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基于Simulink/Stateflow模型的成员开发环境的研究

作　者: 田新华
导　师: 黄柯棣
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: Simulink/Stateflow模型接口映射表 HLA外壳事件广播 SMIT
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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引　用: 10次
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内容摘要

HLA(High Level Architecture)是基于仿真部件的互操作和可重用的目的而形成的建模和仿真领域的体系结构，它为各种类型的仿真提供了一个通用的集成框架。联邦成员是HLA体系中的仿真部件互操作和可重用的基础，它的开发过程包括实体模型的开发和对象模型的开发。对象模型的开发可以使用OMDT、联邦框架生成工具等产生相应的模型代码，但是实体模型的开发则往往需要使用各个学科领域专门的模型开发工具。将各种实体模型开发工具集成到HLA框架中来是目前仿真界研究的热点问题之一。论文研究的主要工作就是把MATLAB环境下的Simulink／Stateflow这两种实体模型开发工具集成到HLA框架之下，文章对实现这种集成所采用的各种技术和原理以及实现的过程进行了详细介绍。论文首先介绍了将MATLAB模型开发环境集成到HLA体系框架的两种实现方式及它们的实现原理，并对本文选择采用的集成方式(模型中间C代码嵌入HLA运行时间框架的方式)作了说明。接着，论文针对这种集成方式提出了研究所应采取的技术路线。然后，论文依据此技术路线从分析模型的中间C代码结构入手，分别对描述连续和离散采样的动力学系统的Simulink模型和描述离散事件仿真系统的Stateflow模型以及两者综合的模型的C程序的结构(包括其运行时间框架，数据结构以及其外部接口)作了深入的分析，并根据分析的结果，提出了对模型进行HLA接口扩展的方式和实现的手段。在分析展开的过程中，论文指出了实现HLA接口扩展必需考虑并处理的问题：包括模型外部接口的对象化封装，模型运行时间框架的修改，时间推进的一致性问题处理；在Stateflow模型中，还需解决并发事件的处理，接收交互后对外部导入事件的事件广播的处理，模型导出事件对外部进行广播的方式等等一系列问题的处理。由于本文中对Simulink／Stateflow模型的分析是在这些模型经由Real-time Workshop(MATLAB所提供的另一个用于生成实时代码的软件工具，以后论文均把它简写为RTW)的Build过程产生的C代码基础上进行的，在基于Simulink／Stateflow模型的联邦成员开发过程中，模型的RTW的Build过程也是其中一个步骤，因此，论文也对RTW和与其关联的TLC(Target Language Compiler)作了简要的介绍。此外，论文还提供了一个利用Stateflow设计开发Commpost模型的例子。在完成上述分析工作的基础上，论文综合对这些问题的处理方法提出了对模型自动进行HLA接口扩展的解决方案。该方案的核心内容是通过定义模型接口映射表来使Simulink／Stateflow模型的外部接口与HLA对象模型接口相关联，从而使对模型进行自动HLA接口扩展的软件工具知道如何进行模型外部接口的HLA扩展。然后论文对就此方案开发出的基于Simulink／Stateflow模型的联邦成员开发工具SMIT(Simulink／Statef low Model Imported Tool)作了介绍。

全文目录

目录  2-4
中文摘要  4-5
英文摘要  5-6
第一章绪论  6-12
  §1．1 论文研究的目的及课题的国内外研究现状  6-8
    1．1．1 目的和应用背景  6-7
    1．1．2 课题的国内外研究现状  7-8
  §1．2 MATLAB模型与HLA集成实现的两种实现方式  8-10
    1．2．1 MATLAB模型的HLA接口的C-MEX实现方式  8-9
    1．2．2 MATLAB模型中间代码嵌入HLA运行时间框架的实现方式  9-10
  §1．3 课题研究采用的技术路线以及论文的组织编排  10-12
    1．3．1 课题研究采用的技术路线  10
    1．3．2 论文的编排和组织  10-12
第二章 Simulink模型及其外部接口的HLA扩展  12-24
  §2．1 Simulink模型的模块图表示及其RTW构建过程  12-15
    2．1．1 Simulink模型的表示  12
    2．1．2 Simulink模型的RTW构建C代码的过程  12-15
  §2．2 C语言表示的Simulink模型的程序结构  15-20
    2．2．1 Simulink模型运行时间接口  15-16
    2．2．2 Simulink模型的数据结构  16-17
    2．2．3 SimStruct结构  17-19
    2．2．4 Simulink模型的外部接口例程  19-20
  §2．3 Simulink模型的HLA接口的扩展  20-24
    2．3．1 联邦成员的运行时间框架与Simulink模型运行时间框架的比较  20-21
    2．3．2 HLA外壳程序以及Simulink模型外部接口的对象化封装  21-24
第三章 Stateflow模型及其外部接口的HLA扩展  24-39
  §3．1 Stateflow模型的结构  24-29
    3．1．1 Simulink模型与状态流机（Stateflow Machine）  24-25
    3．1．2 状态流图（Stateflow chart）中的对象以及与其相关的几个概念  25-28
    3．1．3 有限状态机（Finite State Machine）与Stateflow模型  28-29
  §3．2 Stateflow模型的C语言结构  29-35
    3．2．1 创建一个Stateflow模型  29-32
    3．2．2 Simulink／Stateflow模型的RTW构建过程  32-33
    3．2．3 Simulink／Stateflow模型C语言结构  33-35
  §3．3 Stateflow模型的外部接口及其HLA扩展  35-39
    3．3．1 导入导出事件、事件广播和_sfEvent_commpost_变量  35-36
    3．3．2 导出事件的HLA扩展和导出事件队列  36-37
    3．3．3 导入事件的HLA扩展  37-38
    3．3．4 导入数据对象和导出数据对象接口的HLA扩展  38-39
第四章 SMIT的实现  39-47
  §4．1 基于Simulink／Sratenow模型的联邦成员的开发  39
  §4．2 SMIT的总体设计  39-42
    4．2．1 Simulink／Stateflow模型HLA接口扩展的手动实现  39-41
    4．2．2 SMIT的总体设计  41-42
    4．2．3 SMIT的六个重要模块的说明  42
  §4．3 SMIT的实现和验证  42-47
    4．3．1 SMIT的用例（use-case）描述  42-45
    4．3．2 SMIT的验证  45-47
第五章总结与展望  47-48
致谢  48-49
参考文献  49

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