Simulink S-Function的使用（以串口接收MPU6050六軸陀螺儀參數為實例）

S-Function 允許使用自定義C/C++函數作為傳遞函數，具有可移植性。也可以同樣利用MATLAB函數進行相同的運算，看開發者熟悉程度而定。

項目流程

1. 由系統串口接收數據包。
2. 通過S-Function自定義函數解析數據包，得到數據集合。
3. 數據集合總線輸出，分為各部分數據進行可視化顯示。

串口接收

首先需要通過MPU6050數據手冊將其寄存器的各項輸出數據通過UART讀出，並將其處理為我們所需要的7項參數（加速度Accl. [X,Y,Z]，角加速度Gyro. [X,Y,Z]，溫度Temp）。
但是這不是本文的重點，因此本文假設已經處理好了上述數據，並且以字符打印的形式通過串口穩定輸出，（通過Rasberry Pico PI預處理）如下：

我們需要配置串口接收參數：

COM口以用戶本機分配為准

Serial Configuration配置如圖

Serial Receive配置如圖

注意，由於是以字符char接收，因此選擇類型為uint8，Data Size設置緩沖區大小，此處設為128為例。同樣可以設置數據包頭和數據包尾，我們此處不做設置。

當然，在實際項目中會以更高效率的數據包傳輸，此處僅為示例作用，因此選用字符接收。

S-Function函數示例

從Library Browser中找到User-Defined functions（用戶自定義函數），在系統仿真中這部分是較為常用的。

選擇S-Function Builder，雙擊點開面板。由於是面板端編輯，直接面向對象，邏輯更清晰，但是限制也較多。

填寫函數名，選擇語言C++，即可Build編譯。（初次需要按提示安裝MinGW-w64方可編譯，且安裝目錄不能帶空格）

注意到，編輯器里面有三個子函數，分別封裝S-Function的起始方程，輸出方程和終止方程，在本實例中僅用到輸出的封裝，其他功能請自行學習瀏覽官方示例。

void xxx_Start_wrapper(void);
void xxx_Outputs_wrapper(const real_T *u0, real_T *y0);
void xxx_Terminate_wrapper(void);

注意到，輸入輸出參數都是以數組指針的形式傳參的，帶const表示輸入參數，不可更改，不帶的即表示輸出參數，可更改。函數的目的是按次調用這三個子函數。
我們可以先調試好C++程序再整合。

在本實例中，輸入參數為大小為128*1的字符數組(uint8)，輸出參數為包括三個參數的總線(Bus:gyroData)，以結構體形式調用。

在自己工程文件中定義頭文件(structure.h)，用於類型的轉換和結構體的定義等，這部分內容是為了便於程序能在本地調試成功，而由於在Simulink中這部分內容已有定義，因此在Simulink的S-Function Builder中編譯的時候是需要將其之注釋掉的。
structure.h:

#ifndef _STRUCTURE_H
#define _STRUCTURE_H
typedef char uint8_T;
typedef short int16;

struct gyroData{
    int16_t accl[3], gyro[3];
    double temp;
};
#endif //_STRUCTURE_H

如果不注釋掉，在編譯時會由於變量類型沖突而編譯失敗。

在本地C++工程調試成功，即可移植。

調試成功后，將其移植至S-Function Builder中。
注意參數類型、維度都要一一匹配。需要用到的頭文件和引入文件也需要在include部分添加進來。

如果C++工程包含其他文件，將工程文件目錄添加至INC_PATH，注意文件目錄最好不要含有空格，否則再次打開時可能會產生修正而出錯。

點擊編譯，提示ERROR: Bus object for output port 1 gyroData does not exist in workspace，即：總線未被添加至工作區導致編譯失敗。

手動添加的辦法，即打開MODELING中的Bus Editor選項進行添加，注意總線名稱Object Name以及元素名稱，以及其類型、維度，均設置匹配。當然，也有通過代碼區更方便添加的辦法請自動查閱相關文檔。

添加后請將其保存為.mat文件方便日后直接將設置好的總線導入。

如果沒有問題，會顯示S-Function編譯成功。

這時，我們可以用S-Function模塊直接填寫函數名，直接調用，模塊會自動產生相應數目的輸入輸出端口，可以供檢查。
（雖然S-Function Builder也可直接使用）

這樣，我們的S-Function就編寫完成。

數據可視化

我們利用Bus Selector模塊進行對總線拆分，用Display模塊顯示文本（數組），用Scope模塊進行示波器圖像繪制，這些屬於基本操作，就不詳加敘述了。

這里提到一個調試的方法，即先使用靜態文本（此處用了字符串常量String Constant）進行調試，確認S-Function功能無誤即可接入動態數據進行觀察。

最后

文章末尾，附上相關的工程文件供參考。

• bus_gyroData.mat gyroData總線
• getGyroData___ 由S-Function生成的函數
• receive_test.slxc 接收端Simulink工作區面板
• gyroDataProcess 用於產生S-Function的C++文件

請訪問我的Github URL以下載：https://github.com/Chiron19/Simulink

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