基于模型的設(shè)計及其嵌入式實現(xiàn)

前言

在目前的市場上，想找到一款不包含嵌入式控制器件的電子、機電產(chǎn)品已經(jīng)很難了，含有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品已深入到了我們工作、生活的方方面面。同時，人們對于產(chǎn)品的安全性、實時性、可操作性、特定功能等要求也越來越高，這也就大大增加了嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性和開發(fā)難度。為了在日趨激烈的市場競爭中占據(jù)有利地位、開發(fā)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，采用傳統(tǒng)的項目開發(fā)方法已很難滿足這些需求。傳統(tǒng)項目開發(fā)的方法一般分為4個步驟：①需求分析與技術(shù)規(guī)范階段。一般用紙質(zhì)文檔或電子Word文檔寫成，系統(tǒng)工程師團隊以此進行概念和算法研究，評估技術(shù)規(guī)范的可行性。對于厚厚的技術(shù)文檔，每個系統(tǒng)工程師對需求和技術(shù)規(guī)范的理解難免存在偏差。NASA的研究報告指出：“在需求分析階段產(chǎn)生的錯誤占整個開發(fā)錯誤的50％以上”，這給后期的項目開發(fā)帶來了諸多隱患。

內(nèi)容概要

本書以基于模型的設(shè)計為主線，講述了M代碼和Embedded MATLAB代碼的快速編寫與調(diào)試、浮點Simulink/Stateflow模型的建立、調(diào)試與驗證以及用戶驅(qū)動模塊的創(chuàng)建；詳細介紹了基于模型設(shè)計的全過程，主要包括：需求的驗證與跟蹤、模型的系統(tǒng)測試與設(shè)計驗證、浮點到定點模型的轉(zhuǎn)換、模型嵌入式C代碼的自動生成以及軟件/處理器/硬件在環(huán)測試。整個過程滿足DO～178B航空電子規(guī)范，可顯著提高工作效率、降低開發(fā)成本，并且增加了代碼的安全性與魯棒性，避免了產(chǎn)品開發(fā)的潛在市場風(fēng)險。    本書可作為汽車電子、航天軍工、通信與電子信息、電力等領(lǐng)域的工程師從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)手冊，也可作為高校電子類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與基于模型設(shè)計的教材，另外也是一本MATLAB高級建模與模型驗證的參考書。

