学会System Generator（10）——支持的MATLAB语法

本文是该系列的第10篇，上一篇介绍了在System Generator设计中使用MCode模块调用MATLAB代码来完成逻辑控制。本文将介绍System Generator支持的所有MATLAB语法。

限于篇幅，本文只记录了经常用到或相对重要的内容，更详细的信息可以参考xilinx官方文档ug958->第一章->MCode小节。

MCode block特性
MCode用于在Simulink环境下执行MATLAB函数。MCode的名称与管脚即为函数名称与函数接口。在将System Generator设计导出到FPGA时，软件会将MATLAB代码转换为对应的HDL模型。MCode经常用于实现一些简单的算法功能、有限状态机和控制逻辑。

调用的MATLAB函数必须遵循以下三条基本规则：

所有的输入和输出必须是Xilinx的定点数据类型（xfix）；

至少包含一个输出；

M文件应在MATLAB的搜索路径下，或与slx模型文件在同一目录。

当初次使用MCode时，会自动调用一个示例文件xlmax.m。博主建议先在slx文件目录下创建好新的m文件，再用Browse定位。

支持的MATLAB语法
1.所支持的MATLAB语法结构包括：

赋值（等号左边只能有一个变量）；

if/else/elseif end语法（条件表达式必须是判断true/false或1/0）；

switch语法（case只能选择常量）、for语法；

加法、减法、乘法、除法（除数必须是2的N次幂，因为可以转换为移位），除此之外，不支持其它算术表达式

关系运算符（<、<=、>、>=、==、~=）

逻辑运算符（&、|、~）

2.所支持的MATLAB函数及其功能列在下表：

xfix数据类型
xfix有三种数据类型：无符号定点数（xlUnsigned）、带符号定点数（xlSigned）、布尔值（xlBoolean）。使用xl_arith()判断数据类型时分别返回1、2、3。需要注意几点：

使用关系运算符得到的结果是布尔类型；

布尔变量不能进行算术操作；

逻辑运算符只能用于布尔变量

编写MATLAB代码时，仍然可以使用整数、浮点数、布尔值来定义常量。整数和布尔值都会自动转换为xifix类型；浮点数需要用xfix()函数转换。xfix()函数还可以完成不同xifix数据类型的转换，其基本形式为：
x = xfix(type_spec, value);

value为待转换的数，type_spec为转换后的数据类型。比如将浮点数π转换为xfix类型：
x = xfix({xlSigned, 20, 16, xlRound, xlWrap}, 3.1415926);

转换后为Fix_20_16格式，Round量化，Wrap溢出（前面的文章中已经解释了这些含义）。量化方式可设置为xlTruncate、xlRound和xlRoundBBanker；溢出方式可设置为xlWrap、xlSaturate、xlThrowOverflow。

xl_state状态变量
在整个仿真过程中，一个MATLAB函数会执行多次，必须保证其中的状态变量在每次执行完时保留其值（类似与C++语言中的static静态变量），否则无法正确实现控制功能。

状态变量在MATLAB中需要用persistent关键词和xl_state函数定义，如下所示：
persistent s, s = xl_state(0, {xlSigned, 4, 0});

该函数有两个参数：第一个0表示状态初始值，必须是常数；第二个参数是状态变量的数据类型，与xfix函数中的type_spec用法相同。状态变量还可以是一个向量，并且拥有许多配套的函数，ug958中给出了多个使用xl_state完成的设计实例。

确保变量被正确转换
MATLAB是一种顺序执行代码，众所周知，HDL代码是并行执行的代码。为了能让MATLAB代码成功的转换为HDL模型，就要确保MATLAB用到的变量也能正确的转换（原文档描述为Variable Availability）。具体来讲就是要保证所有的变量在MATLAB语法的不同分支条件下都能够得到赋值。

ug958给出了一个示例代码：
function [x, y, z] = test1(a, b)
x = a;
if a>b
x = a + b; y = a;
end
switch a
case 0
z = a + b;
case 1
z = a - b;
end

其中y变量只在“if a>b”的条件下赋值，而不清楚另一种情况下怎么办；z变量在switch的其它情况下也不知道该怎么办（switch没有otherwise）。在执行时MATLAB都会报错。x变量虽然也没有在if对应的else条件中赋值，但其已经提前赋值“x=a”，这样在else时会默认保留原值，该变量满足Variable Availability。

文章来源：FPGADesigner的博客
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