編寫(xiě)代碼太累？試試基于模型的設計

　　前一陣參加了MathWorks公司一個(gè)關(guān)于基于模型的設計的講座，先介紹了基于模型的設計model based design，然后是親自動(dòng)手體驗;感覺(jué)很有意義，特別是其中的自動(dòng)代碼生成，所以在此和大家分享一下。

　　聽(tīng)起來(lái)，自動(dòng)生成代碼好像是專(zhuān)門(mén)為不想多動(dòng)手的工程師準備的工具。其實(shí)，自動(dòng)代碼生成最早是做為基于模型的設計方法的一部分提出的。一般情況下，嵌入式系統軟件的開(kāi)發(fā)分為需求定義、功能設計、代碼編寫(xiě)和測試等幾個(gè)階段，測試、找bug和解決bug往往要花費很多的精力，特別是越是隱藏的深的bug越難發(fā)現和解決，隱患也很大。所以每次在傳統方法下發(fā)現和解決bug造成的發(fā)布延時(shí)都會(huì )造成整個(gè)修復成本的指數級上升。而采用基于模型的設計，則可以在設計的早期通過(guò)仿真等手段保證模型的正確性，例如在仿真環(huán)境下，我們的模型能夠完全實(shí)現我們的意圖，然后自動(dòng)代碼生成和驗證就是水到渠成的問(wèn)題了。

　　其次，基于模型的設計在復雜和非常復雜的系統中特別有意義。他們舉了幾個(gè)例子，例如在高檔的汽車(chē)上，全部代碼預估已經(jīng)達到千萬(wàn)行、甚至兩千萬(wàn)行的級別了，這么多代碼要是靠手工編寫(xiě)和測試，首先需要幾十個(gè)幾百個(gè)人的編程和測試團隊不說(shuō)，光是溝通的效率就很難保證了;基于模型的設計方法則可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。目前在汽車(chē)行業(yè)，這種模式已經(jīng)成為主流的開(kāi)發(fā)方法了，在航空航天等領(lǐng)域也得到了很廣泛的應用，例如著(zhù)名的F-22戰斗機和“好奇號”火星車(chē)都使用了基于模型的設計方法。例如講座中提到，火星車(chē)的開(kāi)發(fā)中，使用了380000次仿真，這要是按照傳統的測試方法去一遍遍做，估計整個(gè)團隊都要吐血身亡了。

　　此外，開(kāi)發(fā)一個(gè)復雜系統要花費大量的時(shí)間，新系統開(kāi)發(fā)時(shí)從現有系統中復用現有的代碼是省事實(shí)力的?；谀Ｐ偷脑O計方法因為使用模型參考調用的方法引用子系統，所以代碼的移植和復用非常方便。例如例如講座中提到，F35戰斗機有A、B、C三種型號，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以重復使用的系統設計模型就顯著(zhù)提高了開(kāi)發(fā)效率。

　　接下來(lái)講講我所理解的基于模型設計的開(kāi)發(fā)過(guò)程：

　　1. 系統需求

　　不管用啥開(kāi)發(fā)方法，最終要完成的系統是一樣的，所以系統需求并沒(méi)有什么顯著(zhù)區別。只不過(guò)Simulink開(kāi)發(fā)工具可以在建模中將模型與需求文檔進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便快速查看模型功能與需求文檔之間是否有偏差。

　　2. 建模

　　就是在Simulink環(huán)境中把我們需要的功能用模塊搭建起來(lái)，例如控制系統、通信系統等，基于圖形化的編程還是較為直觀(guān)和容易的，并且仿真測試很快就能得到結果了。

　　3. 代碼生成

　　模型有了，這一步就是超級吸引人的了，直接把模型生成C代碼，多方便的功能。當然有一些規范要定義的，包括一些ISO的標準;而且如果我們使用的處理器被Simulink支持的話(huà)，在生成代碼的時(shí)候還可以直接針對代碼優(yōu)化，例如我們的目標對象是TI的一個(gè)DSP，則一些數學(xué)運算在生成代碼時(shí)會(huì )直接調用BootROM里的數學(xué)庫，相比于傳統的C語(yǔ)言math.h里面的標準數學(xué)庫，運行速度要強的多;常用的DSP、ARM等基本都是支持的。

　　4. 軟件在環(huán)測試

　　硬件在環(huán)測試HIL大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，不過(guò)軟件在環(huán)測試SIL貌似是個(gè)比較新鮮的概念。它的含義就是把生成的c代碼調用到仿真環(huán)境中，輸入是與仿真的那步是一樣的，這樣就能比較生成的代碼和我們的模型是否有結果的差異。當然幾乎是不會(huì )出現什么狀況的。

　　5. 硬件在回路測試

　　這一步很多人都不陌生，就是把生成的代碼下載到實(shí)際的控制器中，觀(guān)測返回的結果是不是和我們的仿真模型是一致的。

　　試驗了一下，生成代碼的效率還不錯，可讀性也很好，如果覺(jué)得編程太累了，可以嘗試一下。當然有一些功能在Simulink里面實(shí)現還是暫時(shí)有困難的，例如實(shí)時(shí)操作系統的任務(wù)調度，目前還很難實(shí)現出來(lái)，所以可以把功能劃分一下，一部分控制系統、通信系統的代碼使用這種方法，其它的則還需要手工編寫(xiě)，然后通過(guò)接口進(jìn)行協(xié)同工作。