C Caller ブロックを使用した C コードの統合

C Caller ブロックを使用して Simulink^® に新規または既存の C コードを統合できます。Simulink モデルでカスタムブロックを作成するには、C Caller ブロックによって、外部のソースコードおよびライブラリで指定された外部 C 関数を呼び出すことができます。C Caller ブロックのメリットには次のものがあります。

単純な C 関数の自動化された統合
Simulink Coverage™、Simulink Test™、および Simulink Design Verifier™ との統合
Simulink Coder™ との統合

C Caller ブロックと C Function ブロックにより C アルゴリズムを Simulink に持ち込むことができます。動的システムをモデル化するには、代わりに S-Function Builder を使用します。次のステップでは、C Caller ブロックを使用して Simulink に C コードを統合するワークフローを説明します。

メモ

Simulink へのカスタム C コード統合でサポートされる C 言語の標準バージョンは C99 です。

ソースコードと依存関係の指定

C 関数を含む外部ソースコードファイルを指定します。

Simulink ツールストリップから [コンフィギュレーションパラメーター] を開きます。
左側のペインで [シミュレーションターゲット] を選択します。
[インクルードヘッダー] を選択して、ヘッダーファイルの名前を #include タグと共に入力します。

ディレクトリとファイルパスは、絶対パスでもモデルディレクトリまたは現在の作業ディレクトリへの相対パスでもかまいません。カスタムコードへの相対パスの指定 (Stateflow)を参照してください。
ヒント
次の手順で [ソースファイル] の情報を入力した後、[ソースファイルからのオートフィル] をクリックすると、ソースファイルに含まれる情報を使用してヘッダーファイルの名前を自動で入力できます。
[ソースファイル] を選択し、ソースファイルのパスと名前を入力します。モデルとソースファイルが異なるディレクトリにある場合、ファイル名の前にソースファイルが含まれているディレクトリを入力します。
[インクルードディレクトリ] を選択し、ヘッダーファイルなどの追加のビルド情報が格納されているフォルダーを入力します。

カスタムコードを正常に解析してビルドできることを確認するには、[検証] をクリックします。

メモ

ヘッダーファイルで宣言されている関数のうち、ソースファイルで定義されていない関数は、既定では C Caller ブロックのダイアログに表示されません。[コンフィギュレーションパラメーター] の [未定義の関数の処理] パラメーターを設定することで、エラーをスローする、スタブ関数を生成する、条件を無視するなど、この状況における動作として別の処理を指定できます。

メモ

C Caller ブロックを For Each Subsystem 内で使用する、または連続サンプル時間を指定して使用する、あるいは条件付き入力分岐実行でブロックの使用を最適化するには、ブロックによって呼び出されるカスタムコード関数が確定的、つまり同じ入力に対して常に同じ出力を生成しなければなりません。[シミュレーションターゲット] ペインで [確定的な関数] および [関数別に指定] パラメーターを使用して、確定的なカスタムコード関数を特定します。条件付き入力分岐実行の例については、Use C Caller Block with Conditional Executionを参照してください。

N 次元配列の処理

Simulink では、N 次元配列データを C Caller ブロックのカスタムコード関数に渡し、それらのブロックからデータを受け取ることができます。この場合、意図した結果を得るには、正しい配列レイアウトを指定する必要があります。[既定の関数配列のレイアウト] および [関数による例外] を参照してください。C Caller ブロックで配列データを使用する例については、カスタムイメージフィルターアルゴリズムを Simulink で再利用可能なブロックとして使用およびC Caller ブロックを使用したレガシルックアップテーブル関数を参照してください。

C 関数で行列データを処理する順序を指定できます。C 関数との間で受け渡される行列データは、必要に応じて指定した配列レイアウトに変換されます。配列レイアウトが指定されていない場合、行列データは C 関数を通じて Simulink データと同じ順序で渡され、行優先と列優先の不一致により計算エラーが発生することがあります。すべての Simulink データについて同じ既定の関数配列レイアウトに従うようにしてください。

列優先 — C 関数で入力配列データを列優先の順序で処理します。3 行 3 列の行列があるとします。C 関数では、この行列に 1 列目、2 列目、3 列目の順にアクセスします。
行優先 — C 関数で入力配列データを行優先の順序で処理します。3 行 3 列の行列があるとします。C 関数では、この行列に 1 行目、2 行目、3 行目の順にアクセスします。
任意 — C 関数で入力配列データのレイアウトを考慮しません。たとえば、データに対して要素単位の演算しか実行しない関数などが該当します。
指定なし — C 関数で入力配列データのレイアウトに関する仮定を行いません。[任意] 設定と異なるのは、列優先設定でしかコードを生成できないことです。行優先設定でコードを生成しようとするとエラーになります。[配列のレイアウト] (Simulink Coder) を参照してください。このオプションは、古いモデルとの互換性のために必要な場合にのみ選択します。

