一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法
专利汇可以提供一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的一种基于仿真 软件 Simulink实时扩展RTX的 飞行器 实时仿真程序的编程方法，Simulink可以在普通计算机上运行，避免了使用专用仿真计算机和专用编程工具所带来的价格昂贵和使用专用仿真计算机及其编程工具给编程工作带来的不便因素。Simulink利用图形模 块 化编程方法，内置共享的图形模块，用户根据需要直接调用库中的图形模块，插入到程序当中，快速编程。Simulink的RTX是一个直接面向 硬件 的功能模块，它绕开了视窗 操作系统 的 进程 ，为程序提供了实时运行环境。本发明提供了在普通计算机上编制飞行器实时仿真程序的方法，提高效率，程序兼容性好， 费用 低，方便工作。，下面是一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法专利的具体信息内容。
1.一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：开发基于RTX的程序：
安装RTX，在其可视化编程工具（Visual Studio）集成开发环境中，有开发RTX软件的实时扩展应用程序编程向导（RTX AppWizard），使用该向导，设置所需的应用程序框架，包括定时器、中断、事件管理、端口输入输出及RTX动态链接库，在该框架基础上添加程序代码，编译链接后生成RTX应用程序；
步骤二：基于MATLAB的Simulink的仿真建模：
（1）用Simulink仿真建模：
Simulink采用图形模块化、交互式操作方式，建模时使用鼠标拖放不同模块库中所需要的功能模块图标，并将它们连接起来，创建仿真模型，在仿真组件（Simulink）中，使用鼠标拖放不同模块库中所需要的功能模块图标，将它们连接起来，创建仿真模型，设置模型名为model；
（2）编写S-函数
用C语言编写MEX文件的S-函数，实现仿真程序与硬件接口的联接，包括回调函数：
mdlInitializeConditions(); //初始化状态变量；
mdlOutputs (); //数据输出；
mdlUpdate(); //更新离散状态；
mdlDerivatives (); //求导数；
mdlZeroCrossings (); //过零检查；
打开MATLAB提供的用C语言编写MEX文件的S-函数的模板文件sfuntmpl_doc.c，分析该文件定义的各回调函数的结构和详细注释，参考模板文件中各回调函数的注释和结构，编写S-函数；
（3）生成C语言代码
设置图形模块化的仿真模型，包括：（a）设定仿真模型的内部参数，包括积分项的初始条件等；（b）设定Simulink仿真参数，通过Simulation/Configuration Parameters菜单设置，设定开始时间、终止时间、求解器；（c）设定RTW代码，指定RTW系统目标文件、模板联编文件和联编命令文件；
将RTW生成文件设置为grt.tlc，模板联编文件和联编命令文件保持默认设置，各项参数设置完后，点击“Build”按钮，生成C语言代码，生成的C语言代码文件默认保存在MATLAB安装目录下的 work\model_grt_rtw 目录下，所述del为用户自定义的仿真模型名称；
用VC++6.0软件打开位于MATLAB安装目录下的 work\model_grt_rtw \model.mak 文件，创建一个Win32控制台（Win32 Console Application）类型的工程，此工程在安装目录MATLABROOT\rtw\c\libsrc\下，包括C源文件和头文件，这些C源文件提供了模型运行中的函数支持，此工程的主文件在MATLABROOT\rtw\c\grt目录下，文件名称为 grt_main.c；
步骤三：实时性改造和移植C语言程序代码：
（1）分析仿真模型转化的C语言程序代码结构
分析Simulink的图形模块化的仿真模型转化的C语言程序代码即grt_main.c和
