1.2 运用Simulink实现自动代码生成
　　自动代码生成处于V模式的最底层，是整个开发过程中最为关键的一步，其目的是实现开发过程中的快速迭代以提高开发效率。代码生成的质量直接影响系统的可靠性和稳定性。
　　图2为基于MATLAB/Simulink" title="MATLAB/Simulink">MATLAB/Simulink的DSP自动代码生成流程^[2]。Simulink是一种对于动态系统进行多域仿真和基于模型设计的平台，它提供了一个交互式的图形环境和丰富的模块库" title="模块库">模块库。根据系统的功能要求，首先在MATLAB/Simulink环境下搭建系统模型，并且进行仿真分析。使用Simulink调试器检查仿真结果以及定位和诊断模型中的意外行为。一旦结果得到了验证，便可以通过RTW(Real-time workshop)自动生成面向TI编译器的C语言工程文件，并进一步完成编译、连接和下载，最终在硬件平台上运行。

　　RTW是和MATLAB、Simulink一起使用的一个工具，运用它直接从Simulink模型生成代码并且自动建立可以实时运行的程序。在默认情况下，RTW生成的是高度优化和完全注释的Ｃ代码。除了MATLAB function模块和调用M文件S函数的模块以外，任何Simulink模型都可以生成代码，包括线性、非线性、连续、离散以及混合模型^[3]。
　　从整个过程来看，工程师只需在Simulink中搭建模型和验证模型的正确性，不需要书写任何代码，即可得到可靠、准确的代码。
2 嵌入式Target for TI C2000工具箱
　　Target for TI C2000将TI公司的eXpressDSP工具集成到Simulink中，它是MATLAB与TI CCS的连接工具，可以使MATLAB、MATLAB工具箱、TI Code Composer Studio集成开发环境（CCS IDE）以及RTDX（Real-Time Data Exchange）协同工作。
　　Target for TI C2000工具箱由三部分组成^[3]：常用工具、芯片外围设备模块库、优化库。常用工具包括实时数据交换通道模块、目标控制器基本参数设置模块和CAN通讯设置模块。该工具箱支持C281x系列、C280x系列以及C2400系列的DSP。优化库包含定点运算库和数字电机控制库。
　　Simulink可支持四类C280x DSP外围设备模块库：存储器的读写模块、中断管理模块、控制模块以及通讯模块。除了不支持IIC通讯模块以外，该模块库对C280x DSP板上所有的模块都提供了很好的支持。用户在调用DSP的这些模块时，只需对相应的模块进行参数设置和选择，不需要关心底层是如何实现，整个模型的搭建过程就像堆积木一样简单。
3 自动生成代码在电池管理系统中的应用
3.1 电池管理系统的功能描述
　　BMS燃料电池车用锂离子电池管理系统BMS（Battery Management System）是一个嵌入式实时监控系统，应具备以下功能^[4]：电池状态监控，包括电池工作电压、工作电流和工作温度的测量和信号处理；特定状态下的最大充、放电功率计算；特定工况下电池组荷电状态SoC（State of Charge）、寿命状态SoH（State of Health）的估算；高压预充电、过充和过放保护、绝缘检测和漏电保护；电池的均衡和热管理；故障诊断以及与整车控制器通讯。图3为BMS系统框图。

　　由于汽车在处于停车状态时，BMS仍需每隔一定的时间对电池进行监控，所以在长时间停车时，BMS不可将蓄电池存储的电量耗完，否则汽车将无法启动。因此在停车时，BMS必须进入低功耗模式。当汽车开动时，从KL15传来的点火信号将控制器从低功耗模式唤醒，进入正常工作模式。
3.2 控制器的选择
　　从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，在实时参数估计、SoC估算中，算法复杂且运算量大，控制器需要在较短的时间间隔内完成复杂的递推运算，这对控制器的计算能力和计算速度要求更高。传统的电池管理系统采用单片机作为控制器，由于单片机侧重于控制而实时数据运算能力有限，所以无法很好地满足BMS的要求。TI公司的TMS320C2000系列DSP集微控制器和高性能DSP的特点于一身，具有强大的控制和信号处理能力，能够实现复杂的控制算法。该系列DSP上整合了Flash存储器、快速高精度的A/D转换器、两路增强的CAN模块、事件管理器、正交编码电路接口、多通道缓冲串口等外设。32位定点运算的C2808 DSP能够在一个周期内完成32×32位的乘法累加运算，或两个16×16位乘法累加运算。此外，可以在一个周期内对任何内存地址完成读取、修改、写入操作，使得效率和程序代码达到最佳，完全满足实时控制的要求^[5]。
3.3 电池参数辨识和SoC估计算法
　　电池监控必需先进行建模，实时检测电池的电压、电流以及温度，根据这些数据对模型的参数进行辨识，从而间接地估计电池内部的情况。图4为锂离子动力电池模型^[6]，模型中利用C0描述电池的容量，R0描述电池的等效欧姆内阻，用时间常数较小的R1、C1环节描述锂离子在电极间传输时受到的阻抗，时间常数较大的R2、C2环节描述锂离子在电极材料中扩散时受到的阻抗。该模型中的参数都可以通过参数辨识的方法得到。

