1.2 運用Simulink實現自動代碼生成
　　自動代碼生成處于V模式的最底層，是整個開發過程中最為關鍵的一步，其目的是實現開發過程中的快速迭代以提高開發效率。代碼生成的質量直接影響系統的可靠性和穩定性。
　　圖2為基于MATLAB/Simulink" title="MATLAB/Simulink">MATLAB/Simulink的DSP自動代碼生成流程^[2]。Simulink是一種對于動態系統進行多域仿真和基于模型設計的平臺，它提供了一個交互式的圖形環境和豐富的模塊庫" title="模塊庫">模塊庫。根據系統的功能要求，首先在MATLAB/Simulink環境下搭建系統模型，并且進行仿真分析。使用Simulink調試器檢查仿真結果以及定位和診斷模型中的意外行為。一旦結果得到了驗證，便可以通過RTW(Real-time workshop)自動生成面向TI編譯器的C語言工程文件，并進一步完成編譯、連接和下載，最終在硬件平臺上運行。

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　　RTW是和MATLAB、Simulink一起使用的一個工具，運用它直接從Simulink模型生成代碼并且自動建立可以實時運行的程序。在默認情況下，RTW生成的是高度優化和完全注釋的Ｃ代碼。除了MATLAB function模塊和調用M文件S函數的模塊以外，任何Simulink模型都可以生成代碼，包括線性、非線性、連續、離散以及混合模型^[3]。
　　從整個過程來看，工程師只需在Simulink中搭建模型和驗證模型的正確性，不需要書寫任何代碼，即可得到可靠、準確的代碼。
2 嵌入式Target for TI C2000工具箱
　　Target for TI C2000將TI公司的eXpressDSP工具集成到Simulink中，它是MATLAB與TI CCS的連接工具，可以使MATLAB、MATLAB工具箱、TI Code Composer Studio集成開發環境（CCS IDE）以及RTDX（Real-Time Data Exchange）協同工作。
　　Target for TI C2000工具箱由三部分組成^[3]：常用工具、芯片外圍設備模塊庫、優化庫。常用工具包括實時數據交換通道模塊、目標控制器基本參數設置模塊和CAN通訊設置模塊。該工具箱支持C281x系列、C280x系列以及C2400系列的DSP。優化庫包含定點運算庫和數字電機控制庫。
　　Simulink可支持四類C280x DSP外圍設備模塊庫：存儲器的讀寫模塊、中斷管理模塊、控制模塊以及通訊模塊。除了不支持IIC通訊模塊以外，該模塊庫對C280x DSP板上所有的模塊都提供了很好的支持。用戶在調用DSP的這些模塊時，只需對相應的模塊進行參數設置和選擇，不需要關心底層是如何實現，整個模型的搭建過程就像堆積木一樣簡單。
3 自動生成代碼在電池管理系統中的應用
3.1 電池管理系統的功能描述
　　BMS燃料電池車用鋰離子電池管理系統BMS（Battery Management System）是一個嵌入式實時監控系統，應具備以下功能^[4]：電池狀態監控，包括電池工作電壓、工作電流和工作溫度的測量和信號處理；特定狀態下的最大充、放電功率計算；特定工況下電池組荷電狀態SoC（State of Charge）、壽命狀態SoH（State of Health）的估算；高壓預充電、過充和過放保護、絕緣檢測和漏電保護；電池的均衡和熱管理；故障診斷以及與整車控制器通訊。圖3為BMS系統框圖。

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　　由于汽車在處于停車狀態時，BMS仍需每隔一定的時間對電池進行監控，所以在長時間停車時，BMS不可將蓄電池存儲的電量耗完，否則汽車將無法啟動。因此在停車時，BMS必須進入低功耗模式。當汽車開動時，從KL15傳來的點火信號將控制器從低功耗模式喚醒，進入正常工作模式。
3.2 控制器的選擇
　　從BMS的功能可以看出，控制器起控制作用的功能只占BMS的小部分，在實時參數估計、SoC估算中，算法復雜且運算量大，控制器需要在較短的時間間隔內完成復雜的遞推運算，這對控制器的計算能力和計算速度要求更高。傳統的電池管理系統采用單片機作為控制器，由于單片機側重于控制而實時數據運算能力有限，所以無法很好地滿足BMS的要求。TI公司的TMS320C2000系列DSP集微控制器和高性能DSP的特點于一身，具有強大的控制和信號處理能力，能夠實現復雜的控制算法。該系列DSP上整合了Flash存儲器、快速高精度的A/D轉換器、兩路增強的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口、多通道緩沖串口等外設。32位定點運算的C2808 DSP能夠在一個周期內完成32×32位的乘法累加運算，或兩個16×16位乘法累加運算。此外，可以在一個周期內對任何內存地址完成讀取、修改、寫入操作，使得效率和程序代碼達到最佳，完全滿足實時控制的要求^[5]。
3.3 電池參數辨識和SoC估計算法
　　電池監控必需先進行建模，實時檢測電池的電壓、電流以及溫度，根據這些數據對模型的參數進行辨識，從而間接地估計電池內部的情況。圖4為鋰離子動力電池模型^[6]，模型中利用C0描述電池的容量，R0描述電池的等效歐姆內阻，用時間常數較小的R1、C1環節描述鋰離子在電極間傳輸時受到的阻抗，時間常數較大的R2、C2環節描述鋰離子在電極材料中擴散時受到的阻抗。該模型中的參數都可以通過參數辨識的方法得到。

