Добавлена модель МК матлаб с компилятором MinGW

Но по какой-то приниче запуск модели лочит MCU.mexw64 и его нельзя удалить. Но при этом можно переименовать... непонятно крч
2025-11-08 18:18:17 +03:00
parent 67c8d0e039
commit afc4a114f6
412 changed files with 863427 additions and 120 deletions
--- a/MATLAB/README.md
+++ b/MATLAB/README.md
@@ -0,0 +1,183 @@
+# MATLAB STM32 EMULATOR
+ **СОДЕРЖАНИЕ**
+- [Общая структура эмулятора](#общая-структура-эмулятора)
+- [Описание стуктуры эмулятора (пример для STM32)](#описание-стуктуры-эмулятора-пример-для-stm32)
+	- [Оболочка МК](#оболочка-мк)
+	- [Эмулятор STM для MATLAB](#эмулятор-stm-для-matlab)
+	- [Оболочка приложения](#оболочка-приложения)
+	- [Код пользователя](#код-пользователя)
+- [Инструкция](#инструкция)
+	- [Портирование кода](#портирование-кода)
+	- [Как скомпилировать код](#как-скомпилировать-код)
+	- [Как запустить отладку](#как-запустить-отладку)
+	- [Ошибки при портировании](#ошибки)
+
+## Общая структура эмулятора
+Эмулятор состоит из четырех блоков:
+- приложение МК
+- оболочка МК для MATLAB, которая запускает приложение МК и эмулирует его периферию
+- оболочка приложения для настройки взаимодействия с кодом МК
+
+Приложение МК в свою очередь разделено еще на два блока:
+- исходный код пользователя (код приложения)
+- исходный код библиотек и драйверов
+
+Для каждого блока своя папка. Всего четыре папки:
+- Code ([_код пользователя_](#код-пользователя))
+- MCU_STM32xxx_Matlab ([_эмулятор STM для MATLAB_](#эмулятор-stm-для-matlab))
+- MCU_Wrapper ([_оболочка МК_](#оболочка-мк))
+- app_wrapper ([_оболочка приложения_](#оболочка-приложения))
+_*в скобочках ссылки на подробное описание папки_
+
+Далее приведена структура эмулятора. Инструкция для портирования кода в MATLAB приведена [ниже](#инструкция)
+
+## Описание стуктуры эмулятора (пример для STM32)
+Здесь содержиться описание четырех блоков эмулятора:
+- [Оболочка МК](#оболочка-мк)
+- [Эмулятор STM для MATLAB](#эмулятор-stm-для-matlab)
+- [Оболочка приложения](#оболочка-приложения)
+- [Код пользователя](#код-пользователя)
+
+#### Оболочка МК
+В этой папке содержаться оболочка(англ. wrapper) для запуска и контроля эмуляции микроконтроллеров в MATLAB (любого МК, не только STM). Оболочка представляет собой S-Function - блок в Simulink, который работает по скомпилированому коду. Компиляция происходит с помощью MSVC-компилятора. 
+
+S-Function работает особым образом: на шаге _n_ она запускает скомпилированный код и ждет пока этот код выполниться. Только когда завершается выполнение кода, S-Function переходит на следующий шаг _n_+1.
+
+Но программа МК это бесконечный цикл, который никогда не завершается. Поэтому есть несколько особенностей в выполнении такого кода в виде S-Function:
+- Для эмуляции создается отдельный поток для программы МК. Этот поток запускается в начале текущего шага симуляции, выполняется какое-то время, а потом приостанавливается. Это позволяет коду S-Function завершиться и перейти на следующий шаг.
+- Необходимо закрыть поток программы МК в конце симуляции. Для этого используется особый дефайн для while. Этот дефайн помимо условия while, проверяет условие окончания симуляции. И если симуляцию надо завершить, все бесконечные циклы _while()_ пропускаются и поток доходил до конца функции _main()_ и завершает себя.
+
+Всего оболочка содержит 4 файла:
+- mcu_wrapper.c         &emsp;&emsp;&emsp;                                  - файл, который запускает код МК и управляет его ходом. В нем содержаться функции для запуска/остановки потока программы МК, считывании входов и запись входов S-Function в соответствии с I/O портами МК.
+- MCU.c                 &nbsp;&ensp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;    - базовый файл, который представляет собой исходный код для компиляции S-Function в MATLAB. Вызывает функции из "mcu_wrapper.c"
+- mcu_wrapper_conf.h    &ensp;                                              - общий для mcu_wrapper.c и MCU.c заголовочный файл. Содержит настройки для блока S-Function, а также дефайны для управления ходом программы МК. 
+- run_mex.bat           &nbsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;                            - скрипт для компиляции кода компилятором MSVC. В нем прописываются пути для заголовочных файлов ".h", указываются файлы исходного кода ".c" и прописываются дефайны для компиляции.