書籍目錄

第1章 MATLAB基礎(chǔ)　1.1 MATLAB發(fā)環(huán)境新功能　　1.1.1 函數(shù)瀏覽器　　1.1.2 函數(shù)提示　　1.1.3 目錄瀏覽器　　1.1.4 文件交換服務(wù)　1.2 M文件　　1.2.1 M文件結(jié)構(gòu)　　1.2.2 清理程序　　1.2.3 創(chuàng)建M文件　　1.2.4 M腳本文件　　1.2.5 M函數(shù)　　1.2.6 匿名函數(shù)　1.3 加快M文件的編寫——M-Lint　　1.3.1 什么是M-Lint　　1.3.2 M-Lint使用方法　　1.3.3 M-Lint實時代碼檢查　1.4 加快M文件的調(diào)試——cell　　1.4.1 什么是cell　　1.4.2 cell的定義與刪除　　1.4.3 使用eell調(diào)試模式　　1.4.4 應(yīng)用　1.5 數(shù)據(jù)存取　　1.5.1 生成MAT文件　　1.5.2 加載MAT文件　　1.5.3 讀取音視頻文件　1.6 代碼效率分析　1.7 Embedded MATLAB　　1.7.1 Embedded MATLAB的主要功能特點　　1.7.2 Embedded MATLAB的編程規(guī)范　　1.7.3 Embedded MATLAB的常用命令　　1.7.4 C編譯器的設(shè)置　　1.7.5 應(yīng)用實例第2章 Simulink建模與驗證　2.1 Simulink基本操作　　2.1.1 啟動Simulink　　2.1.2 Simulink模塊庫簡介　　2.1.3 模塊操作　2.2 信號采樣誤差　　2.2.1 信號源　　2.2.2 MATLAB工作空問　　2.2.3 用戶自定義函數(shù)　　2.2.4 非線性系統(tǒng)　　2.2.5 離散模塊　　2.2.6 采樣誤差　　2.2.7 建立子系統(tǒng)　　2.2.8 封裝子系統(tǒng)　　2.2.9 數(shù)據(jù)類型匹配　　2.2.10 模型信息　　2.2.11 模型元件化　　2.2.12 自定義模塊庫　2.3 音頻信號處理　　2.3.1 仿真環(huán)境　　2.3.2 基于采樣的模型　　2.3.3 幀結(jié)構(gòu)　　2.3.4 基于幀結(jié)構(gòu)的模型　　2.3.5 信號緩沖器　　2.3.6 低通濾波　2.4 視頻監(jiān)控　　2.4.1 原理　　2.4.2 SAD子系統(tǒng)　　2.4.3 閾值比較　　2.4.4 視頻記錄子系統(tǒng)　　2.4.5 源視頻幀計數(shù)及顯示　　2.4.6 數(shù)據(jù)讀取與顯示　　2.5.7 實驗結(jié)果　2.5 模型調(diào)試　　2.5.1 圖形調(diào)試模式　　2.5.2 命令行調(diào)試模式　　2.5.3 調(diào)試過程　　2.5.4 斷點設(shè)置　　2.5.5 顯示仿真及模型信息　2.6 模型檢查與驗證　　2.6.1 使用Model Advisor檢查模型　　2.6.2 建立測試用例　　2.6.3 模型覆蓋度分析　　2.6.4 模型效率分析第3章 Stateflow原理與建模　3.1 stateflow概述　　3.1.1 狀態(tài)　　3.1.2 遷移　　3.1.3 事件　　3.1.4 數(shù)據(jù)對象　　3.1.5 條件與動作　　3.1.6 連接節(jié)點　3.2 流程圖　　3.2.1 手動建立流程圖　　3.2.2 快速建立流程圖　　3.2.3 車速控制　3.3 狀態(tài)圖的層次　　3.3.1 歷史節(jié)點　　3.3.2 遷移的層次性　　3.3.3 內(nèi)部遷移　3.4 并行機制　　3.4.1 廣播　　3.4.2 隱含事件　　3.4.3 時間邏輯事件　3.5 其他的圖形對象　　3.5.1 真值表　　3.5.2 圖形盒　　3.5.3 圖形函數(shù)　3.6 Embedded MATLAB函數(shù)　　3.6.1 建立調(diào)用Embedded MATLAB函數(shù)的Simulink模型　　3.6.2 編寫Embedded MATLAB函數(shù)　　3.6.3 調(diào)試　3.7 Simulink函數(shù)　　3.7.1 Simulink函數(shù)的使用　　3.7.2 使用Simulink函數(shù)需遵循的規(guī)則　3.8 集成自定義代碼　3.9 Stateflow建模實例　　3.9.1 嵌入Simulink　　3.9.2 模擬各種操作模式的狀態(tài)　　3.9.3 狀態(tài)行為與變量　　3.9.4 狀態(tài)問的遷移　　3.9.5 如何觸發(fā)圖表　　3.9.6 仿真　　3.9.7 調(diào)試第4章 用戶驅(qū)動模塊的創(chuàng)建　4.1 什么是S-Funetion　　4.1.1 S-Funetion的工作機制　　4.1.2 S-Furtion的幾個重要概念　　4.1.3 編寫C MEX S-nlnction　　4.1.4 Simulink引擎與C S-Fllrletion的相互作用　　4.1.5 TLC文件　　4.1.6 LEVEL-2 M文件S-Fnction介紹　　4.1.7 調(diào)用仿真模型外部的C代碼和生成代碼　4.2 S-Funetion Builder　　4.2.1 S-Function名及參數(shù)名選項卡　　4.2.2 初始化選項卡　　4.2.3 數(shù)據(jù)屬性面板　　4.2.4 庫文件選項卡　　4.2.5 輸出代碼選項卡　　4.2.6 連續(xù)狀態(tài)求導(dǎo)　　4.2.7 離散狀態(tài)更新　　4.2.8 編譯信息　　4.2.9 應(yīng)用　4.3 Embedded MATLAB函數(shù)模塊　　4.3.1 Embedded MATLAB函數(shù)模塊的生成方法　　4.3.2 集成用戶自定義的C代碼　4.4 實例　　4.4.1 IIR濾波器　　4.4.2 圖像的相似度　　4.4.3 S-Function的參數(shù)設(shè)置與封裝　　4.4.4 讀取數(shù)據(jù)文件第5章 嵌入式代碼的快速生成　5.1 CCS介紹　　5.1.1 反匯編窗口　　5.1.2 鏈接命令文件　　5.1.3 探針的設(shè)置　　5.1.4 CCS的使用　5.2 利用RTW-EC生成DSP目標(biāo)代碼　　5.2.1 RTW自動生成代碼的過程　　5.2.2 TI DSP原裝板的實時代碼生成　　5.2.3 代碼驗證　　5.2.4 代碼實時運行剖析　　5.2.5 堆棧分析　　5.2.6 TI C6416 DSK目標(biāo)板的應(yīng)用實例　　5.2.7 用戶自定義目標(biāo)板的應(yīng)用　　5.2.8 其他目標(biāo)板的應(yīng)用　5.3 MATLAB與CCS的交互式開發(fā)　　5.3.1 選定目標(biāo)板　　5.3.2 創(chuàng)建ticcs對象　　5.3.3 加載程序　　5.3.4 配置RTDX通道　　5.3.5 對RTDX鏈接對象進行操作　　5.3.6 關(guān)閉鏈接并清除RTDX通道　5.4 應(yīng)用實例　　5.4.1 視頻數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換(基于2009a版本)　　5.4.2 數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計方法與基于模型設(shè)計的比較第6章 基于模型的設(shè)計　6.1 傳統(tǒng)方法與基于模型設(shè)計過程的對比　6.2 DO-178B標(biāo)準(zhǔn)簡介　　6.2.1 什么是DO-178B標(biāo)準(zhǔn)　　6.2.2 Do-178B標(biāo)準(zhǔn)驗證要求　　6.2.3 Do-178B軟件生命周期　6.3 基于模型設(shè)計的工作流程　　6.3.1 建立需求文檔　　6.3.2 建立可執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范　　6.3.3 浮點模型　　6.3.4 需求與模型間的雙向跟蹤　　6.3.5 模型助手檢查　　6.3.6 模型驗證　　6.3.7 定點模型　　6.3.8 軟件在環(huán)測試　　6.3.9 處理器在環(huán)測試　　6.3.10 代碼與模型間的雙向跟蹤　　6.3.11 代碼優(yōu)化　　6.3.12 代碼有效性檢查　　6.3.13 代碼效率剖析　　6.3.14 內(nèi)存用量檢查　　6.3.15 硬件在環(huán)測試　　6.3.16 生成產(chǎn)品級代碼　6.4 需求分析及跟蹤　　6.4.1 根據(jù)需求建立系統(tǒng)模型　　6.4.2 建立需求與模塊問的關(guān)聯(lián)　　6.4.3 一致性檢查　6.5 模型檢查及驗證　　6.5.1 Model Advisol檢查　　6.5.2 System Test　　6.5.3 Design Verifiel　6.6 浮點轉(zhuǎn)定點模型　6.7 軟件在環(huán)測試　6.8 處理器在環(huán)測試　6.9 代碼跟蹤　6.10 硬件模型　　6.10.1 建立硬件模型　　6.10.2 模塊設(shè)置　6.11 代碼優(yōu)化及代碼生成　　6.11.1 子系統(tǒng)原子化　　6.11.2 優(yōu)化模塊庫　　6.11.3 指定芯片　　6.11.4 代碼檢查　　6.11.5 IDE環(huán)境下的代碼優(yōu)化　　6.11.6 工程選項及代碼生成　6.12 代碼有效性檢查　6.13 硬件測試　　6.13.1 建立PC端模型　　6.13.2 模塊參數(shù)設(shè)置　　6.13.3 硬件測試步驟　　6.13.4 代碼效率剖析　　6.13.5 內(nèi)存使用分析　6.14 邊緣檢測　　6.14.1 邊緣檢測原理　　6.14.2 基于模型設(shè)計的算法實現(xiàn)附錄 Embedded MATLAB支持的各函數(shù)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。對比傳統(tǒng)的編程語言，MATLAB可以更快地解決技術(shù)計算問題；廣泛地應(yīng)用于信號和圖像處理、通信、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多領(lǐng)域；附加的工具箱（MATLAB函數(shù)集）擴展了MATLAB環(huán)境，可用于解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。更重要的是，使用MATLAB編程或開發(fā)算法的速度將大大提高，這得益于MATLAB無須執(zhí)行諸如聲明變量、指定數(shù)據(jù)類型以及分配內(nèi)存等低級管理任務(wù)，例如很多情況下，用戶無須使用for循環(huán)。因此，一行MATLAB代碼經(jīng)常等效于幾行C／C++代碼。

