matlab中基于c语言的s函数的编写与应用

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1、Matlab中基于C语言的S函数的编写与应用作者：ZhengSimin单位：WHU摘要：Matlab/Simulink中提供了S函数模块，可以实现和C语言和其它语言的程序混编，将C语言和Matlab的强大的仿真能力及数据可视化能力进行了有机结合，可以极大地方便一些以C语言为基础的工程应用的算法仿真和数学实验的进行。本文将对Matlab中基于C语言的S函数的应用及编写方法行相关介绍。关键字：Matlab;S函数;C语言1Matlab的S函数简介“S-函数是系统函数(SystemFunction)的简称，是指采用非图形化的方式(即计算机语言，区别于Simulin

2、k的系统模块)描述的一个功能块。Simulink没有单独的语言，但它提供了S函数规则。所谓的S函数可以是一个M文件、FORTRAN程序、C或C++语言程序等，通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处理能力。S-函数作为与其他语言相结合的接口，可以使用这个语言所提供的强大能力。例如，Matlab语言编写的S-函数可以充分利用MATLAB所提供的丰富资源，方便地调用各种工具箱函数和图形函数；使用C语言编写的S-函数可以实现对操作系统的访问，如实现与其他进程的通信和同步等。Simulink已经

3、提供了大量的内置的系统模块，并且允许用户自定义模块，对于大多数动态系统仿真分析语言，使用Simulink提供的模块即可实现，而无需使用S-函数。但是，当需要开发一个新的通用的模块作为一个独立的功能单元时，使用S-函数实现则是一种相当简便的方法。另外，由于S-函数可以使用多种语言编写，因此可以将已有的代码结合进来，而不需要在Simulink中重新实现算法，从而在某种程度上实现了代码移植。此外，在S-函数中使用文本方式输入公式、方程，非常适合复杂动态系统的数学描述，并且在仿真过程中可以对仿真进行更精确的控制。”具体详细的一些介绍在此不再赘述，本文结合自身的项目经

4、历，推荐一种S函数的用处：Matlab中嵌入其它代码，例如C代码，并参与算法的仿真，然后利用Matlab丰富的图形生成接口函数来实现数据的可视化。备注：本文在所涉及的Matlab版本：Matlab.R2010b2一个S函数仿真例子1在正式对S函数进行介绍前，先看一个例子，这个例子是对网络的随机延时环境进行算法模拟，能够对输入的正常的时钟信号产生0.2s到0.7s不等的随机延时。本小节采用“从整体到局部，从结果到原因”的方式对此示例进行介绍。用数字程序建立一个随机延时为0.3s到0.6s不等的网络随机延时环境，所涉及的Simulink仿真程序结构如图2-1所示

5、。UnitDelayScope1RandomTimeDelayzsimoutClockS-Fun-TimeDelayToWorkspace图2-1网络随机延时仿真这是一个比较基本的S函数的仿真应用结构图，采样周期设置为0.1s。整个仿真图的采样周期在解算器里面设置，单个仿真图的采样周期双击本模块，在如图2-2的界面中对“Sampletime”进行设置即可。图2-2设置模块采样周期在图2-1所示的网络随机延时仿真程序中，输入一个时钟模块，然后经过一个单位的延时（单位延时的大小等于采样周期），然后再经过网络随机延时的S函数模块（程序代码见附录<一>），然后再对S

6、函数模块输入输出的两路信号合并在同一坐标系下输出。输出的模块有两种，“Scope”数字示波器模块和“ToWorkspace”数据导出模块。“Scope”可以直接将数据在坐标系下进行可视化显示，可以实现坐标轴不同级别的缩放，如图2-3所示；“ToWorkspace”则将数据以指定的变量名称存放在工作区间中，然后在工作区间中可以编写相应的程序直接对此数据进行引用。2图2-3“Scope”整体图（左）和局部放大图（右）因为“Scope模块”默认的输出是黑底背景色，这些图片数据放置到论文中采用黑白打印时，完全是漆黑一片，为此可以采用一些处理方式：在Matlab的命令

7、输入区域输入命令：“set(0,'ShowHiddenHandles','On');set(gcf,'menubar','figure')”然后“Scope图”就变成“Figure图”了，并配备了相应的修改菜单，通过修改“【Edit】—【AxesProperties】”然后就可以调出修改菜单，对坐标系统进行显示参数修改。在对“背景色、标尺颜色、曲线显示样式、坐标轴标记„„”进行修改后，图2-3就变成如图2-4的效果了（直接输出的是矢量图）。Delay(s)Times(s)图2-4“Scope”虚拟示波器图形变换如果需要对输出数据进行程序引用，则可以使用“To

8、Workspace”模块将数据引出到工作区间中，在仿