从C到Simulink: 使用 `simulation_stubs`（仿真存根）处理MBD中的硬件依赖

使用 simulation_stubs（仿真存根）是基于模型设计（MBD）中处理硬件依赖的标准解法。它的核心思想是：在 PC 上仿真时，给编译器看的是"假"的函数定义；在生成代码下载到板子时，才给编译器看"真"的硬件驱动。

下面我手把手教你如何实施这个方案。

核心策略：封装头文件

不要直接在 Simulink 的 C Caller 中包含 stm32f7xx_hal.h 或 FreeRTOS.h。我们要创建一个中间层头文件 （比如叫 app_bsp.h），由它来决定是加载"仿真存根"还是"真实驱动"。

第一步：准备目录结构

在你的工程目录下创建一个专门存放仿真适配代码的文件夹，例如：

text 复制代码

MyProject/
├── simulink_stubs/          <-- 新建这个文件夹
│   └── simulation_stubs.h   <-- 存放假的驱动函数
├── app_code/
│   └── app_bsp.h            <-- 你的算法调用的统一接口头文件
└── Drivers/                 <-- 真实的 STM32 HAL 库 (原有)
    └── ...

第二步：编写仿真存根文件 (`simulation_stubs.h`)

打开 simulink_stubs/simulation_stubs.h，把你在 C Caller 中用到的 STM32 和 FreeRTOS 函数"伪造"出来。
注意：只写你用到的函数，不需要把整个 HAL 库都写一遍。

c 复制代码

/* simulink_stubs/simulation_stubs.h */
#ifndef SIMULATION_STUBS_H
#define SIMULATION_STUBS_H
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
/* ------------------------------------------------------------------
 * 1. 解决芯片型号宏定义问题 (防止 stm32f7xx.h 报错)
 * ------------------------------------------------------------------ */
#ifndef STM32F767xx  // 假设你用的是 767
#define STM32F767xx
#endif
/* ------------------------------------------------------------------
 * 2. 定义基本类型
 * ------------------------------------------------------------------ */
typedef uint32_t TickType_t;
typedef void * QueueHandle_t;
typedef void * TaskHandle_t;
typedef struct { uint32_t dummy; } GPIO_TypeDef;
/* ------------------------------------------------------------------
 * 3. 伪造 STM32 HAL 函数 (示例)
 * ------------------------------------------------------------------ */
// 模拟 GPIO 写入
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
    // 仿真环境下什么都不做，或者打印调试信息
    // printf("GPIO Write: Pin=%d, State=%d\n", GPIO_Pin, PinState);
}
// 模拟延时
void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
    // 在 PC 上不需要精确延时，直接跳过，或者用 sleep(1)
}
/* ------------------------------------------------------------------
 * 4. 伪造 FreeRTOS 函数 (示例)
 * ------------------------------------------------------------------ */
// 模拟队列创建
QueueHandle_t xQueueCreate(uint32_t uxQueueLength, uint32_t uxItemSize)
{
    // 返回一个非空指针假装成功
    return (QueueHandle_t)malloc(100); 
}
// 模拟队列发送
BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait)
{
    // 假装发送成功
    return 1; // pdPASS
}
// 模拟任务延时
void vTaskDelay(TickType_t xTicksToDelay)
{
    // PC 仿真空转
}
#endif /* SIMULATION_STUBS_H */

第三步：编写中间封装头文件 (`app_bsp.h`)

这是最关键的一步。这个文件会根据当前的编译环境自动切换。

c 复制代码

/* app_code/app_bsp.h */
#ifndef APP_BSP_H
#define APP_BSP_H
/* ------------------------------------------------------------------
 * 关键魔法：判断当前是 PC 仿真 还是 生成代码
 * ------------------------------------------------------------------ */
#ifdef MATLAB_MEX_FILE 
    /* 
     * MATLAB_MEX_FILE 是 Simulink 在编译仿真目标时自动定义的宏。
     * 当这个宏存在时，说明我们在 PC 上跑，必须包含仿真存根。
     */
    #include "simulation_stubs.h"
#else
    /* 
     * 否则，说明是在生成代码给嵌入式编译器，包含真实的驱动。
     * 这里的路径请根据你实际项目修改。
     */
    #include "stm32f7xx_hal.h"
    #include "cmsis_os.h"  // FreeRTOS 的头文件
#endif
/* ------------------------------------------------------------------
 * 这里可以放一些你自己的通用宏定义
 * ------------------------------------------------------------------ */
#define APP_LED_PIN    GPIO_PIN_13
#endif /* APP_BSP_H */

