块 用 于 选 择 输 入 到 Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 状 态 图 （ Ｃｈａｒｔ） 中 的 值。Ｃｈａｒｔ 中有两个状态， 一个状态为：ｏｎＳｔａｔｅＯｎｅ， 另一状态为 ｏｆｆＳｔａｔｅＯｎｅ， 转换条件如上图所示。 ３． 定制并生成代码 ３．１ ＴＬＣ 文件介绍 鉴于嵌入式软件开发主要是以应用为导向的， 所以就不同 的嵌入式平台生成的代码规范等也不尽相同。那如何在模型设 计并验证通过后生成针对具体平台下的嵌入式代码呢？ 这就引 入了与具体平台（ 如操作系统和编译器等） 进行结合的工作。如： 在 Ｍａｔｌａｂ 环境下生成支持 ＶｘＷｏｒｋｓ 等系统的代码。 生成特定平台下定制代码的工作主要是由一个被称之为 ＴＬＣ（ Ｔａｒｇｅｔ Ｌａｎｇｕａｇｅ Ｃｏｍｐｉｌｅｒ） 的文件完成的。在其中设定了生 成代码的模板， 格式， 编译器等内容。由于篇幅问题， 在此不作具 体介绍（ 详见 Ｍａｔｌａｂ 下的 ＴＬＣ 文档） 。 我们在此以生成普通 ＥＲＴ 代码指代特定操作系统 ， 如 需 要 生 成 指 定 操 作 系 统 代 码 只 需 要 更 换 为 具 体 平 台 相 关 联 的 ＴＬＣ 文件即可。ＴＬＣ 的选择如（ 图 ３、４） 所示： ３．２ 模型普通 ＥＲＴ 代码生成 在 生 成 ＥＲＴ 代 码 时 可 以 通 过 替 换 ＴＬＣ 文 件 的 方 式 实 现 有 针对性地生成用于不同平台代码的工作。而这大大方便了不同 平台下的软件开发差异性带来的问题。如上内容介绍， 生成代码 的工作主要是由 ＲＴＷ 实现， 下图描述了具体代码生成的步骤： 第 一 步： 选 择 图 ３ 中 的 Ｓｏｌｖｅｒ 中 的 Ｓｏｌｖｅｒ Ｏｐｔｉｏｎｓ 为 Ｆｉｘｅｄ Ｓｔｅｐ 第二步： 如图 ４ 所示选择 ｅｒｔ．ｔｌｃ 文件； 第三步： 点 击 图 ３ 中 的 Ｂｕｉｌｄ 按 钮 生 成 并 编 译 代 码 ； （ 普 通 ｅｒｔ．ｔｌｃ 使用 ｌｃｃ 编译器， 如果只生代码可以选中前面的 Ｇｅｎｅｒａｔｅ ｃｏｄｅ ｏｎｌｙ 选项） 通过以上三步可以生成 ｅｒｔ．ｔｌｃ 所定制的 代 码 。 生 成 代 码 中
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５． 实例应用 为了验证本文提出的新的改建算法的有效搜索能力， 分别
用本文中改进的遗传算法和普通的遗传算法进行了仿真结果比
较， 并做了进一步的探讨。 选取一定量的配送目的地， 本文中选取 ６ 个， 运送车辆选为
【关键词】： Ｓｉｍｕｌｉｎｋ， Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ， ＲＴＷ， 模型
１．引 言 １．１ 模型开发的意义
鉴于软件工程化思想的引入和盛行， 软件业发展潮流逐渐 趋于工程化， 流水化。Ｍａｔｌａｂ 环境下集成的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 模 型 设 计 和 使 用 ＲＴＷ 生 成 目 标 代 码 的 软 件 设 计 方 案 便 是 这 一 大 背景的产物。
Ｍａｔｌａｂ 集成了一组完整的、紧密集成的工具， 形成了支持整 个 工 程 设 计 流 程 的 、无 缝 集 成 的 嵌 入 式 控 制 系 统 设 计 解 决 方 案 。 这 一 解 决 方 案 可 以 使 用 户 方 便 的 穿 梭 于 建 模 、仿 真 、验 证 与 实 施 之间而无须重写代码或改变软件环境。用户花费在编程与代码 调试方面的时间显著减少 ， 而留出更多的时间探索新思想、开发 先 进 的 技 术 、降 低 应 用 成 本 并 提 高 产 品 质 量 。
Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 是一个交互式的设计工具， 它基于有限状态机 的 理论， 可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真。 Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 与 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 和 ＭＡＴＬＡＢ 紧 密 集 成 ， 可 以 将 Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ 创建的复杂控制逻辑有效地结合到 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的模型中。 １．２．２ ＲＴＷ 介绍：