【研发日记】Matlab/Simulink开箱报告(十)——Signal Routing模块模块

文章目录

前言

Signal Routing模块

虚拟模块和虚拟信号

Mux和Demux

Vector Concatenate和Selector

Bus Creator和Bus Selector

分析和应用

总结

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前言

        见《开箱报告，Simulink Toolbox库模块使用指南（五）——S-Fuction模块(C MEX S-Function)》

        见《开箱报告，Simulink Toolbox库模块使用指南（六）——S-Fuction模块（TLC）》

        见《开箱报告，Simulink Toolbox库模块使用指南（七）——S-Fuction Builder模块》     

        见《研发日记，MatlabSimulink开箱报告(八)——Lookup Table模块》

        见《研发日记，MatlabSimulink开箱报告(九)——Simulink Test模块》

Signal Routing模块

        Signal Routing模块是Simulink中为了降低数据路径复杂度，提高模型搭建效率，把数据进行组合和分解，并实现跨越式传送的一类模块，Mathworks官方Help对该部分内容的说明如下所示：

        Signal Routing模块在Simulink Toolbox库中的位置如下：

        上述library中一些模块的应用都比较基础，不再赘述。本文挑选其中容易混淆的几类，重点对其异同进行辨析。

虚拟模块和虚拟信号

        Simulink® 模块分为两个基本类别：非虚拟模块和虚拟模块。非虚拟模块在系统的仿真中起主动作用。如果您添加或删除非虚拟模块，模型行为将发生改变。虚拟模块有助于以图形方式组织模型。虚拟模块在仿真中不起主动作用，但它们会影响其他模块的执行顺序。有些 Simulink 模块在某些情况下是虚拟的，而在其他情况下是非虚拟的。这种模块称为条件虚拟模块。

        虚拟信号是一种以图形表达方式，不存在于生成的代码中。有些模块（如 Mux 模块）始终生成虚拟信号。有些模块（如 Bus Creator 模块）既可以生成虚拟信号，也可以生成非虚拟信号。如果生成信号的模块是虚拟的，则信号是虚拟信号。非虚拟信号是一种在仿真和代码生成中起主要作用的信号。有些模块（如 Vector Concatenate 模块）始终生成非虚拟信号。如果生成信号的模块是非虚拟的，则信号是非虚拟信号。

Mux和Demux

        Mux模块是将相同数据类型的输入信号合并为虚拟向量，然后基于这个虚拟向量对它们做一些统一的数据处理，这样既可以提高工程师的建模效率，也可以提高模型的可读性，示例如下：

        Tip1：Mux模块的四个输入信号必须是相同的数据类型，比如上图中都是double型；

        Tip2：上述四个信号经过Mux模块后，只是外观看上去匝在一起，但实质上他们之间互不影响。

        Demux模块是Mux模块的逆向操作，把虚拟向量分解开，将元素或者子向量提取并输出。示例如下：

        Tip1：一般情况下要求Deux模块设置的输出端口数与虚拟向量中元素的个数一致，这时是按顺序均匀输出；

        Tip2：如果Demux模块设置的输出端口数比虚拟向量中元素的个数少，这时个别输出上就会自动多一个元素，以虚拟子向量的形式输出；

        Tip3：如果想让Demux模块按照我们的设定输出，就需要在“Number of outputs”中设置对应输出端口的大小。比如[-1, 2, -1]，同时包含正值2和 -1，该模块会首先保证有2个元素分配给第二个端口然后将其余元素均匀地分布在值为 -1 的第一个端口和第三个端口上。

Vector Concatenate和Selector

        Vector Concatenate 模块会把输入信号串联起来创建一个实质性的向量，作为一个Array[n]来使用，示例如下：

        Tip1：Vector Concatenate模块的三个输入端口必须是相同的数据类型，比如上图中都是double型；

        Tip2：输入端口不管是向量或者标量，都会按照顺序被串联起来形成一个新的向量；

        Selector模块是Vector Concatenate模块的逆向操作，可以根据指定的索引提取向量的元素，示例如下：

        Tip1：Selector模块的“Input port size”必须与实际输入向量的大小一致，否则会报错；

Bus Creator和Bus Selector

        Bus Creator 模块将输入信号合并成一个总线，相比前面的Mux和Vector，这里输入的信号可以是不同的数据类型。示例如下：

        Tip1：默认情况下，Bus Creator模块创建的是一个虚拟总线，它类似于用束线带绑在一起的一捆电线，每一根电线都有唯一的名称，粗细颜色各部不同，各自独立工作着。

        Tip2：需要时该模块也可以创建非虚拟总线，这类似于C代码中的结构体，总线与里边的信号存在着较强的父与子关系。虚拟总线和非虚拟总线在线型上有所不同。

        Bus Selector是模块Bus Creator模块的逆操作，可以从总线中按名称提取信号。与前面的Mux和Vector相比，这里不需要按索引Index查询提取，而是直接可以按信号名称提取。示例如下：

Tips：总线除了可以将元素信号提取出来使用外，还能通过Bus to Vector模块转换成向量使用，但是这种转换仅限于虚拟向量。

分析和应用

        为了简化模型外观，可以对信号连接进行组合，为模型组件和模块创建合成接口。上文三种不同的合成接口使用不同的开发情景，对比分析如下：

        虚拟总线可满足合成接口的大多数建模要求，并可灵活地组合不同类型的元素。虚拟总线可减少模块图中线条的复杂度和杂乱无章，并使进一步更改接口变得更容易。例如，如果您必须在组件接口中添加或删除元素，修改总线可能比添加或删除端口更简单。创建虚拟总线时，可以根据信号线的功能对其进行分组。通过将信号连接组织到逻辑分组中，可以降低将来进行重大重构的可能性。如果要在生成的代码中，将总线定义实现为一个结构体，就要考虑将虚拟总线改为非虚拟总线。如果要在子系统（例如 For Each 子系统）中以迭代方式处理大量类型相同的数据，适合选用Vector向量。如果各个子元素还要保持相对的独立性，适合选用Mux虚拟向量。

        如下流程图可以帮助我们选择合适的接口类型：

总结

        以上就是本人在使用Signal Routing模块时，一些个人理解和分析的总结，首先介绍了Signal Routing的基本知识，然后展示它的使用方法，最后分析了该模块的特点和适用场景。

        后续还会分享另外几个最近总结的Simulink Toolbox库模块，欢迎评论区留言、点赞、收藏和关注，这些鼓励和支持都将成文本人持续分享的动力。

        另外，上述例程使用的Demo工程，可以到笔者的主页查找和下载。

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