编写代码太累？试试基于模型的设计

　　前一阵参加了MathWorks公司一个关于基于模型的设计的讲座，先介绍了基于模型的设计model based design，然后是亲自动手体验;感觉很有意义，特别是其中的自动代码生成，所以在此和大家分享一下。

　　听起来，自动生成代码好像是专门为不想多动手的工程师准备的工具。其实，自动代码生成最早是做为基于模型的设计方法的一部分提出的。一般情况下，嵌入式系统软件的开发分为需求定义、功能设计、代码编写和测试等几个阶段，测试、找bug和解决bug往往要花费很多的精力，特别是越是隐藏的深的bug越难发现和解决，隐患也很大。所以每次在传统方法下发现和解决bug造成的发布延时都会造成整个修复成本的指数级上升。而采用基于模型的设计，则可以在设计的早期通过仿真等手段保证模型的正确性，例如在仿真环境下，我们的模型能够完全实现我们的意图，然后自动代码生成和验证就是水到渠成的问题了。

　　其次，基于模型的设计在复杂和非常复杂的系统中特别有意义。他们举了几个例子，例如在高档的汽车上，全部代码预估已经达到千万行、甚至两千万行的级别了，这么多代码要是靠手工编写和测试，首先需要几十个几百个人的编程和测试团队不说，光是沟通的效率就很难保证了;基于模型的设计方法则可以有效解决这个问题。目前在汽车行业，这种模式已经成为主流的开发方法了，在航空航天等领域也得到了很广泛的应用，例如著名的F-22战斗机和“好奇号”火星车都使用了基于模型的设计方法。例如讲座中提到，火星车的开发中，使用了380000次仿真，这要是按照传统的测试方法去一遍遍做，估计整个团队都要吐血身亡了。

　　此外，开发一个复杂系统要花费大量的时间，新系统开发时从现有系统中复用现有的代码是省事实力的。基于模型的设计方法因为使用模型参考调用的方法引用子系统，所以代码的移植和复用非常方便。例如例如讲座中提到，F35战斗机有A、B、C三种型号，在开发过程中，可以重复使用的系统设计模型就显著提高了开发效率。

　　接下来讲讲我所理解的基于模型设计的开发过程：

　　1. 系统需求

　　不管用啥开发方法，最终要完成的系统是一样的，所以系统需求并没有什么显著区别。只不过Simulink开发工具可以在建模中将模型与需求文档进行关联，方便快速查看模型功能与需求文档之间是否有偏差。

　　2. 建模

　　就是在Simulink环境中把我们需要的功能用模块搭建起来，例如控制系统、通信系统等，基于图形化的编程还是较为直观和容易的，并且仿真测试很快就能得到结果了。

　　3. 代码生成

　　模型有了，这一步就是超级吸引人的了，直接把模型生成C代码，多方便的功能。当然有一些规范要定义的，包括一些ISO的标准;而且如果我们使用的处理器被Simulink支持的话，在生成代码的时候还可以直接针对代码优化，例如我们的目标对象是TI的一个DSP，则一些数学运算在生成代码时会直接调用BootROM里的数学库，相比于传统的C语言math.h里面的标准数学库，运行速度要强的多;常用的DSP、ARM等基本都是支持的。

　　4. 软件在环测试

　　硬件在环测试HIL大家可能都听说过，不过软件在环测试SIL貌似是个比较新鲜的概念。它的含义就是把生成的c代码调用到仿真环境中，输入是与仿真的那步是一样的，这样就能比较生成的代码和我们的模型是否有结果的差异。当然几乎是不会出现什么状况的。

　　5. 硬件在回路测试

　　这一步很多人都不陌生，就是把生成的代码下载到实际的控制器中，观测返回的结果是不是和我们的仿真模型是一致的。

　　试验了一下，生成代码的效率还不错，可读性也很好，如果觉得编程太累了，可以尝试一下。当然有一些功能在Simulink里面实现还是暂时有困难的，例如实时操作系统的任务调度，目前还很难实现出来，所以可以把功能划分一下，一部分控制系统、通信系统的代码使用这种方法，其它的则还需要手工编写，然后通过接口进行协同工作。