+
+#### Эмулятор STM для MATLAB
+В папке "_\MCU_STM32xxx_Matlab_" есть два файла "stm32fxxx_matlab_conf.c/.h". 
+
+В них задаётся используемая периферия и подключаются библиотеки для периферии. Также объявляются функкции для инициализации/деинициализации периферии МК и структуры для эмуляции периферии.
+Симулятор МК находится в папке [STM32F4xx_SIMULINK](#папка-stm32f4xx_simulink).
+
+В папке "_\MCU_STM32xxx_Matlab\Drivers_" находяться стандартные библиотеки для STM/ARM, но переделанные под компилятор MSVC. Всего там две папки: [CMSIS](#папка-cmsis), [STM32F4xx_HAL_Driver](#папка-stm32f4xx_hal_driver).
+
+####### Папка STM32F4xx_SIMULINK
+В этой папке содержаться файлы для эмуляции периферии STM32 в MATLAB. Структура файлов такая же, как в библиотеке HAL: 
+- название серии МК, который эмулируется (matlab), 
+- идентификатор, что это для MATLAB (matlab), 
+- периферия, функции для эмуляции которой содержит конкретный файл (gpio, tim).
+Пример: "stm32f4xx_matlab_tim.c/.h"
+
+####### Папка CMSIS
+"Порт" библиотеки CMSIS для MSVC. Ниже приведен перечень всех файлов и краткое описание зачем они нужны:
+- **arm_defines.h**
+    Содержит ARM дефайны для компиляции в MSVC.
+- **core_cm4_matlab.h**
+    Данный файл является копией "core_cm4.h" с некоторыми изменениями
+    - удалены первые ~160 строк, которые определяют компилятор ARM. 
+    - добавлена структура **имитирующая память ядра** *. Для того, чтобы при обращении по адресам регистров МК не было исключений при чтении по недоступному адресу.
+- **stdint.h**
+    Данный файл является копией "stdint.h", из библиотеки для STM32. (_только все дефайны uint32_t передалны как uint64_t. Т.к. в MATLAB всё компилируется в 64-битном формате, то сохранении адресов в 32-битных переменных, адреса будут усекаться и будут ошибки._) 
+- **stm32f407xx_matlab.h**
+    Данный файл является копией "stm32f407xx.h" с некоторыми изменениями:
+    - добавлен кастомный "stdint.h" (через "", вместо <>)
+    - добавлен "arm_defines.h" с ARM дефайнами для MSVC
+    - добавлен матлабовский "cmsis_armcc_matlab.h" с вместо "cmsis_armcc.h"
+    - добавлена структура **имитирующая память ядра** *. Для того, чтобы при обращении по адресам регистров МК не было исключений при чтении по недоступному адресу.
+- **stm32f4xx.h** - оригинальный файл "stm32f4xx.h".
+- **system_stm32f4xx.h** - оригинальный файл "system_stm32f4xx.h".
+
+_*память ядра не имитируется в полной мере, потому что STM32 - это 32-битный процессор, он имеет 4 Гб памяти. А MATLAB/MSVC делает ограничение на использование не больше 4Гб оперативной памяти. При этом еще есть матлабовские переменные которые тоже занимают место. Поэтому память эмулируется лишь частично. Как имено - задается в дефайнах и структуруре stm32f407xx_matlab.h._
+
+####### Папка STM32F4xx_HAL_Driver
+Данная библиотека является копией HAL, за некоторыми исключениями. В основном касаются макросов для ожидания флага. Т.к. весь МК реализован програмно, то надо самому писать код, который будет выставлять флаги по определенным условиям. Только тогда библиотека HAL будет это считывать и выполнять свои функции. Но далеко не всегда есть необходимость так делать. 
+
+Поэтому, вместо того, чтобы пользоваться оригинальным HAL и писать эмулятор для всего 32-битного контроллера, можно переписать макросы или даже функции целиком под свои нужды.
+
+#### Оболочка приложения
+В папке "_\app_wrapper_" содержаться файлы для настройки взаимодействия между оболочкой МК и пользовательским кодом. Эта оболочка позволяет гибко настраивать как код МК будет интегрирован в симуляцию.
+
+Основные файлы:
+- **app_wrapper.c** - основной файл оболочки приложения, содержит функции для инициализации, выполнения шага и деинициализации
+- **app_init.c** - код для инициализации приложения МК
+- **app_io.c** - работа с буферами ввода-вывода S-Function
+- **app_includes.h** - заголовочный файл для подключения к коду МК
+- **app_wrapper.h** - основные определения и структуры
+
+Оболочка приложения предоставляет несколько секций для настройки:
+- **Includes** - подключение заголовочных файлов пользовательского кода
+- **Dummy** - заглушки для функций и переменных, которые не используются в симуляции
+- **App Init** - код инициализации приложения МК
+- **App Step** - код, выполняемый на каждом шаге симуляции
+- **App Inputs** - работа с входными портами S-Function
+- **App Outputs** - работа с выходными портами S-Function
+- **App Deinit** - код деинициализации приложения
+
+#### Код пользователя
+Данная папка содержит исходный код приложения МК. При этом драйверы и стандартные/HAL библиотеки, которые общие для всех проектов следует помещать в [папку с эмулятором МК](#эмулятор-stm-для-matlab). Чтобы не редактировать исходники общих библиотек (CMSIS/HAL) в каждом проекте.
