xPC—target快速原型化技术综述

童伟男

【摘 要】xPC-target是一个实时的内核系统，是由Mathworks公司基于RTW框架体系提供和发行的产品。本文首先介绍了xPC-target快速原型化技术，仔细分析了xPC-target快速原型化系统的组成结构，最后讲述了xPC-target API接口部分。结果表明xPC-target快速原型化技术有着很强的实用性。

【关键词】xPC-target；快速原型化技术；xPC-target API；RTW框架体系

【Abstract】XPC-target is the kernel of a real-time system， is provided by the Mathworks company based on the framework of RTW system and distribution of products. This paper first introduces the xPC-target， rapid prototyping technology， carefully analyses the xPC-target rapid prototyping system structure， finally tells the story of xPC-target API interface section. Results indicate that xPC-target， rapid prototyping technology has strong practicality.

【Key words】xPC-target；Rapid prototyping technology；xPC-target API；RTW framework

0 引言

xPC-target是一个实时的内核系统，是由Mathworks公司基于RTW框架体系提供和发行的产品。该系统采用32位保护模式运行在目标机上，用于产品的原型开发和测试。支持多种类型的I/O设备，用户只需安装相关软件和编译器就可将一个PC兼容机作为xPC目标实时系统。在了解了以上的基础上，我们便可以理解到xPC-target在实时仿真方面有着其独特的优势。

1 xPC-target快速原型化技术介绍

xPC-target作为matlab/simulink的一个工具箱，是一种基于标准PC硬件的实时系统进行设计、测试、调参的解决方案。xPC目标采用双机模式，即宿主机（上位机）控制目标机（下位机）的技术途径，目标机可以通过扩展各种I/O板卡与外交换信息形成闭环控制系统，从而实现研发测试功能。

xPC-target的功能强大，操作简单，用户可以很方便实现对实时系统的快速原型化、测试和配置功能。普通配置的PC机都可以作为目标机嵌入xPC实时系统，在此系统中实时运行Simulink和RTW通过编译生成的应用程序。

具有丰富的I/O设备驱动模块库，支持多种CAN总线。

宿主机和目标机通信通过RS232串口或者以太网TCP/IP协议实现。

MATLAB应用程序界面采用客户/服务模式，提供了九十多种函数用于宿主机对目标机的控制。

可以在程序运行时从宿主机或者目标机上动态调参。

在宿主机和目标机上都可以进行交互式的数据可视化和信号跟踪。

支持Microsoft Visual C/C++ 5.0以上版本的开发工具。

xPC目标采用双机模式，在上位机和下位机的选取时有多种方式。

2 xPC-target快速原型化系统组成

上位机：可以是一般的笔记本或台式机，运行matlab/simulink，建立仿真模型，使用MATLAB环境下的RTW（Real Time Workshop），通过关联到xPC工具箱的编译器，自动将simulink模型转化为高效的可执行C代码，并且通过RS232或者TCP/IP通信协议，将该程序从上位机中下载至目标机中实时地运行。如使用TCP/IP通信协议，通过交换机可以实现一台上位机控制多台目标机的功能。

将simulink模型设置为外部模式下，可以在上位机中直接在线调整simulink模块或者变量参数，实现在线调参；通过设置host scope 可以实现在上位机中任意观测目标机中变量波形。

目标机：可以是具有PCI插槽的台式机或者工控机，通过上位机生成的启动盘（U盘或者光盘）启动，运行启动盘中的实时系统，以运行上位机下载的C代码，在本论文中的风机换流器的闭环控制系统中，由于涉及到电力电子原件，需要尽可能的降低运行步长，可以使目标机运行方式采用“polling”模式，而非中断模式，可以在运算时间不溢出的前提下最大限度降低运行步长，在计及多功能数据采集卡、网络通信模块（此处不是与上位机进行通信）与模型运行时间，可以将最大运行步长控制在50微秒以下。

3 xPC-target API接口介绍

xPC-target 的API应用程序编程接口允许用户自定义U/I界面。可通过其他软件调用相应程序，实现自定义监控与控制面板。

API是应用程序编程接口（Application Program Interface）的简称，是操作系统留给应用程序的一个调用接口。API是一些预先定义的函数，目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节。一个API就是一个规范，它规定了两个软件之间的数据交换方式。xPC-target提供了多个API，这些接口提供了相同的功能来定制的解决方案，用户可以创建自定义应用程序来控制实时应用程序在目标上运行。xPC-target为用户创建自己的宿主机图形界面提供一系列的API函数，用来处理上下位机之间的通信，管理目标机程序以及信号的监视和参数的调整，通过这些函数用户可以创建控制目标机实时程序的界面。xPC-target有两个很强的应用程序接口，分别是xPC-target API和xPC-target COM API。通过这两种接口方式用户可以充分的进行控制和观测信号完成对界面操作的相关功能。

1）xPC-target API

使用xPC-target API用户可以实现以下功能：

1 通过以太网或者串口建立主机和目标机之间的通信；

2 加载目标应用程序dlm文件到目标计算机；

3 在目标机上运行加载的应用程序；

4 监视目标应用程序在目标机上的运行状况；

5 控制应用程序在目标机上的开始和停止；

6 将应用程序从目标机上卸载；

7 关闭主机和目标机之间的连接。

2）xPC-target COM API

xPC-target COM API是一个开放的应用程序开发环境接口，应用于微软COM标准和xPC-target进行协调工作。xPC-target COM API 提供与xPC-target 相同功能的函数组。xPC-target API是C函数的动态链接库，xPC-target COM API 是组织在一起的对象，类和函数的集合。可以通过一些图形开发界面来操作这个集合。使用这些图形开发环境可以建立能和xPC-target 应用程序交互的用户界面程序。

4 结论

本文介绍了xPC-target快速原型化系统结构的组成以及xPC-target API的接口部分。通过对xPC-target硬件及软件的讲述表明了xPC-target技术的可实用性。

[责任编辑：汤静]