1、前言

    對于程序開發(fā)和許多交互式應用來說，UNIX和Windows可以算是優(yōu)秀的操作系統(tǒng)。然而，它們都不適于實時應用。Tornado是美國WindRiver公司為用戶提供的嵌入式開發(fā)平臺，VxWorks是Tornado的運行期組件，也是嵌入式行業(yè)應用最為廣泛的實時操作系統(tǒng)。VxWorks的實時性做的非常好，其系統(tǒng)本身的開銷很小，任務調度、任務間通信和中斷處理等系統(tǒng)公用程序精煉而高效，他們造成的延遲很短。VxWorks提供的多任務機制對任務的控制采用了優(yōu)先級搶占調度和輪轉調度機制，也充分保證了可靠的實時性，使同樣的硬件配置能夠滿足更強的實時性要求，為應用的開發(fā)留下更大的余地。

    RTW（Real-Time Workshop）是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個重要的補充功能模塊，它是一個基于Simulink的代碼自動生出環(huán)境，它能直接從Simulink的模型中產生優(yōu)化的、可移植的和個性化的代碼，并根據(jù)目標配置自動生成多種環(huán)境下的程序。

    RTW提供了幾個快速原型化的目標，其中包括提供了從Simulink模型到VxWorks應用代碼的自動轉換接口Tornado Real-Time Target，可以讓用戶的模型在VxWorks上執(zhí)行。

    2、Tornado(VxWorks)實時目標運行時結構

    開發(fā)VxWorks實時應用系統(tǒng)的典型配置，如圖1所示：

圖1 VxWorks實時應用開發(fā)的經(jīng)典配置

    實時代碼在主機上，用Tornado提供的交叉編譯器編譯。通過RTW的Tornado實時目標生成目標文件(vxmodel.lo)，可通過Tornado集成開發(fā)環(huán)境的WindSh下載到VxWorks目標機。實時程序在VxWorks目標機上執(zhí)行，通過IO設備和外部硬件交換數(shù)據(jù)，并保持和主機之間的相互通信。

    實時程序運行在VxWorks目標機上，而Simulink運行在主機上。Simulink需要VxWorks目標機上運行的任務來處理通信過程。Tornado（VxWorks）Real-Time Tartget生成如下VxWorks任務：一個用于和Simulink通信，其他用于完成模型功能[2]。

    3、Tornado(VxWorks)實時目標的實現(xiàn)過程

    3.1 實驗環(huán)境

    我的實驗環(huán)境如下表：

表1 實驗環(huán)境

    3.2 實時目標的具體實現(xiàn)步驟

    為了通過Real-Time Workshop實現(xiàn)和運行一個基于VxWorks的實時程序，用戶可按如下的步驟進行：

    (1) 在Matlab/Simulink下建立一個模型，這里以一個經(jīng)典的PID模型為例：

圖2 實驗所采用的經(jīng)典PID模型

    模型采用外部工作模式（External Mode），并設置Simulink Parameters對話框中的參數(shù)：

圖3 仿真參數(shù)Solver設置

圖4 仿真參數(shù)Real-Time Workshop設置

圖5 仿真參數(shù)code generation options設置

(2) 配置模板聯(lián)編連文件tornado.tmf，該文件位于%matlabroot%/rtw/c/tornado目錄下，要對這個文件作如下修改：

    #------------ Macros read by make_rtw -------------
    MAKECMD = C:Tornado2.2hostx86-win32 inmake
    HOST = PC
    #-------------Tool Locations-----------------------------
    WIND_BASE= C:Tornado2.2
    WIND_REGISTRY=$(COMPUTERNAME)
    WIND_HOST_TYPE=x86-win32
    #------------Vxworks Configuration------------------
    VX_TARGET_TYPE = pentium
    CPU_TYPE = PENTIUM2
    #-------------Macros for Downloading to Target-----
    TARGET=target
    TGTSVR_HOST=host
    VX_CORE_LOC    = $(WIND_BASE)/target/config/ pcPentium3/vxWorks

    (3) 程序的生成、編譯、連接

    設置完參數(shù)，保存后，開始創(chuàng)建程序，單擊上圖中的Build按鈕，開始編譯程序，成功后可在當前的目錄中產生了一個vxmodel_tornado_rtw的文件夾和一個目標文件vxmodel.lo。

    (4) 手動下載和運行可執(zhí)行文件

    現(xiàn)在可以將實時程序下載到目標機中，具體的方法是在Tornado集成開發(fā)環(huán)境中啟動WindSh，在WindSh窗口執(zhí)行如下命令：

    ld<vxmodel.lo

    請注意要保證lo文件在WindSh的工作路徑下。VxWorks實時程序定義了一個函數(shù)rt_main()，用來創(chuàng)建和執(zhí)行模型代碼、完成與Simulink的通信（如果選擇了外部模式方式）。rt_main函數(shù)在文件rt_main.c中定義，這個文件位于目錄%matlabroot% twc ornado中。

    在WindSh窗口中調用rt_main函數(shù)，開始運行程序：sp(rt_main,vxmodel,"-tf 100 -w ","*",0,30,17725)

    參數(shù)的含義分別是：

    rt_main()是實時程序定義的函數(shù)，用來產生任務執(zhí)行代碼和與Simulink進行通信；?
    -tf用于指定仿真時間，此處設為100秒；?
    -w表示在外部模式時，運行前等待來自Simulink消息的觸發(fā)；?
    “*”為安裝所有的信號；?
    0表示使用各自的模塊名；?
    30表示使用默認作為tBaseRate優(yōu)先級；?
    17725為TCP默認端口號（可以設置在256~65535之間）。?

    運行后我們可以看到目標機上的屏幕上顯示：
    waiting for start message from host

    (5) 建立連接

    在External Target Interface對話框中的MEX-file arguments指定目標機的IP、冗長度和TCP端口號，如圖6所示，就可以建立連接了。

圖6 External Target Interface對話框設置

    打開External Mode Control Panel，如圖7所示。點擊Connect按鈕，執(zhí)行Start real-time code，可以看到Scope上的圖形輸出。此時，可以改變模型的參數(shù)（如增益的數(shù)值），參數(shù)下載后Scope的曲線將隨之改變。仿真時間結束以后，可以看到產生了一個external.mat文件，由目標機會傳到主機，放在Tornado的安裝根目錄下。

圖7 External Mode Control Panel對話框

    4、結論

    針對Matlab的仿真特性和VxWorks操作系統(tǒng)的實時特點，本文介紹了RTW面向Tornado(VxWorks)實時目標的運行結構，并且較為詳細的闡述了Tornado(VxWorks)實時目標的具體實現(xiàn)流程，實現(xiàn)了Simulink在Tornado(VxWorks)實時目標下的仿真。

    在結合相關文檔的同時，筆者加入了親身實驗的經(jīng)驗，增補了一些必要的內容，完善了實驗的具體步驟，降低了為讀者今后實驗的調試難度