Design Verifier检查：整型数溢出检查与修复

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[1 整型数溢出](#1 整型数溢出)
[2 建模与检查示例](#2 建模与检查示例)
- [2.1 搭建整型数溢出模型](#2.1 搭建整型数溢出模型)
- [2.2 配置Design Verifier检查](#2.2 配置Design Verifier检查)
- [2.3 查看分析结果](#2.3 查看分析结果)
[3 修复方案](#3 修复方案)
- [3.1 修改输出数据类型](#3.1 修改输出数据类型)
- [3.2 限制输入范围](#3.2 限制输入范围)
[4 总结](#4 总结)

本文介绍Simulink Design Verifier中的整型数溢出检查方法，包括整型数溢出的概念和风险、示例模型的搭建与检查，以及常见的修复方案。Matlab版本为2026a。

1 整型数溢出

整型数据类型能够表示某个整数范围的取值。例如，int8类型的取值范围为-128～127。

假设一个int8类型的输入信号取值为64，经过Gain为2的增益运算后，理论结果为128。如果输出的数据类型也是int8，那就超出了127的上限，造成了整型数溢出。

实际工况中，整型数溢出可能一直不会出现，而是在某些特定的工况下。人工设计测试用例很可能测不出这类问题，使用Design Verifier检查可以有效地识别出该类风险。

新建模型一个slx模型，在模型中依次放置Inport、Gain和Outport模块，如下图。

将根层Inport的输出数据类型设置为int8，如下图。

Gain模块的参数设置如下：

Gain取值设置为2；
Output data type设置为int8；
取消勾选Saturate on integer overflow；

此时Gain模块的输入和输出都是int8。当输入大于63或者小于-64时，乘以2后的结果就会超出int8范围。

另外，Design Verifier要求模型使用固定步长求解器。可以在Model Settings → Solver中将Type设置为Fixed-step。

在Simulink上方的Apps中打开Design Verifier，将分析模式选择为【Design Error Detection】。

在Settings → Design Verifier → Design Error Detection中关闭【Defect Checker】，再启用【Integer overflow】，通过这种方式只检查溢出这一种问题。

配置完成后，点击【Detect Design Errors】执行分析过程。

执行完成后，在弹出地报告窗口中会显示有一条未通过，如下图。

点击下方的【Highlight analysis results on model】，就会将Gain模块高亮显示，表示该处产生了溢出。

鼠标左键点击Gain模块，会在另一个窗口显示问题描述，此处显示为溢出错误，如下图。

如果Gain模块地上游信号真实取值能到到【-128，127】的边界，那没Gain输出信号的取值范围必须覆盖【-256，254】，将Gain模块的Output data type从int8修改为int16，即可完整表示该范围。

这种方案使用了合理的类型表示大范围数据，一定不会出错。

假如上游信号的真实取值不可能达到【-64，63】范围之外，只是使用了int8这个类型，那么即使输出类型使用int8也不会溢出。

在这种情况下，可以在inport的参数配置界面将MinMax取值配置成真实物理取值范围，如【-10，10】。

这样在Design Verifier检查时就能检索到输入信号的范围，从而推算出输出范围是【-20，20】，在int8类型下不会出现溢出，从而不会再报错。

整型数溢出的本质是运算结果超出了数据类型能够表示的范围。溢出后产生非预期的数值大小对嵌入式控制算法具有较大风险。Design Verifier可以在软件设计早期提前识别该风险并修复。