Simulink での行優先および列優先の配列レイアウトの詳細については、既定の関数配列のレイアウトを参照してください。

[既定の関数配列のレイアウト] で配列レイアウトオプションを選択します。
特定の配列レイアウトをコードの関数のいくつかに適用する必要がある場合、[関数による例外] をクリックしてこれらの関数を選択します。
[適用] をクリックして変更を受け入れます。

C 関数がスカラー、ベクトル、またはその両方の入力しか受け入れない場合、[既定の関数配列のレイアウト] を設定しても効果はありません。

C Caller ブロックの呼び出しと端子の指定

Simulink キャンバスで C Caller を入力するだけで、Simulink へのカスタム C コード統合を開始できます。または、C Caller ブロックを User-Defined Functions ライブラリからキャンバスにドラッグします。ブロックをダブルクリックして [ブロックパラメーター] ダイアログボックスを開いて、関数の名前と端子の指定を確認します。

[更新] ボタンをクリックしてソースコードとその依存関係をインポートします。
C 関数が [関数名] の下に表示されます。関数の完全なリストが表示されない場合は、をクリックしてソースコードを再インポートします。
ソースファイル内の関数定義を表示するには、をクリックします。選択した関数のソースコードは、MATLAB^® エディターに表示されます。ソースコードが利用できない場合、ヘッダーファイル内の関数宣言が表示されます。
ソースファイルとその依存関係を変更する、または関数配列レイアウトを定義して選択するには、カスタムコード設定ボタンをクリックして、[モデルコンフィギュレーションパラメーター] の [シミュレーションターゲット] ペインを開きます。

C 関数の引数の Simulink 端子へのマッピング

C Caller ブロックの [端子仕様] テーブルを使用するか、コマンドラインで FunctionPortSpecification オブジェクトを作成することで、C 関数の引数をソースコードから Simulink 端子にマッピングできます。ソースコードで、ヘッダーファイルには Simulink 端子に接続される C 関数の引数が含まれています。

extern void mean_filter(const unsigned char* src,
                           unsigned char* dst,
                           unsigned int width, unsigned int height,
                           unsigned int filterSize);

[端子仕様] テーブルによって、引数の詳細とそれらが Simulink で C Caller ブロックにどのように接続されるかが表示されます。

テーブルには次の列があります。

名前

入力および出力引数の名前を指定します。[名前] は、ソースコードからの C 関数で定義されている、関数の引数またはパラメーターの名前です。この列は参照目的でのみ使用されます。

スコープ

C 関数の引数が Simulink のスコープにどのようにマッピングされるかを指定します。引数には関数の定義により既定のスコープがあり、そのスコープをソースコードの関数定義によって変更できます。

Simulink スコープ	スコープからブロックへのマッピング
`Input`	ブロック入力端子
`Output`	ブロック出力端子
`InputOutput`	ブロックの入力端子と出力端子
`Global`	該当なし
`Parameter`	ブロックの調整可能なパラメーター
`Constant`	定数値

ポインターで渡される引数では、その引数が const double *u のような定数の修飾子定義をもつ場合、その引数は Input または Parameter のみです。定数の修飾子がない場合、引数は既定で InputOutput であり、それを Input、Output、または Parameter スコープに変更できます。Input または Parameter スコープの場合、ポインターが指しているメモリが C 関数によって変更されないようにしてください。引数が Output スコープである場合、このポインターで示される各要素はこの関数の呼び出しのたびに再割り当てされます。

C 引数	Simulink スコープ
関数の戻り	`Output`
`double u`	`Input`、`Parameter`、`Constant`
`double *u` `double u[]` `double u[][2]` `double u[2][3]`	`InputOutput` (既定)、`Output`、`Input`、`Parameter`
`const double *u` `const double u[]` `const double u[][2]` `const double u[2][3]`	`Input` (既定)、`Parameter`

[InputOutput] スコープを使用して、C 関数のポインターで渡された入力をマッピングします。[InputOutput] スコープを使用して作成された端子の名前は、入力端子と出力端子で同じです。[InputOutput] スコープを使用すると、入力端子と出力端子のバッファーの再利用が有効になります。これにより、信号のサイズとブロックレイアウトに応じてメモリの使用量が最適化されます。

C 関数の引数を [InputOutput] スコープにマッピングするには、関数において変数をポインターとして定義します。

extern void mean_filter(unsigned char* src,
                           unsigned int width, unsigned int height,
                           unsigned int filterSize);