model.c文件，仿真程序包括三部分：（a）初始化部分，由模型函数MODEL()、初始参数的个数函数MdlInitializeSizes()、 采样时间函数MdlInitializeSampleTimes()、启动函数MdlStart()函数组成；（b）帧循环部分，找到并实时处理帧循环部分单步仿真函数rt_OneStep()，及其包含的数据输出函数MdlOutputs()、更新状态函数MdlUpdate()函数；
（c）仿真结束处理部分，结束函数为dlTerminate()，对初始化部分和仿真结束处理部分的数据记录、清理都不作实时处理；
（2）构建实时仿真程序
RTX实时仿真程序采用Win32进程与RTSS进程相结合的方法，将全部仿真程序包括初始化、帧循环、仿真结束处理都放在RTSS进程运行，代码包括：
RtOpenSharedMemory() //调用打开由Win32进程创建的共享内存，并映射指针变量
Initialize global memory: //初始化全局变量
memset(&GBLbuf, 0, sizeof(GBLbuf));//设置内存变量
Initialize the model: //初始化模型数据空间
rt_InitInfAndNaN();
S = MODEL();
MdlInitializeSizes(); //设置输入/输出/状态/参数的个数
MdlInitializeSampleTimes(); //设置采样时间
rt_SimInitTimingEngine(); //开始计时
rt_CreateIntegrationData(); //积分
MdlStart(); //启动
RtCreateTimer(); //创建定时器
RtSetTimerRelative(); //设置定时周期，开始仿真帧循环
rt_OneStep(S); //单步仿真
MdlTerminate(); //仿真结束
Win32进程仅负责共享内存的创建、RTSS进程的载入，负责RTSS仿真过程的控制及仿真结果的显示功能，并通过共享内存向RTSS进程发送控制命令、读RTSS仿真数据及状态信息，包括：
RtCreateSharedMemory(); //创建的共享内存，共享内存初始化，映射指针变量；
CreateProcess(); //运行RTSSRUN，载入并运行RTSS进程；
RtUnmapSharedMemory(); //释放共享内存；
return(EXIT_SUCCESS); //反馈仿真过程完成状况；
将经过实时性改造的代码移植到基于RTX的仿真程序框架结构中；
（3）建立RTSS工程
用VC++6.0软件创建一个实时子系统（RTSS）应用（Application）类型的工程，在该工程中加入实时工作间（RTW）生成的代码文件，将主程序文件替换为MATLAB的grt_main.c文件，然后对该文件代码进行修改，修改的内容有：（a）在main()函数中加入创建共享内存函数RtOpenSharedMemory()，用于打开由Win32主程序建立的共享内存；（b）调用定时器函数RtCreateTimer()和 设置时间间隔函数RtSetTimerRelative()，创建定时器并设置时间间隔即帧周期；（c）编写定时器回调函数代码，将单步仿真程序rt_OneStep()移到该函数中；（d）去掉原代码中帧循环部分，改为检查共享内存中控制命令字节程序；（e）删除原程序中有关显示及数据记录的函数；（f）将该工程编译连接后生成可执行文件，扩展名为.rtss；
（4）建立Win32工程
用VC++6.0软件建立Win32中控制台或微软基础类（简写为MFC）类型的Win32工程，加入以下程序代码：（a）调用 RtCreateSharedMemory()函数创建共享内存，进行共享内存的初始化；（b）通过CreateProcess()函数运行RTSSrun程序，载入并运行由RTSS工程生成的.rtss程序；（c）查询共享内存的RTSS状态字节，等待RTSS进程的“就绪”状态，然后写“允许仿真”命令；（d）进入帧循环阶段，读共享内存，存储、显示仿真过程的有关数据；（e）设置“结束仿真”命令；（f）仿真结束，存储数据，调用RtUnmapSharedMemory()函数释放共享内存。
一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真
程序的编程方法
技术领域
背景技术
发明内容
（3）实时扩展（Real Time Extension，简写为：RTX）属于视窗操作系统（Windows）内扩展的实时功能模块，是直接面向硬件系统的功能模块，为程序提供了实时环境，支持程序实时运行；
