基於模型設計——電力電子的利器

本人是電力電子專業，跳到了汽車行業，做著電力電子在汽車行業應用的工作。之前只聽說汽車開發要求很高，標準很嚴，畢竟人命關天，進入行業後，才知道門道太多了，不過也算開了眼界，知道了一些能提高效率的開發方法，回過頭來才發現以前的自己好土鱉。今天分享一下感觸最深的控制軟體編程的問題。

控制軟體是電力電子的核心之一，所有的演算法邏輯都會通過控制軟體去實現，可以認為軟體是一個實現演算法的工具。對軟體的要求，就是能準確、高效的實現我們的想法就可以了。

軟體方面，我的成長過程分了五個階段。

第一個階段是隨心所欲。 當初還在高校實驗室的時候，為了做原型機，基本上就是找晶元的常式，在中斷裡面添代碼，能輸出PWM，能實現控制效果、示波器能捕捉想要的波形就達到目的了。太原始了……

第二階段是模塊化編程。

參加工作後，開始思考代碼的高聚合、低耦合、復用性。代碼開始做模塊化編程，比如把PI調節器進行封裝，設計模塊的輸入、輸出、參數和調用方式，對模塊進行測試和編寫設計文檔。

第三階段是系統編程。

這時候，開始思考嵌入式晶元的控制軟體應該怎麼規劃，怎麼設計硬體層、服務層、應用層，怎麼用操作系統，是否需要資料庫。因為不是搞嵌入式軟體出身，搞這個太痛苦。為此學習了好多高級C語言編程、操作系統等知識。

第四階段是基於模型設計。

基於模型設計的對立面，是基於軟體設計。我前面三個階段所做的，都是基於軟體設計，工作的核心內容，就是在設計軟體，重複做定義變數、定義函數等工作。我覺得效率很低，因為相當於我大部分時間在學習工具，核心的控制演算法反而沒有太多精力和時間去提升。

目前比較土鱉的程序設計思路是這樣的：先在simulink中搭建模擬模型，用模型去實現演算法；模擬沒問題後，開始將模型人工翻譯成C語言；燒寫到晶元中，進行調試。當然，稍微好一點的會做Sfunction的模擬。

基於模型設計，是在simulink中搭建模擬模型，直接進行測試，如果滿足要求後，用工具直接生產C代碼，然後在晶元中直接使用。當然，如果是汽車行業，不能這麼簡單粗暴，還有各種測試和驗證，不過在大部分電力電子行業，代碼基本是可以直接用的，和模擬結果基本一致。（本著嚴謹的態度，用了「基本」二字，但我還沒發現不一致的）。

這簡直是電力電子工程師的福音，只用關心控制演算法，由於編程而引起的各種bug減小到了最低。我知道，你肯定會懷疑生產代碼的效率。請放心，代碼的水平會略高於一個中級水平的C程序員，我見過好多公司的演算法開發人員，C代碼水平還停留在初級階段。而且即使你是一個高級水平的C程序員，看不起自動代碼的水平，但代碼自動生成在幾秒內完成的工作，你可能好幾天還干不完，把多餘的時間拿來陪陪女朋友、老婆和孩子、看看書多好。我知道，你肯定會問，自動生成的代碼能看懂嗎？我想說，確實很難看懂，大部分我只能看明白這一塊代碼大概是幹嘛的，具體每一行代碼或者某個變數的作用，基本看不懂。可是我為什麼要看懂代碼呢？我只要能看懂模型就可以了，C代碼只是模型翻譯成的一種中間語言而已，我不用看懂。編譯器還會把C代碼翻譯成彙編，現在還有誰會去一行一行的看彙編代碼呢。那看不懂代碼會影響調試嗎？不影響。功能性bug會在模型階段都解決了，如真有問題，輸出看兩個變數就能進行問題定位。

基於模型設計真這麼好，是不是不用在費心搞C語言這些了？恰恰相反，我認為對C代碼越熟悉，越能利用工具生成更高效的C代碼。有些代碼生成選項，是建立在對C代碼深刻認識上的。畢竟吃飽肚子的，不是最後一塊餅。

基於模型設計難學嗎？我覺得入門還算難，特別是如果你對simulink的各種參數定義不是很了解、C語言水平不是很高。不過好在現在互聯網時代，網上各種資源很多。建議多去看看matlab的官網，上面有視頻做一些基礎的入門講解。

第五階段是規範建模。

不再手敲代碼後，每天都跟建模打交道，期間總覺得自己的模型看著彆扭，每天都想重構。後來接觸了MAAB(Mathwork Automotive Advisory Board)，一個matlab寫的一個關於汽車行業建模規範，包括simulink和stateflow的建模規範，裡面內容很多，跟MISRA差不多，就是一些怎麼命名、連線、布局的規範。這兒貼一個裡面關於建模層次結構的規範。

模型應分為四層，包括頂層、觸發層、結構層和數據流層。頂層應該是說明模型的輸入、輸出介面，和模型功能的描述。觸發層是各功能塊的觸發條件、執行時間周期等。結構層就是各個功能塊了，各功能塊應該是原子系統。數據流層就是最底層，描述了數據如何計算處理。有興趣的去網上看看這個文檔吧，百度文庫有，matlab網站上也有。

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後續：

1、MBD（Model based design）主要用來生成演算法、邏輯相關的代碼，這也是控制軟體最想要做的事情，這部分和晶元關係不大。唯一的關係在於，需要設定晶元的數據類型定義，就是C語言中int數據類型，在特定的晶元中是8位的還是16位的。MBD 不擅長做和晶元底層、外設相關的設計，這部分最好是手工編寫平台性代碼，或者用晶元廠家提供的底層代碼。MBD開發人員需要設計好介面函數即可。

2、有人問MAAB在哪兒下載？我想問這個問題的人，是習慣了互聯網嗟來之食。具有獨立思考和創新的第一步，就是要學會用搜索引擎。

3、我的文章第一次得到了這麼多人的關注，還被收錄了，很開心。其實我所寫的，對於做汽車軟體的人來說都是理當如此的，只是我想這個好東西應該被更多做電力電子的人知道，我也相信遲早會在行業裡面推廣起來的。題外話：話說matlab的這個工具，由於利益關係，mathwork公司在汽車行業裡面大範圍推廣、開論壇講座，卻很少把它推廣到電力電子領域，這是因為咱們電力電子行業要求不高，各公司沒有購買matlab服務的需求。

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