+
+## Инструкция
+Общий алгоритм портирования кода для симуляции в MATLAB приведен ниже. Все настройки выполняются через графический интерфейс маски блока MCU.
+
+1. **Добавление и базовая настройка блока**
+   - Перетащите блок MCU из библиотеки McuLib.slx в вашу модель
+   - Откройте маску блока (двойной клик на блоке)
+   - На вкладах "Wrapper Parameters", "App Wrapper User Code", "Config Peripheral" укажите пути к папкам:
+     - `Wrapper Path` - путь к оболочке МК (MCU_Wrapper)
+     - `App Wrapper Path` - путь к оболочке приложения (app_wrapper)  
+     - `Peripheral Library Config` - путь к конфигурации периферии (JSON файл)
+
+2. **Настройка портов ввода-вывода**
+   - На вкладке "Порты ввода/вывода" задайте количество входных и выходных портов
+   - Для каждого порта укажите имя и разрядность
+   - Система автоматически сгенерирует соответствующий код в оболочке
+
+3. **Конфигурация периферии** 
+   - На вкладке "Конфигурация периферии" загрузите JSON файл с настройками
+   - GUI автоматически создаст вкладки для каждой периферии (ADC, TIM, GPIO и т.д.)
+   - Настройте параметры каждой периферии через соответствующие вкладки
+
+4. **Настройка оболочки приложения**
+   - На вкладке "Оболочка приложения" выберите нужную секцию кода:
+     - **Includes** - для подключения заголовочных файлов
+     - **Dummy** - для создания заглушек функций
+     - **App Init/Step/Deinit** - для кода инициализации, выполнения и деинициализации
+     - **App Inputs/Outputs** - для работы с портами ввода-вывода
+   - Редактируйте код непосредственно в текстовом поле маски
+   - Сохраните изменения кнопкой "Сохранить код"
+
+5. **Добавление исходных файлов**
+   - На вкладке "Исходные файлы" используйте таблицы для указания:
+     - Путей к заголовочным файлам (.h)
+     - Исходных файлов (.c, .cpp) и библиотек (.obj, .lib)
+   - Добавляйте файлы через кнопки "Добавить файлы" и "Добавить папку"
+
+6. **Компиляция кода**
+   - На вкладке "Компиляция" нажмите кнопку "Скомпилировать"
+   - Выберите режим компиляции:
+     - **Release** - для финальной симуляции
+     - **Debug** - для отладки с точками останова
+   - Следите за процессом компиляции в окне вывода
+   - При [ошибках](#ошибки-при-симуляции) - исправьте код и повторите компиляцию
+
+7. **Запуск симуляции**
+   - После успешной компиляции запустите симуляцию модели
+   - Для [отладки](#как-запустить-отладку) подключитесь к MATLAB.exe из Visual Studio
+   - Установите точки останова в коде МК или оболочки
+
+#### Как запустить отладку
+Для отладки симуляции необходимо приписать в mexing.m в вызове "run_mex.bat" слово debug, тогда код скомпилируется для дебага. После этого необходимо открыть любой(?) редактор кода, например Visual Studio. Открыть папку проекта (там должны быть все исходники программы и эмулятора). И подключиться к MATLAB.exe.
+
+Теперь можно поставить точку в исходном коде эмулятора или программы МК и запустить симуляцию. Когда MATLAB дойдет до этого места, симуляция остановиться и в Visual Studio можно будет посмотреть все переменные, пройти код по строкам и в общем делать всё то, что можно делать в режиме отладки.
+Но отладка рабоатет только один раз. При повторном запуске симуляции остановки не произойдет. Поэтому перед каждой отладкой надо перекомпилировать код.
+
+
+#### Ошибки
+
+##### Ошибки при компиляции
+Самые распространеные ошибки компилятора при портировании нового кода - это ошибки переопределения. Связаны с weak-фукнциями. В MSVC их нет как таковых. Поэтому необходимо закомментировать все weak-функции в HAL или пользовательском коде, чтобы на весь код было только одно определение функции.
+
+##### Ошибки при симуляции
+Обычно это исключения при чтении по недоступному адресу. Связано с разным адресным пространством МК и ПК. Поэтому надо выяснить на какой строке произошло исключение. И смотреть по какому адресу произошла попытка чтения и по какому адресу надо на самом деле считывать. И после этого скорректировать код так, чтобы адрес брался корректный.
+
+Из общих решений - это может быть при попытки чтения по "экзотическим" адресам (bit-banding), для которых [не определено адресное пространство в симуляции](#папка-cmsis).