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《基于模型的設(shè)計及其嵌入式實現(xiàn)》特點：《基于模型的設(shè)計及其嵌入式實現(xiàn)》是國內(nèi)第一部系統(tǒng)介紹基于模型設(shè)計的著作，主要內(nèi)容由作者及其團隊自主創(chuàng)作，很多內(nèi)容是首次在國內(nèi)的公開出版物中出現(xiàn)?！痘谀Ｐ偷脑O(shè)計及其嵌入式實現(xiàn)》可廣泛應(yīng)用于各種場合的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，特別適用于大型項目的開發(fā)，對實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造，建立創(chuàng)新型國家具有一定的推動作用。內(nèi)容精華在MATLAB環(huán)境中輕松地瀏覽MATLABCentral網(wǎng)頁，搜索您想尋找的技術(shù)資料眾多的MATLAB新功能介紹，讓您受益匪淺在可視化的環(huán)境中，使模型的功能驗證與嵌入式C代碼生成一氣呵成，避免重復(fù)勞動讓您把主要精力放在算法和測試用例的研究上，嵌入式C代碼交由計算機去自動生成滿足DO-178B航空電子規(guī)范的工作流程，讓您的C代碼更加高效、安全與可靠基于模型的設(shè)計是本世紀(jì)初開始流行的新技術(shù)，它代表著軟硬件發(fā)展的大方向動輒數(shù)百萬行、上千萬行的軟件代碼編程，基于模型的設(shè)計正是解決這些問題的絕好方案提高您的開發(fā)效率，開發(fā)時間與成本只占傳統(tǒng)方法的1／3-1／2，規(guī)避了潛在的市場風(fēng)險基于模型的設(shè)計是創(chuàng)造“新生事物”的最佳開發(fā)模式，F(xiàn)-35、A380等采用了這種技術(shù)《基于模型的設(shè)計及其嵌入式實現(xiàn)》可作為汽車電子、航天軍工、通信與電子信息、電力等領(lǐng)域的工程師從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)手冊，也可作為高校電子類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與基于模型設(shè)計的教材，另外也是一本MATLAB高級建模與模型驗證的參考書。

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