本发明提供的一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法，包括步骤如下：
步骤一：开发基于RTX的程序：
安装RTX，在其可视化编程工具（Visual Studio）集成开发环境中，有开发RTX软件的实时扩展应用程序编程向导（RTX AppWizard），使用该向导，设置所需的应用程序框架，包括定时器、中断、事件管理、端口输入输出及RTX动态链接库，在该框架基础上添加程序代码，编译链接后生成RTX应用程序；
步骤二：基于MATLAB的Simulink的仿真建模：
（1）用Simulink仿真建模：
Simulink采用图形模块化、交互式操作方式，建模时使用鼠标拖放不同模块库中所需要的功能模块图标，并将它们连接起来，创建仿真模型，在仿真组件（Simulink）中，使用鼠标拖放不同模块库中所需要的功能模块图标，将它们连接起来，创建仿真模型，设置模型名为model；
（2）编写S-函数
用C语言编写MEX文件的S-函数，实现仿真程序与硬件接口的联接，包括回调函数：
mdlInitializeConditions(); //初始化状态变量；
mdlOutputs (); //数据输出；
mdlUpdate(); //更新离散状态；
mdlDerivatives (); //求导数；
mdlZeroCrossings (); //过零检查；
打开MATLAB提供的用C语言编写MEX文件的S-函数的模板文件sfuntmpl_doc.c，分析该文件定义的各回调函数的结构和详细注释，参考模板文件中各回调函数的注释和结构，编写S-函数；
（3）生成C语言代码
设置图形模块化的仿真模型，包括：（a）设定仿真模型的内部参数，包括积分项的初始条件等；（b）设定Simulink仿真参数，通过Simulation/Configuration Parameters菜单设置，设定开始时间、终止时间、求解器；（c）设定RTW代码，指定RTW系统目标文件、模板联编文件和联编命令文件；
将RTW生成文件设置为grt.tlc，模板联编文件和联编命令文件保持默认设置，各项参数设置完后，点击“Build”按钮，生成C语言代码，生成的C语言代码文件默认保存在MATLAB安装目录下的 work\model_grt_rtw 目录下，所述del为用户自定义的仿真模型名称；
用VC++6.0软件打开位于MATLAB安装目录下的 work\model_grt_rtw \model.mak 文件，创建一个Win32控制台（Win32 Console Application）类型的工程，此工程在安装目录MATLABROOT\rtw\c\libsrc\下，包括C源文件和头文件，这些C源文件提供了模型运行中的函数支持，此工程的主文件在MATLABROOT\rtw\c\grt目录下，文件名称为 grt_main.c；
步骤三：实时性改造和移植C语言程序代码：
（1）分析仿真模型转化的C语言程序代码结构
分析Simulink的图形模块化的仿真模型转化的C语言程序代码即grt_main.c和
model.c文件，仿真程序包括三部分：（a）初始化部分，由模型函数MODEL()、初始参数的个数函数MdlInitializeSizes()、 采样时间函数MdlInitializeSampleTimes()、启动函数MdlStart()函数组成；（b）帧循环部分，找到并实时处理帧循环部分单步仿真函数rt_OneStep()，及其包含的数据输出函数MdlOutputs()、更新状态函数MdlUpdate()函数；
（c）仿真结束处理部分，结束函数为dlTerminate()，对初始化部分和仿真结束处理部分的数据记录、清理都不作实时处理；
（2）构建实时仿真程序
RTX实时仿真程序采用Win32进程与RTSS进程相结合的方法，将全部仿真程序包括初始化、帧循环、仿真结束处理都放在RTSS进程运行，代码包括：
RtOpenSharedMemory() //调用打开由Win32进程创建的共享内存，并映射指针变量
Initialize global memory: //初始化全局变量
memset(&GBLbuf, 0, sizeof(GBLbuf));//设置内存变量
Initialize the model: //初始化模型数据空间
rt_InitInfAndNaN();
S = MODEL();
