利用S函数实现自编模块

　　有些过程用普通的Simulink模块不容易搭建，可以利用s函数编程来实现所需要的模块，S函数可以极大地扩展Simulink的功能，使得Simulink的仿真变得更灵活、更强大。

　　S函数是一种采用Matlab或C语言编写，用以描述动态系统行为的算法语言。它采用一种特殊的调用规则，从而让用户能够同Simulink自身的方程求解器进行交互，这种交互过程同Simulink本身标准模块的工作机制几乎完全相同。

　　要使用S函数，必须了解Simulink的工作机制。Simulink在仿真过程中每隔一段时间就会对模型中的所有模块进行调用，每个模块在调用过程中都会完成诸如输出信号的计算、内部状态变量的更新及其导数的计算等工作。而仿真开始和结束时刻的调用将完成该模块的初始化和扫尾工作。

　　Simulink在仿真过程中反复调用s函数，在调用过程中，Simulink将调用S函数子程序，这些子程序将完成一下工作：

　　（1）在仿真循环开始之前的初始化工作：初始化SimStruct结构，其中包含了关于S函数的相关信息；设置输入输出端口的数目和大小；设置模块的采样周期；分配内存并设置sizes数组。

　　（2）下一个采样时刻的计算：如果设置的是可变步长的积分算法，则计算下一个计算时刻。如果是固定步长，则计算下一个仿真的步长。

　　（3）在最大时间步长内计算模块的输出。这一步完成以后，模块所有的输出都变成有效值。

　　（4）在最小时间步长内更新离散状态。

　　（5）积分过程，这一步一般是针对连续系统而言的。

　　S函数的引导语旬为：［sys，x0，str，ts］＝f（t，x，u，flag，p1，p2，…）。从源程序角度来看，Simulink将t，x，u，flag，p1，p2等参数传递给S函数，同时需要S函数返回sys，x0，str，ts四个向量。它们的具体含义是：

　　t：目前仿真中的实际时间。

　　x：状态向量，可能为空。

　　u：输入向量。

　　flag：表明Simulink不同仿真状态的标志量。

　　sys：依据flag的不同返回不同的结果，如flag＝3，sys返回S函数的输出。

　　x0：初始状态值，如果没有状态变量，则为空向量，在flag＝0时忽略。

　　str：保留为将来使用，必须设置为空矩阵。

　　ts：两列矩阵，记录采样时间和模块的延时时间。

　　在M文件形式的S函数中，Simulink将一个flag的参数传递给S函数，该参数存储了目前仿真的状态，我们必须为每一个flag的值编写适当的函数。表列举了仿真的不同状态下flag的具体以及调用的S函数。

　　表    不同仿真阶段下flag的具体值以及调用的S函数

　　编码实现时，在各个状态对应的函数下编写相应的功能程序即可。本文就是通过这种方法实现了差动双相码、差动码和弥勒码的构建。

　　1． 差动双相码的编码和解码

　　差动双相码的编码规则是：在半个位周期中的任意边沿表示二进制“0”，而没有边沿表示二进制“1”。此外，在每一个位周期开始时，电平都要反向。因此，这种码对接收端来说，位节拍比较容易重建。

　　根据上述内容，结合差动双相码的编码格式，设计的S函数如下：

　　可以用与编码过程类似的方法编程实现差动双相码的解码。解码的思路为：如果这一时刻的输入与上一时刻的输入相同译作“0”，否则译作“1”，由于其滞后性，引入一个位延时。设计的S函数如下：

　　将以上的S函数封装成模块并进行仿真，仿真模型和仿真结果如图1所示。

　　图1 差动双相码的编解码仿真模型与仿真波形

　　2． 差动码的编码与解码

　　与差动双相码的编解码思路相似，根据差动码的编码规则可设计出其编解码的S函数。将其封装成模块并进行仿真，仿真模型和仿真结果如图2所示。

　　图2 差动码的编解码仿真模型与仿真波形

　　3． 米勒码的编码与解码

　　米勒码的编码规则是在半个位周期内的任意边沿表示二进制“1”，而经过下一个位周期中不变的电平表示二进制“0”。一连串的零在位周期开始时产生电平交变。解码时在某位的中间看此时的输入是否与上一时刻相同，相同译做“0”，否则译做“1”。同样，用s函数来设计模块。编程过程与差动双相码格式类似，此处不再赘述。

　　将米勒码的编码与解码封装成Simulink仿真模块并进行仿真，仿真模型和仿真结果如图3所示。

　　图3 米勒码的编解码仿真模型与仿真波形