Simulink代码生成：通过Matlab Function集成C函数

本文研究如何在Matlab Function模块中调用外部的C函数，以及一些注意点。

1 问题引入

博主以前写过一篇博客《Simulink代码生成：通过Legacy Code Tool集成C函数》，可以在Simulink模型中调用外部的C代码。在Matlab Funciton中，用m语言写着代码，突然想要调用一个现成的C文件中的函数是不是也可以呢。答案是肯定的，而且调用的方法比LCT还要更简单一些。本文会用一个简单的例子来演示在Matlab Function模块中调用外部的C函数的方法。

2 简单例程

2.1 创建C文件和头文件

首先先在当前路径下创建一个C文件和一个头文件，如下图所示：

C文件内容如下所示，实现了一个简单的勾股定理的计算：

//gougu.c
#include <math.h>
#include "gougu.h"

float gougu(float a, float b)
{
    
    
    float c;
    c = sqrt((pow(a,2) + pow(b,2)));
    return c;    
}

头文件内容如下所示，对函数进行外部声明：

// gougu.h
extern float gougu(float a, float b);

2.2 在Matlab Function中调用C函数

1）新建一个Simulink空白模型demo.slx，在其中加入两个输入port，一个输出port和Matlab Function：

这里博主把数据类型强制设为single，为了和C代码匹配，否则后面会报错。在实际使用的过程中如果调用的C代码传参类型和Matlab中不一致也会报错，这个要注意。

2）双击进入Matlab Function，改成如下m代码：

代码很精简，但是其中每一部分都很重要。

首先是用了coder.cinclude和coder.updateBuildInfo函数，添加了调用函数的C文件和头文件。

coder.cinclude('gougu.h');
coder.updateBuildInfo('addSourceFiles', 'gougu.c');

接下来先要对输出参数做一个初始化，这点是符合C语言的用法，最好要做，否则有可能Matlab Function无法编译通过。

y = single(0);

然后再用coder.ceval函数调用外部函数，其中的第一个参数是函数名，后面的参数依次为C函数传入的参数（将Matlab变量传参进入C函数），等号左边是C函数的返回值赋值给Matlab变量。

y = coder.ceval('gougu',u,u2);

这样就完成了这个简单的例子，可以在Simulink里仿真C函数了。

2.3 仿真及代码生成

1）将Matlab Function的输入改成常数，输出改成disp模块，可以先仿真看一下调用的效果。

注意到Matlab当前路径下生成了一个demo_sfun.mexw64文件，这是编译C代码的过程中产生的mex文件。因此，如果修改了C代码后，要先删掉这个mex64文件再重新运行Simulink仿真。

2）在初步验证仿真结果后，把输入输出改成Port，配置代码生成。生成的demo.c文件如下图所示。

图中可以看出，在生成的代码中调用了gougu()这个C函数。

在生成的demo.h文件中也会包含gougu.h这个头文件。

最后软件编译的时候不要忘记把外部的C文件和头文件一起加进去。

3 其他技巧和注意点

3.1 在Simuink中配置C文件和头文件

如果模型中有很多地方用了Matlab Function调用外部C文件，每个地方都写上coder.cinclude和coder.updateBuildInfo配置C文件和头文件会很繁琐。这时，可以考虑在Simuink中配置C文件和头文件，该配置会作用于所有Matlab Function。

首先将Maltab Function中的前两行注释掉：

function y = fcn(u , u2)
% coder.cinclude('gougu.h');
% coder.updateBuildInfo('addSourceFiles', 'gougu.c');

y = single(0);
y = coder.ceval('gougu',u,u2);

end

接着在Simulink配置中的Simulation Target中加上C文件和头文件：

然后删除当前路径下的mex64文件，再重新仿真Simulink即可。

3.2 C函数传入指针参数

在C语言中，可以传入指针的参数，利用这个指针获取计算的结果，而不是函数return的返回值。这一点也是可以用MatlabFunction做到的。

例如，将C文件和头文件修改一下：

//gougu.c
#include <math.h>
#include "gougu.h"

void gougu(float a, float b, float* c)
{
    
    
    *c = sqrt((pow(a,2) + pow(b,2)));
}

// gougu.h
extern void gougu(float a, float b ,float* c);

这样的情况下，函数返回为void类型，而返回的结果用float* c这个指针来代替。这样的话，函数体内的计算结果会存放在该指针所指向的内存空间中。

在Matlab Function中要改成如下所示：

function y = fcn(u , u2)
coder.cinclude('gougu.h');
coder.updateBuildInfo('addSourceFiles', 'gougu.c');

y = single(0);
coder.ceval('gougu',u,u2,coder.wref(y));

end

区别就在于coder.ceval函数调用外部函数时，将等号左边去掉，而是加了一个coder.wref(y)这样的参数来对应C代码中的float* c。具体用法可以参照coder.wref的帮助文档。

生成代码后，如下所示：

在step函数中调用gougu()函数时，第三个参数传入了Out1的地址（利用&字符取地址），从而也实现了同样的效果。

4 总结

本文研究了通过Matlab Function集成C函数的方法，做了简单的示例。在实际使用时，会遇到比demo更加复杂的情况，例如数组、结构体怎么处理，再例如C代码没办法进去调试等。因此，使用这种方法需要慎重，要进行充分的验证才行。

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