一种基于代码生成的驱动封装和通信机制制造技术

本发明专利技术公开了一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，包括总线式的板卡驱动配置和通讯机制、实时操作系统任务调度机制、对象接口的Simulink图形化封装方法、代码生成机制。通过总线式的板卡驱动配置和通讯机制可使对象系统具备良好的可扩展性，便于系统的功能扩展以及后期的维护与升级；建立实时操作系统任务调度机制可保证驱动配置及通讯的快速性实时性，MATLAB/Simulink中图形化的接口模型便于对系统的开发和逻辑理解；通过利用快速原型代码生成技术将接口模型直接转化为代码可以大大降低对象软件的开发难度和开发周期，有效地提高仿真软件的可靠性。本发明专利技术能够使用于各类基于内部总线的对象系统图形化接口的构建，能够在有效降低对象系统开发难度和开发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种基于代码生成的驱动封装和通信机制
本专利技术涉及一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，具体涉及到总线式的板卡驱动配置和通讯机制、实时操作系统任务调度机制、对象接口的Simulink图形化封装方法、代码生成实现。
技术介绍
基于代码生成的驱动封装和通信机制是快速原型开发过程中的重要机制，在实际对象例如仿真系统，飞控系统等的图形化快速原型开发过程中占据重要作用。设计和开发基于代码生成的驱动封装和通信机制的目的是为了在对象系统的研制过程中，不需关心底层代码，将工作重点集中在算法开发中。随着各类对象系统的不断发展，其更新换代需要十分迅速，这要求开发速度能够适应这种快速的发展。而且在实际开发过程中若硬件不匹配需求，若重新开发新的接口硬件或CPU将浪费大量的时间和成本。为了解决这些问题，就要求系统在具备基本功能之外，还应具备较强的可扩展性、可维护性以及快速开发性。随着系统复杂度的增大，传统集成式硬件结构和手工编码的软件开发方式已经越来越难以满足这些需求，因为集成式的硬件结构不利于系统硬件和接口的扩展，而手工编码的软件开发方式不仅需要消耗大量的开发和调试时间，并且容易引入程序错误。采用总线式的硬件结构和快速原型的设计方法可以有效解决这些问题。因为，采用总线式硬件结构时，各个功能板卡与CPU之间都通过标准的总线进行通信，可以方便地实现硬件设备和接口的扩展，而利用快速原型技术进行仿真软件的开发则可以通过将仿真模型直接生成可执行的C代码，从而避免手工编码方式存在的问题。同时，采用基于代码生成的驱动封装和通信机制可以灵活地运用于各类硬件上，硬件通过使用此机制形成逻辑的图形化模块并可代码生成，不仅提高了实际开发过程中的硬件更换效率成本，大大增加了硬件选择面，而不必执着于传统的xpc，也能提高总代码的代码生成率，使得系统具备强大的扩展性、可维护性和快速开发性。
技术实现思路
为了解决传统快速原型代码生成开发过程中底层驱动的图形化逻辑和代码生成问题，本专利技术提出了一种具有良好可扩展性，能够快速开发和维护的基于代码生成的驱动封装和通信机制。本专利技术的驱动封装和通信机制的适用于所有的对象系统的开发，可重复应用于对象系统的快速原型代码生成开发过程。设计方法可分为四大部分，第一，在设计板卡驱动配置和通讯机制时，采用总线式的软硬件结构；第二，在进行配置和通讯任务设计时，采用实时操作系统任务调度机制。第三，在对象接口的Simulink图形化封装设计时，采用C-mexsfunction和Mask工具；第四，利用快速原型技术将建立好的数学模型和驱动接口自动生成代码，完成软件的开发。本专利技术的对象系统硬件结构采用不限类型的总线结构，对象计算机的CPU单元板卡、串口数据功能板卡、模拟量采集和输出功能板卡、数字量输入输出功能板卡以及1553B功能板卡都采用总线进行通信，仿真计算机总线结构的构建方法包括以下几个步骤：步骤1：设计CPU单元板卡的总线硬件接口；步骤2：设计各个功能板卡的总线硬件接口和可供CPU总线通讯调用的驱动接口；步骤3：设计对象计算机的总线板卡。本专利技术的对象系统任务调度机制采用实时操作系统任务调度机制，通过实时任务进行接口板卡的配置和通讯，实时操作系统任务调度机制的构建方法包括以下几个步骤：步骤1：选择CPU的实时操作系统，并创建可重配置任务和通讯任务；步骤2：设计配置和通讯逻辑；步骤3：设计配置和通讯互斥保护逻辑。本专利技术的对象接口的Simulink图形化封装设计包括网口模块、串口模块、DIO模块、PWM模块、脉冲模块、AIO模块、1553B模块等，以及各个模块的模型接口规范等，主要包括以下几个步骤：步骤1：根据各类型板卡建立对应的配置参数和通讯参数表；步骤2：使用MASK工具根据表格自动生成相应的模块界面；步骤3：编写相应的C-mexsfunction给相应模块调用以及tlc文件用于代码生成；步骤4：编写Stateflow进行参数和数据传递，形成接口；步骤5：编写回调函数将上述功能整合成模块；步骤6：编写m函数将模块封装进库中；本专利技术的软件快速实现包括快速原型模型的配置、模型优化和代码自动生成等，主要包括以下几个步骤：步骤1：设置模型解算算法和解算步长；步骤2：对模型从内存使用量和代码执行效率两个方面进行优化；步骤3：设置模型的目标系统的目标语言编译文件；步骤4：编写模板联编文件，指导模型的编译过程；步骤5：编译模型，将模型转化为代码，然后将生成的代码编译链接生成可在选定的操作系统上运行的软件可执行程序。