次に、[端子仕様] テーブルでスコープを [InputOutput] に設定し、結果として生じる関数出力をカスタム関数の入力変数に代入します。

カスタムコードのグローバル変数を使用して、それらの変数を適切な Simulink スコープにマッピングできます。モデルでのグローバル変数の使用を有効にするには、[モデル設定] 、 [コンフィギュレーションパラメーター] 、 [シミュレーションターゲット]からグローバル変数を関数インターフェイスとして有効にするを選択します。グローバル変数を C Caller ブロックの [Input]、[Output]、[InputOutput] または [Global] スコープにマッピングできます。これらのスコープの可用性は、カスタムコードのグローバル変数の仕様によって異なります。

[Global] スコープでは、カスタムコードと C Caller ブロック間でデータを転送でき、ブロックで計算中にグローバル変数を使用できます。[Global] スコープを使用して転送された値はブロックインターフェイスで表示できません。次の表は、コード例の抜粋とその既定端子および使用可能な端子を示しています。

コード例 Simulink スコープ

コード例	Simulink スコープ
double data; void foo(void) { int temp = data; }	グローバル変数では変数 `data` のみ読み取ります。次のスコープが使用できます。 `Input` (既定) `Global`
double data; void bar(void) { data = 0; }	データはグローバル変数に書き込まれます。次のスコープが使用できます。 `Output` (既定) `Global` `InputOutput`
double data; void foo2(void) { data = data + 1; }	データはグローバル変数で読み取りと書き込みの両方が実行されます。次のスコープが使用できます。 `Global` (既定) `InputOutput` `Output`

double data;

void foo(void)
    {
        int temp = data;  
    }

グローバル変数では変数 data のみ読み取ります。次のスコープが使用できます。

Input (既定)

Global

double data;

void bar(void)
    {
        data = 0;
    }

データはグローバル変数に書き込まれます。次のスコープが使用できます。

Output (既定)

Global

InputOutput

double data;

void foo2(void)
    {
        data = data + 1;
    }

データはグローバル変数で読み取りと書き込みの両方が実行されます。次のスコープが使用できます。

Global (既定)

InputOutput

Output

ラベル

Simulink ブロックの対応する引数のラベルを示します。既定では、引数のラベルは、変更しない限り引数名と同じです。[スコープ] を変更して、端子ラベルのオプションを設定します。

スコープ	Simulink 端子のラベル
`Input`、`Output`	端子の名前
`InputOutput`	入力端子と出力端子両方の端子の名
`Global`	端子名とグローバル変数名
`パラメーター`	パラメーター名
`Constant`	定数値の式。入力引数の名前のサイズ式。例: `size(in1,1)`

型

引数のデータ型を指定します。C 関数のデータ型は、Simulink の等価なデータ型と一致する必要があります。次の表は、C Caller ブロックで使用できるサポートされている C データ型と、等価な Simulink データ型を示しています。

C 引数のデータ型	Simulink データ型
符号付き char/符号なし char	int8/unit8
char	int8 または uint8 (コンパイラによる)
int/符号なし int^*	int32/unit32
short/符号なし short^*	int16/unit16
long/符号なし long^*	int32/uint32 または int64/unit64 (オペレーティングシステムによる)
long long/符号なし long long^*	int64/uint64
float	single
double	double
int8_t/uint8_t^*	int8/uint8
int16_t/unit16_t^*	int16/unit16
int32_t/unit32_t^*	int32/uint32
int64_t/unit64_t^*	int64/uint64
bool	boolean
typedef struct {…} AStruct^**	Bus:AStruct
typedef enum {..} AnEnum^**	Enum:AnEnum
* C Caller が整数型を取る場合 (例: int16_t)、一致する基本データ型の固定小数点型 (例: fixdt(1, 16, 3)) に変更できます。 ** C Caller 同期ボタンによって、C 関数によって使用される struct または列挙型を Simulink バスおよび列挙型としてインポートできます。

サイズ

引数のデータの次元を指定します。

C 引数の次元	Simulink 端子の次元
`double u`	スカラー (`1`)
`double u[]` `double u[][2]`	継承 (`-1`) (既定) 引数が出力端子用の場合、そのサイズを指定する必要があり、その引数が `[InputOutput]` スコープにマッピングされているか、モデルコンフィギュレーションパラメーターの [カスタムコードのシミュレーションを別のプロセスで行う] が選択されていない限り、サイズが継承されることはありません。
`double *u`	継承 (`-1`) (既定) 引数が出力端子用の場合、そのサイズを指定する必要があり、その引数が `[InputOutput]` スコープにマッピングされているか、モデルコンフィギュレーションパラメーターの [カスタムコードのシミュレーションを別のプロセスで行う] が選択されていない限り、サイズが継承されることはありません。グローバル変数の場合、サイズはスカラー (`1`) です。
`double u[2][3]`	サイズは `[2, 3]` です。

