Simulink S-Function的使用（以串口接收MPU6050六轴陀螺仪参数为实例）

S-Function 允许使用自定义C/C++函数作为传递函数，具有可移植性。也可以同样利用MATLAB函数进行相同的运算，看开发者熟悉程度而定。

项目流程

1. 由系统串口接收数据包。
2. 通过S-Function自定义函数解析数据包，得到数据集合。
3. 数据集合总线输出，分为各部分数据进行可视化显示。

串口接收

首先需要通过MPU6050数据手册将其寄存器的各项输出数据通过UART读出，并将其处理为我们所需要的7项参数（加速度Accl. [X,Y,Z]，角加速度Gyro. [X,Y,Z]，温度Temp）。

但是这不是本文的重点，因此本文假设已经处理好了上述数据，并且以字符打印的形式通过串口稳定输出，（通过Rasberry Pico PI预处理）如下：

我们需要配置串口接收参数：

COM口以用户本机分配为准

Serial Configuration配置如图

Serial Receive配置如图

注意，由于是以字符char接收，因此选择类型为uint8，Data Size设置缓冲区大小，此处设为128为例。同样可以设置数据包头和数据包尾，我们此处不做设置。

当然，在实际项目中会以更高效率的数据包传输，此处仅为示例作用，因此选用字符接收。

S-Function函数示例

从Library Browser中找到User-Defined functions（用户自定义函数），在系统仿真中这部分是较为常用的。

选择S-Function Builder，双击点开面板。由于是面板端编辑，直接面向对象，逻辑更清晰，但是限制也较多。

填写函数名，选择语言C++，即可Build编译。（初次需要按提示安装MinGW-w64方可编译，且安装目录不能带空格）

注意到，编辑器里面有三个子函数，分别封装S-Function的起始方程，输出方程和终止方程，在本实例中仅用到输出的封装，其他功能请自行学习浏览官方示例。

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

注意到，输入输出参数都是以数组指针的形式传参的，带const表示输入参数，不可更改，不带的即表示输出参数，可更改。函数的目的是按次调用这三个子函数。

我们可以先调试好C++程序再整合。

在本实例中，输入参数为大小为128*1的字符数组(uint8)，输出参数为包括三个参数的总线(Bus:gyroData)，以结构体形式调用。

在自己工程文件中定义头文件(structure.h)，用于类型的转换和结构体的定义等，这部分内容是为了便于程序能在本地调试成功，而由于在Simulink中这部分内容已有定义，因此在Simulink的S-Function Builder中编译的时候是需要将其之注释掉的。

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

如果不注释掉，在编译时会由于变量类型冲突而编译失败。

在本地C++工程调试成功，即可移植。

调试成功后，将其移植至S-Function Builder中。

注意参数类型、维度都要一一匹配。需要用到的头文件和引入文件也需要在include部分添加进来。

如果C++工程包含其他文件，将工程文件目录添加至INC_PATH，注意文件目录最好不要含有空格，否则再次打开时可能会产生修正而出错。

点击编译，提示ERROR: Bus object for output port 1 gyroData does not exist in workspace，即：总线未被添加至工作区导致编译失败。

手动添加的办法，即打开MODELING中的Bus Editor选项进行添加，注意总线名称Object Name以及元素名称，以及其类型、维度，均设置匹配。当然，也有通过代码区更方便添加的办法请自动查阅相关文档。

添加后请将其保存为.mat文件方便日后直接将设置好的总线导入。

如果没有问题，会显示S-Function编译成功。

这时，我们可以用S-Function模块直接填写函数名，直接调用，模块会自动产生相应数目的输入输出端口，可以供检查。

（虽然S-Function Builder也可直接使用）

这样，我们的S-Function就编写完成。

数据可视化

我们利用Bus Selector模块进行对总线拆分，用Display模块显示文本（数组），用Scope模块进行示波器图像绘制，这些属于基本操作，就不详加叙述了。

这里提到一个调试的方法，即先使用静态文本（此处用了字符串常量String Constant）进行调试，确认S-Function功能无误即可接入动态数据进行观察。

最后

文章末尾，附上相关的工程文件供参考。

• bus_gyroData.mat gyroData总线
• getGyroData___ 由S-Function生成的函数
• receive_test.slxc 接收端Simulink工作区面板
• gyroDataProcess 用于产生S-Function的C++文件

请访问我的Github URL以下载：https://github.com/Chiron19/Simulink

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