本专利技术实现了总线式计算机的接口图形化配置通讯及其代码生成功能，在CPU单元板上通过主流厂商的可运行各类实时操作系统的嵌入式CPU，以及主流厂商的总线控制器芯片；在串口数据、模拟量采集和输出、数字量输入输出以及1553B等各类功能板卡上分别利用主流厂商的总线控制器芯片；通过采用底板加标准插槽结构的总线板卡将所有板卡都挂接在总线上。本专利技术利用总线通讯传参和中断机制，在接口板卡上实现接口驱动的配置和通讯，通过“握手协议”实现接口配置和通讯的安全性和可靠性。本专利技术CPU板卡上利用实时操作系统的任务调度，通过优先级抢占实现接口配置和通讯任务的实时性。本专利技术构建了对象系统的代码生成模型，在MATLAB/Simulink环境下用图形化的simulink模块、Stateflow以及S-Function模块建立了接口板卡的图形化接口模型，对各个模型模块的输入输出接口进行了统一的规范和管理。本专利技术利用快速原型技术自动实现了仿真软件的构建，通过“存储空间重用”和“参数内联化”方法对模型生成代码的内存使用量进行了优化，通过“使能子系统”和“参数内联化”方法对模型生成代码的执行效率进行了优化。本专利技术通过目标语言编译器文件和模板联编文件的设置和编写，指导和控制了模型自动生成代码的过程，将对象系统的接口配置和通讯模型自动转化为可在各类实时操作系统上运行的软件可执行程序。有益效果：本专利技术通过使用总线式的对象计算机硬件结构可以提高仿真系统的可扩展性，便于系统的功能扩展和后期维护和升级；通过建立符合相应驱动的封装模块和通讯任务，提高快速原型代码生成的代码生成率，去除反复的底层驱动代码修改，使得任务接口板卡都可以使用总线为媒介进行图形化配置和通讯；通过建立对象系统的快速原型模型可以对软件的功能进行初步的仿真验证，图形化的模型结构也便于对软件功能和逻辑的理解和维护；利用快速原型技术将建立完成的对象系统直接转化为代码可以大大降低软件的开发难度和开发周期，有效提高软件的可靠性。附图说明图1为对象系统采用CAN总线式硬件结构示意图；图2为CPU单元板卡CAN总线实现结构示意图；图3为接口板卡配置逻辑；图4为板卡接口配置和通讯互斥逻辑；图5为板卡接口封装流程；图6为接口模块封装进库中样例；图7为封装模块内部模型；图8为对象系统软件快速原型实现过程示意图。具体实施方式本实例中的基于代码生成的总线式对象系统图形化接口的构建方法，包括总线式的板卡驱动配置和通讯机制设计、对象系统实时操作系统任务调度的构建、对象接口的Simulink图形化封装以及对象软件的快速原型实现四个部分。具体构建方法如下：1、总线式的板卡驱动配置和通讯机制设计对象系统采用总线式硬件结构，以CAN总线举例，如附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，其特征在于，包括：第一部分：在设计板卡驱动配置和通讯机制时，采用总线式的软硬件结构；第二部分：在进行配置和通讯任务设计时，采用实时操作系统任务调度机制；第三部分：在对象接口的Simulink图形化封装设计时，采用C‑mex sfunction和Mask工具；第四部分：利用快速原型技术将建立好的数学模型和驱动接口自动生成代码，完成软件的开发。

【技术特征摘要】
1.一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，其特征在于，包括：第一部分：在设计板卡驱动配置和通讯机制时，采用总线式的软硬件结构；第二部分：在进行配置和通讯任务设计时，采用实时操作系统任务调度机制；第三部分：在对象接口的Simulink图形化封装设计时，采用C-mexsfunction和Mask工具；第四部分：利用快速原型技术将建立好的数学模型和驱动接口自动生成代码，完成软件的开发。2.根据权利要求1所述的一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，其特征在于，所述第一部分包括如下步骤：步骤1.1：设计CPU单元板卡的总线硬件接口；步骤1.2：设计各个功能板卡的总线硬件接口和可供CPU总线通讯调用的驱动接口；步骤1.3：设计对象计算机的总线板卡。3.根据权利要求1所述的一种基于代码生成的驱动封装和通信机制，其特征在于，所述第二部分包括如下步骤：步骤2.1：选择CPU的实时操作系统，并创建可重配置任务和通讯任务；步骤2.2：设计配置和通讯逻辑；步骤2.3：设计配置和通讯互斥保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈欣，沈佳明，李春涛，杨启帆，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32