`FunctionPortSpecification` オブジェクトの作成と C Caller ブロックプロパティの編集

[端子仕様] テーブルプロパティをプログラムで変更するには、FunctionPortSpecification オブジェクトを作成して、そのプロパティを変更します。モデル内の選択された C Caller ブロック用に FunctionPortSpecification オブジェクトを作成するには、コマンドラインに次を入力します。

myCCallerConfigObj = get_param(gcb, 'FunctionPortSpecification')

myCCallerConfigObj = 

  FunctionPortSpecification with properties:

        CPrototype:  'real_T add(real_T u1, real_T u2);'
    InputArguments:  [1×2 Simulink.CustomCode.FunctionArgument]
    ReturnArgument:  [1×1 Simulink.CustomCode.FunctionArgument] 
    GlobalArguments: [1×0 Simulink.CustomCode.FunctionArgument]

CPrototype プロパティは読み取り専用であり、C 関数の入力変数の宣言を示します。InputArgument プロパティと ReturnArgument プロパティによって作成される FunctionArgument オブジェクトは、上記の [端子仕様] テーブル用に定義されたルールに従って、そのプロパティをさらに編集できます。詳細については、FunctionPortSpecification を参照してください。

C Caller ブロックでグローバル引数を変更するには、getGlobalArg を使用して GlobalArguments オブジェクトへのハンドルを作成し、そのプロパティを修正します。

カスタム C Caller ライブラリの作成

ライブラリモデルを作成して C Caller ブロックをグループ化し、モデルを整理した状態に維持することをお勧めします。データディクショナリをライブラリにリンクして、コードで定義したカスタム型を保持することもできます。ライブラリモデルを使用すると、複数のモデルがある場合やカスタム C コードを使用するモデル参照階層がある場合に特に便利です。

新しいライブラリモデルを開きます。[シミュレーション] タブで、[新規] 、 [ライブラリ] を選択します。
[モデル化] タブの [設計] で、[シミュレーションのカスタムコード] をクリックします。
コードによって [言語] オプションで C または C++ を選択し、[カスタムコードのインポート] ボックスがオンになっていることを確認します。
ソースコードと依存関係の指定の説明に従ってソースファイルとその依存関係を追加します。
C Caller ブロックを作成して C 関数を呼び出します。
ライブラリモデルから Simulink モデルにブロックを挿入するには、単純にブロックをモデルにドラッグします。

Simulink コードインポーターを使用してカスタムコードから C Caller ブロックのライブラリを作成することもできます。Simulink コードインポーターを使用したカスタム C/C++ コードのインポートを参照してください。

カスタムコードのデバッグ

Simulink 内からコードをデバッグするには、外部デバッガーを起動し、カスタムコードにブレークポイントを設定します。詳細については、Debug Custom C/C++ Codeを参照してください。

モデルからのコードの生成

C Caller はコード生成をサポートします。モデルから生成されたコードでは、C Caller ブロックの各実行が、ブロックに関連付けられた外部 C 関数の呼び出しに対応します。生成コードをビルドするには、[モデルコンフィギュレーションパラメーター] の [コード生成]、[カスタムコード] ペインにカスタムコードに関する正しい情報が入力されている必要があります。モデルコンフィギュレーションパラメーター: コード生成のカスタムコード (Simulink Coder)を参照してください。

制限

グローバル変数 — 関数の入出力としてのグローバル変数は、多次元配列をサポートしません。
カスタムコード設定の初期化/終了 — カスタムコードにメモリを割り当てたり割り当て解除したりする必要がある場合は、カスタムコード設定の [初期化関数] および [終了関数] フィールドに割り当ておよび割り当て解除を挿入するか、C Function ブロックを使用します。
複素数データのサポート — C Caller ブロックは Simulink の複素数データ型をサポートしません。
可変引数 — C の可変引数はサポートされません (たとえば、int sprintf(char *str, const char *format, ...))。
C++ 構文 — C Caller ブロックはネイティブの C++ 構文を直接サポートしません。C++ コードとインターフェイスする C 関数ラッパーを記述する必要があります。

C Caller ブロックを含むモデルをテストする場合は、Test Integrated C Code (Simulink Test)を参照してください。

メモ

モデルにカスタムコードが含まれる場合、モデルが更新または実行されると、読み込まれたカスタムコードのシミュレーション実行可能ファイルが原因で slprj フォルダーがロックされる場合があります。フォルダーはロックされると削除できません。実行可能ファイルをアンロードして、slprj フォルダーのロックを解除するには、clear mex コマンドを使用します。clearを参照してください。

参考