第四步：在 Simulink 中进行配置

现在你需要告诉 Simulink，在仿真时去哪里找这些文件。

打开模型配置 (Ctrl+E) -> 仿真目标。
配置包含目录 ：
- 点击 "包含目录" 右侧的文件夹图标。
- 添加你的两个文件夹路径：
  - $(MATLAB_ROOT)/simulink_stubs (存根文件夹)
  - $(MATLAB_ROOT)/app_code (封装头文件夹)
- 重要：在仿真目标的包含路径中，不要包含 Drivers/STM32F7xx_HAL_Driver 或 FreeRTOS/Source/portable 等底层硬件路径！让它们在仿真时"消失"。
C Caller Block 设置 ：
- 在你的 C Caller 模块中，头文件只需包含：
  c 复制代码
```
#include "app_bsp.h"
```
- 不要再写 #include "stm32f7xx_hal.h"。

第五步：测试仿真

点击 "更新图表" 或 "运行"。
此时，编译器会进入 app_bsp.h。
因为是在仿真环境，MATLAB_MEX_FILE 被定义。
编译器会去读 simulation_stubs.h。
它会看到假的 HAL_GPIO_WritePin 和 STM32F767xx 定义，编译通过，逻辑顺利运行。

第六步：如何生成代码下载到板子？

当你准备生成代码时：

在模型配置中，切换到 "代码生成" 选项卡。
找到 "自定义代码" -> "包含目录"（或者在"代码生成 -> 报表"下的相同设置）。
这里你需要添加真实的驱动路径：
- Drivers/STM32F7xx_HAL_Driver/Inc
- Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/include
- ... (所有你需要的真实路径)
预处理器定义 ：
- 这里不需要 加特殊的宏，因为 app_bsp.h 里的 #else 分支会自动处理。
- 确保定义了 STM32F767xx（如果 HAL 需要的话）。
  工作流程总结：
  | 阶段 | MATLAB_MEX_FILE 宏 | 包含的头文件 | 使用的编译器 | 结果 |
  | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
  | Simulink 仿真 | 已定义 (自动) | simulation_stubs.h | MinGW/MSVC | 编译成功 ，运行假函数，算法逻辑验证通过。 |
  | 生成代码 | 未定义 | stm32f7xx_hal.h 等 | ARM Compiler | 编译成功，链接真实硬件驱动，下载板子运行。 |

常见问题与进阶技巧

Q: 我用了 C Caller 自动生成函数原型，它报错说找不到 GPIO_TypeDef 的定义。
A: 在你的 simulation_stubs.h 中，必须把所有 C Caller 用到的结构体（如 GPIO_TypeDef, UART_HandleTypeDef 等）都声明一个空的"假"结构体，就像上面例子中写的：

c 复制代码

typedef struct { uint32_t dummy; } GPIO_TypeDef;

这样 C Caller 的类型检查就能通过了。
Q: 我的算法依赖于全局变量（比如 extern UART_HandleTypeDef huart1;）。
A: 在 simulation_stubs.h 中也需要声明这个全局变量：

c 复制代码

extern UART_HandleTypeDef huart1;

但不要给它分配空间（即不要写 UART_HandleTypeDef huart1;），否则链接时可能会报重复定义。如果仿真时需要用到它的成员，你可以写一个假的初始化函数并在仿真模型的 Init 回调中调用它。

通过这种方式，你就彻底绕过了"PC 编译器无法编译 ARM 代码"的问题，实现了跨平台的算法复用。

从C到Simulink: 使用 `simulation_stubs`（仿真存根）处理MBD中的硬件依赖