MdlInitializeSizes(); //设置输入/输出/状态/参数的个数
MdlInitializeSampleTimes(); //设置采样时间
rt_SimInitTimingEngine(); //开始计时
rt_CreateIntegrationData(); //积分
MdlStart(); //启动
RtCreateTimer(); //创建定时器
RtSetTimerRelative(); //设置定时周期，开始仿真帧循环
rt_OneStep(S); //单步仿真
MdlTerminate(); //仿真结束
Win32进程仅负责共享内存的创建、RTSS进程的载入，负责RTSS仿真过程的控制及仿真结果的显示功能，并通过共享内存向RTSS进程发送控制命令、读RTSS仿真数据及状态信息，包括：
RtCreateSharedMemory(); //创建的共享内存，共享内存初始化，映射指针变量；
CreateProcess(); //运行RTSSRUN，载入并运行RTSS进程；
RtUnmapSharedMemory(); //释放共享内存；
return(EXIT_SUCCESS); //反馈仿真过程完成状况；
将经过实时性改造的代码移植到基于RTX的仿真程序框架结构中；
（3）建立RTSS工程
用VC++6.0软件创建一个实时子系统（RTSS）应用（Application）类型的工程，在该工程中加入实时工作间（RTW）生成的代码文件，将主程序文件替换为MATLAB的grt_main.c文件，然后对该文件代码进行修改，修改的内容有：（a）在main()函数中加入创建共享内存函数RtOpenSharedMemory()，用于打开由Win32主程序建立的共享内存；（b）调用定时器函数RtCreateTimer()和 设置时间间隔函数RtSetTimerRelative()，创建定时器并设置时间间隔即帧周期；（c）编写定时器回调函数代码，将单步仿真程序rt_OneStep()移到该函数中；（d）去掉原代码中帧循环部分，改为检查共享内存中控制命令字节程序；（e）删除原程序中有关显示及数据记录的函数；（f）将该工程编译连接后生成可执行文件，扩展名为.rtss；
（4）建立Win32工程
用VC++6.0软件建立Win32中控制台或微软基础类（简写为MFC）类型的Win32工程，加入以下程序代码：（a）调用 RtCreateSharedMemory()函数创建共享内存，进行共享内存的初始化；（b）通过CreateProcess()函数运行RTSSrun程序，载入并运行由RTSS工程生成的.rtss程序；（c）查询共享内存的RTSS状态字节，等待RTSS进程的“就绪”状态，然后写“允许仿真”命令；（d）进入帧循环阶段，读共享内存，存储、显示仿真过程的有关数据；（e）设置“结束仿真”命令；（f）仿真结束，存储数据，调用RtUnmapSharedMemory()函数释放共享内存。
具体实施方式
（2）视窗操作系统（Windows）是面向对象的操作系统，没有实时性；
（3）实时扩展（Real Time Extension，简写为：RTX）属于视窗操作系统（Windows）内扩展的实时功能模块，是直接面向硬件系统的功能模块，为程序提供了实时环境，支持程序实时运行；
一种基于仿真软件Simulink实时扩展RTX的飞行器实时仿真程序的编程方法，包括步骤如下：
步骤一：开发基于RTX的程序：
RTX的应用程序编程接口（Application Programming Interface，简写为：API）是基于视窗操作系统（Windows）32位环境的应用程序接口，也称为Win32应用程序，使开发者能够利用Win32开发经验、现有代码、开发工具来编写实时运行的程序，Win32和实时子系统（Real Time Sub-system，简写为：RTSS）都支持RTX的应用程序编程接口API ， RTX的应用程序编程接口API包含Win32 的应用程序编程接口API的部分函数，称为实时扩展应用程序编程接口（简称RTX API） 的函数集。
RTW）组件为开发实时仿真软件提供了有效的技术途径。
Simulink采用图形模块化、交互式操作方式，建模时使用鼠标拖放不同模块库中所需要的功能模块图标，并将它们连接起来，创建仿真模型，从而使复杂、繁琐的仿真模型设计问题简单化，还可以把若干功能块组合成子系统，建立起分层的、多级的复杂仿真模型，使仿真模型的组成结构清晰、明了，逻辑关系易读，提高了仿真建模的效率和质量。
