Simulink MATLAB Function 使用

Simulink 中可以使用 MATLAB 函数，相关模块称为 MATLAB Function。基础部分可以先看Implement MATLAB Functions in Simulink with MATLAB Function Blocks。

When you simulate a model that contains a MATLAB Function block, the software generates binary code or C/C++ MATLAB executable (MEX) code from the block and integrates this code with the model.

TIP

因为涉及到 C/C++ 代码生成，所以 MATLAB Function 中直接使用的函数必须支持代码生成

代码生成存在一些限制（支持代码生成的函数列表）。但是可以使用 coder.extrinsic 声明外部调用的函数，这样执行时将不生成代码而直接由外部执行。

数据限制

• MATLAB Function 中使用到的变量，因为代码生成限制，必须是已知类型（已知大小）
• 声明其他变量时，需要在声明时给定一个初始值以确定大小
• 对 coder.extrinsic 声明的函数，函数的返回值是 mxArray 类型。此类型也存在限制，但是 MATLAB 支持的 mxArray 操作包括：
  • 存储 mxArray 到变量
  • 将 mxArray 传递给 coder.extrinsic 外部函数
  • 将 mxArray 从函数返回到 MATLAB
  • 在运行时将 mxArray 转换为已知类型。将 mxArray 分配给类型已由先前赋值定义的变量

我们的例子：TCP 通信

MATLAB 库提供 tcpclient 创建客户端（我个人觉得在 Python 侧创建服务器会更好操作，服务器任务更重）。tcpclient 是一个不支持代码生成的函数。

在这里我们做一个向服务器（地址 127.0.0.1:23466）不停发送一系列 double 数据的客户端。整体结构大概是这样：

Fig.1 - TCP 客户端例子

这个函数不需要任何的外部输入输出，因此基础代码如下：

function client

为了使用不受代码生成支持的 tcpclient 函数，同时，为了在反复调用 MATLAB Function 的过程中一直维持一个 tcpclient 对象，需要使用 coder.extrinsic 包含对应函数，并使用 persistent 变量（persistent）存储这个对象。代码中还需要包含相关初始化逻辑，只有当这个永久对象为空时，才进行初始化赋值（具体可以看最后的代码）。

function client
    coder.extrinsic("tcpclient");
    persistent client;
    if isempty(client)
        client = tcpclient("127.0.0.1", 23466);
    end
    disp(client);
end

注意第4行虽然 tcpclient 在这里返回了 mxArray，不过 disp 打印对象信息依然能看到 tcpclient 对象信息（实际是外部代码）。

tcpclient - 属性:
              Address: '127.0.0.1'
                 Port: 23466
                  Tag: ""
    NumBytesAvailable: 0

根据文档，tcpclient 提供了观察已经写入了多少字节的字段 NumBytesWritten。不过，因为客户端在内部表现为 mxArray 对象，因此原始对象中的所有成员信息都丢失了。但是 mxArray 可以传递给其他外部函数， 因此，若想获得 NumBytesWritten 信息，虽然不能直接在 MATLAB Function 中使用 client.NumBytesWritten，但是可以借助运行在 MATLAB 中的外部函数，返回有关信息。因为 NumBytesWritten 是一个 double 数据，对 MATLAB Function 来说是已知大小的，因此可以使用。

继续修改相关代码，尝试获取可得字节数量信息。

首先创建 numBytes.m 文件，写一个 numBytes 函数，得到相关信息：

function num = numBytes(client)
    num = client.NumBytesWritten;
end

随后，在 Simulink MATLAB Function 中，声明 numBytes 外部函数，并将 client 传递给它，拿到对应的信息。

• 注意声明 num 时要先赋值，这样大小才是已知的符合相关代码生成要求，后面才能继续使用。
• client 要先检查是否为空，如果是空，说明是第一次使用它，则给它初始化；否则就直接使用，不能再创建新的 tcpclient，不然会丢失对象信息，每次都创建了一个新的 tcpclient，后续检查已发送字节数的结果将一直是 0。

function myClient()
    coder.extrinsic("tcpclient");
    coder.extrinsic("write");
    coder.extrinsic("numBytes");
    persistent client;
    if isempty(client)
        client = tcpclient("127.0.0.1", 23466, "EnableTransferDelay", true);
        return
    end
    num = 1;
    num = numBytes(client);
    if num >= 80
        disp("Already sent 80 bytes, hanging...");
    else
        write(client, 1, 'double');
    end
end

上述代码中，规定当 num 超过80也就是发送10个数据之后就返回而不继续发送数据。同时前5个数据是1，后5个数据是2。接下来检验效果。Python 服务端代码如下：

import socket
import struct

# 创建 TCP socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定地址和端口
host = '127.0.0.1'
port = 23466
server_socket.bind((host, port))

# 监听连接
server_socket.listen()
print("服务器正在监听...")
num = 0
while True:
    conn, addr = server_socket.accept()
    print('连接地址:', addr)

    while True:
        data = conn.recv(8)  # 一次读取 8 个字节
        if not data:
            break  # 没有数据表示连接关闭
        # 处理接收到的数据
        num += 8
        value = struct.unpack('d', data)[0]
        print(f"收到数据: {value}")
        if num == 80:
            print("已经收到 80 个字节，程序结束")
            break
    conn.close()
    break

上述 Python 代码中一定要设计好 conn.recv 的大小，建议与收到的单个数据大小吻合。

实验结果如下图所示，可以看到程序完整取得了全部的数据。

Fig.2 - 简单通信实验结果