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　　為了實現自適應控制和跟蹤隨時間變化的參數，在辨識過程中采用遞推的最小二乘法。電池內部參數根據電壓、電流信號每次的采樣值進行更新，其基本思想是本次的估計值等于上一次的估計值加上一個修正項，修正項的大小取決于模型的輸出與實際輸出的差項。該方法要求在下次采樣之前必須完成一步遞推運算。
　　在裝車運行時，整車控制器需要BMS提供高精度的SoC，一般估計精度要小于5%。電池的SoC是不能直接得到的，只能通過對電池電壓、電流、溫度、內阻等參數進行測量間接估算得到。而且這些參數又與電池老化程度、電池單體不均勻性等有關。目前常見的方法有開路電壓法、電流積分法等。
3.4 基于CAN總線的標定模塊
　　由于汽車上網絡系統的廣泛應用，基于網絡連接的控制單元標定和傳統的匹配標定方法有很大的不同。基于CAN的電子控制單元的標定是電池管理系統控制器開發的一個重要環節。CCP(CAN Cali-bration Protocol)是CAN總線的標定協議，目前已經得到汽車廠商的廣泛應用。利用該協議可以快速有效地對控制器進行標定。在電池管理系統中，可以利用CCP實現實時在線測試、傳感器的監測和標定、報警或出錯閾值的調整以及通過CAN下載程序。
　　在傳統的手寫代碼的控制器設計過程中，基于CCP協議的標定需要支持CCP協議的驅動程序。由于ECU底層程序和CCP協議的驅動程序各不相同，將CCP驅動程序結合到ECU中需要耗費大量時間。MATLAB 2007b中新增了基于CAN總線的標定模塊。將該模塊放入Simulink模型中，并設置好相關參數，便可以自動生成能夠實現CCP標定的代碼了。
3.5 在Simulink中建立模型
　　在建模的最開始必需把C2000 DSP chip support 中的F2808 eZdsp 模塊放到模型中。該模塊是對DSP的基本信息進行設置，包括芯片的選擇、鎖相環時鐘頻率的選擇、存儲器地址分配，以及外圍設備的一些基本設置。
　　傳感器輸出模擬信號和數字信號，對于模擬信號可以用A/D轉換模塊進行轉換，對于數字信號可以用GPIO或者CAP捕獲模塊處理。經硬件濾波后的模擬采樣信號還不夠理想，在該模型中可以對采樣信號進行快速傅立葉變換，分析出噪聲信號的頻率特性，并設計出相應的數字濾波器，對采樣信號進行進一步濾波。執行器的控制可以用GPIO或者PWM模塊進行控制。
　　由于SoC和SoH以及控制算法較為復雜，可以用S-function模塊實現。S-function是一個動態系統的計算機語言描述，是擴展Simulink模塊庫的有力工具，它采用一種特定的調用語法，實現函數和Simulink解法器之間的交互。Simulink中的電池管理系統模型如圖5所示。

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3.6 自動代碼生成、編譯以及運行
　　在Simulink中仿真運行無誤后，便可以從模型直接生成控制算法代碼了。Simulink在內部調用real-time workshop build 并且自動打開TI的集成開發環境CCS，生成的代碼經過編譯自動生成可執行的最終控制程序。通過USB接口仿真器和14pin標準JTAG調試連接線將程序燒入目標系統中。
　　C2808 DSP有兩種運行模式，一種是通過仿真器將程序下載到RAM中運行，這種運行模式中可以通過仿真器在CCS中設置斷點、單步運行、查看存儲器等，對程序的運行情況進行實時監控和調試。另外一種模式是將程序下載到Flash中單獨運行，這種運行模式不需要CCS 的介入。一般在實驗調試階段采用RAM模式，調試成功以后再采用Flash模式單獨運行。
　　利用設計出的控制器進行電流和電壓采樣，電壓采樣精度為1/1000, 電流采樣精度小于5/1000。設計的SoC算法能夠在DSP上在30ms內完成一步遞推運算，滿足電池管理系統實時操作的要求。運行自動生成的代碼并結合Vector公司的CANape工具成功實現CCP協議對RAM和Flash存儲器中參數的在線標定。圖6是測量電壓和模型輸出電壓的比較。從圖中可以看出，測量電壓與模型輸出電壓相當吻合，證實了代碼的正確性。

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