　　为了实现自适应控制和跟踪随时间变化的参数，在辨识过程中采用递推的最小二乘法。电池内部参数根据电压、电流信号每次的采样值进行更新，其基本思想是本次的估计值等于上一次的估计值加上一个修正项，修正项的大小取决于模型的输出与实际输出的差项。该方法要求在下次采样之前必须完成一步递推运算。
　　在装车运行时，整车控制器需要BMS提供高精度的SoC，一般估计精度要小于5%。电池的SoC是不能直接得到的，只能通过对电池电压、电流、温度、内阻等参数进行测量间接估算得到。而且这些参数又与电池老化程度、电池单体不均匀性等有关。目前常见的方法有开路电压法、电流积分法等。
3.4 基于CAN总线的标定模块
　　由于汽车上网络系统的广泛应用，基于网络连接的控制单元标定和传统的匹配标定方法有很大的不同。基于CAN的电子控制单元的标定是电池管理系统控制器开发的一个重要环节。CCP(CAN Cali-bration Protocol)是CAN总线的标定协议，目前已经得到汽车厂商的广泛应用。利用该协议可以快速有效地对控制器进行标定。在电池管理系统中，可以利用CCP实现实时在线测试、传感器的监测和标定、报警或出错阈值的调整以及通过CAN下载程序。
　　在传统的手写代码的控制器设计过程中，基于CCP协议的标定需要支持CCP协议的驱动程序。由于ECU底层程序和CCP协议的驱动程序各不相同，将CCP驱动程序结合到ECU中需要耗费大量时间。MATLAB 2007b中新增了基于CAN总线的标定模块。将该模块放入Simulink模型中，并设置好相关参数，便可以自动生成能够实现CCP标定的代码了。
3.5 在Simulink中建立模型
　　在建模的最开始必需把C2000 DSP chip support 中的F2808 eZdsp 模块放到模型中。该模块是对DSP的基本信息进行设置，包括芯片的选择、锁相环时钟频率的选择、存储器地址分配，以及外围设备的一些基本设置。
　　传感器输出模拟信号和数字信号，对于模拟信号可以用A/D转换模块进行转换，对于数字信号可以用GPIO或者CAP捕获模块处理。经硬件滤波后的模拟采样信号还不够理想，在该模型中可以对采样信号进行快速傅立叶变换，分析出噪声信号的频率特性，并设计出相应的数字滤波器，对采样信号进行进一步滤波。执行器的控制可以用GPIO或者PWM模块进行控制。
　　由于SoC和SoH以及控制算法较为复杂，可以用S-function模块实现。S-function是一个动态系统的计算机语言描述，是扩展Simulink模块库的有力工具，它采用一种特定的调用语法，实现函数和Simulink解法器之间的交互。Simulink中的电池管理系统模型如图5所示。

3.6 自动代码生成、编译以及运行
　　在Simulink中仿真运行无误后，便可以从模型直接生成控制算法代码了。Simulink在内部调用real-time workshop build 并且自动打开TI的集成开发环境CCS，生成的代码经过编译自动生成可执行的最终控制程序。通过USB接口仿真器和14pin标准JTAG调试连接线将程序烧入目标系统中。
　　C2808 DSP有两种运行模式，一种是通过仿真器将程序下载到RAM中运行，这种运行模式中可以通过仿真器在CCS中设置断点、单步运行、查看存储器等，对程序的运行情况进行实时监控和调试。另外一种模式是将程序下载到Flash中单独运行，这种运行模式不需要CCS 的介入。一般在实验调试阶段采用RAM模式，调试成功以后再采用Flash模式单独运行。
　　利用设计出的控制器进行电流和电压采样，电压采样精度为1/1000, 电流采样精度小于5/1000。设计的SoC算法能够在DSP上在30ms内完成一步递推运算，满足电池管理系统实时操作的要求。运行自动生成的代码并结合Vector公司的CANape工具成功实现CCP协议对RAM和Flash存储器中参数的在线标定。图6是测量电压和模型输出电压的比较。从图中可以看出，测量电压与模型输出电压相当吻合，证实了代码的正确性。