S-函数是采用计算机编程语言的方式描述的一个功能模块，它是Simulink建模的有力扩充，它提供了增强和扩展Simulink功能的强大机制，同时也是使用RTW实现仿真的关键，在用户使用Simulink建模时，S-函数的编写方法同其它功能模块一样，可以采用MATLAB、C、C++、FORTRAN以及Ada等高级语言编写；
S-函数有两种类型，一种是M文件的S-函数， 用ATLAB语言来编写，所述M文件是TLAB中的命令文件、脚本文件；另一种是MEX文件的S-函数，用C、C++、Ada 或 Fortran 语言编写编译而成，所述MEX文件是MATLAB中用高级语言编写的衍生程序；用C语言编写MEX文件的S-函数是符合特定语法结构的回调函数：
mdlInitializeConditions(); //初始化状态变量；
mdlOutputs (); //数据输出；
mdlUpdate(); //更新离散状态；
mdlDerivatives (); //求导数；
mdlZeroCrossings (); //过零检查；
每个回调函数都对应着一个预先指定的具体任务，各个回调函数在总仿真程序中所处的位置如图2所示。
（1）分析仿真模型转化的C语言程序代码结构
分析Simulink的图形模块化的仿真模型转化的C语言程序代码即grt_main.c和
model.c文件，可以发现，仿真程序的流程如图3所示，仿真程序的流程包括三部分：（a）初始化部分，由模型函数MODEL()、初始参数的个数函数MdlInitializeSizes()、 采样时间函数MdlInitializeSampleTimes()、启动函数MdlStart()函数组成；（b）帧循环部分，是单步仿真函数rt_OneStep()，该函数包含了数据输出函数MdlOutputs()、更新状态函数MdlUpdate()函数；（c）仿真结束处理部分，结束函数为dlTerminate()，其中，需要实时处理的部分只有帧循环部分单步仿真函数rt_OneStep()及其包含数据输出函数MdlUpdate()、更新状态函数MdlOutput()，初始化部分和仿真结束处理部分的数据记录、清理工作都不需要实时处理。
RtOpenSharedMemory() //调用打开由Win32进程创建的共享内存，并映射指针变量；
Initialize global memory: //初始化全局变量；
memset(&GBLbuf, 0, sizeof(GBLbuf));//设置内存变量；
Initialize the model: //初始化模型数据空间；
rt_InitInfAndNaN();
S = MODEL();
MdlInitializeSizes(); //设置输入/输出/状态/参数的个数；
MdlInitializeSampleTimes(); //设置采样时间；
rt_SimInitTimingEngine(); //开始计时；
rt_CreateIntegrationData(); //积分；
MdlStart(); //启动；
RtCreateTimer(); //创建定时器；
RtSetTimerRelative(); //设置定时周期，开始仿真帧循环；
rt_OneStep(S); //单步仿真；
MdlTerminate(); //仿真结束；
RTSS进程独立运行全部仿真程序，并通过共享内存接收Win32进程的控制命令及参数，用定时器控制帧周期，在完成每一帧的计算后，将仿真结果存入共享内存，供Win32进程读取显示。
CreateProcess(); //运行RTSSRUN，载入并运行RTSS进程；
RtUnmapSharedMemory(); //释放共享内存；
return(EXIT_SUCCESS); //反馈仿真过程完成状况；
如图4所示，将经过实时性改造及代码移植后到基于RTX的仿真程序框架结构中。
（c）查询共享内存的RTSS状态字节，等待RTSS进程的“就绪”状态，然后写“允许仿真”命令；
（d）进入帧循环阶段，读共享内存，存储、显示仿真过程的有关数据；（e）设置“结束仿真”命令；（f）仿真结束，存储数据，调用RtUnmapSharedMemory()函数释放共享内存。
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