该项目旨在使用Simulink来完成某些计算和仿真，计算工具采用自己的求解器，因此Simulink在这里的作用主要为模拟输入输出接口和触发信号，后续可能会引入优化器来对参数进行优化，本篇作为开头，主要介绍如何使用Simulink调用外部工具。

创建m文件

首先打开Matlab，指定工作路径，在命令行窗口输入edit sfun_callXXX从而在当前路径下创建sfun_callXXX.m文件，输入下述代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
function sfun_callXXX(block)
% Level-2 MATLAB S-Function: 可多次触发执行 XXX.exe，并做路径检查

setup(block);

end

function setup(block)
    % 一个输入端口：触发信号（1 表示触发执行）
    block.NumInputPorts = 1;
    block.SetPreCompInpPortInfoToDynamic;
    block.InputPort(1).Dimensions        = 1;
    block.InputPort(1).DatatypeID        = 0;
    block.InputPort(1).Complexity        = 'Real';
    block.InputPort(1).DirectFeedthrough = true;

    % 一个输出端口：执行状态
    block.NumOutputPorts = 1;
    block.SetPreCompOutPortInfoToDynamic;
    block.OutputPort(1).Dimensions   = 1;
    block.OutputPort(1).DatatypeID   = 0;
    block.OutputPort(1).Complexity   = 'Real';

    % 一个 Dwork 变量：用于保存上一个输入（用于边沿检测）
    block.NumDworks = 1;
    block.Dwork(1).Name            = 'prevInput';
    block.Dwork(1).Dimensions      = 1;
    block.Dwork(1).DatatypeID      = 0;
    block.Dwork(1).Complexity      = 'Real';
    block.Dwork(1).UsedAsDiscState = true;

    % 每 1 秒调用一次
    block.SampleTimes = [1.0 0.0];

    block.SimStateCompliance = 'DefaultSimState';

    block.InitializeConditions = @InitConditions;
    block.Outputs              = @Output;
end

function InitConditions(block)
    block.Dwork(1).Data = 0;  % 初始值：输入未触发
end

function Output(block)
    u = block.InputPort(1).Data;
    prev = block.Dwork(1).Data;

    % 只在输入从 0 → 1 的跳变时执行
    if u == 1 && prev == 0
        % 配置路径
        exePath = 'I:\XXX.exe';
        paramPath = 'C:\Users\pc\Desktop\XXX';

        % 检查 EXE 是否存在
        if ~isfile(exePath)
            warning('[XXX] EXE 路径不存在: %s', exePath);
            block.OutputPort(1).Data = -2;
            block.Dwork(1).Data = u;
            return;
        end

        % 检查参数路径是否存在
        if ~isfolder(paramPath)
            warning('[XXX] 参数路径不存在: %s', paramPath);
            block.OutputPort(1).Data = -3;
            block.Dwork(1).Data = u;
            return;
        end

        % 构造命令
        exePathQuoted = ['"' exePath '"'];
        paramPathQuoted = ['"' paramPath '"'];
        args = ['1|1|' paramPathQuoted];
        cmd = [exePathQuoted ' ' args];

        disp(['[XXX] 正在执行: ' cmd]);

        % 执行命令
        status = system(cmd);

        if status == 0
            block.OutputPort(1).Data = 1;  % 成功
        else
            block.OutputPort(1).Data = -1; % 执行失败
        end
    else
        block.OutputPort(1).Data = 0;  % 无触发
    end

    % 更新 Dwork 状态
    block.Dwork(1).Data = u;
end

该函数的主要作用是在 Simulink 中通过输入触发器调用外部程序 XXX.exe，实现如下特性：

  • 支持多次触发执行，但只在输入信号从 0 到 1 的上升沿执行
  • 执行结果通过输出端口返回状态码：
    • 1 → 执行成功；
    • -1 → 执行失败；
    • -2 → EXE 路径不存在；
    • -3 → 参数路径不存在；
    • 0 → 没有触发。

主函数部分

1
2
3
4
function sfun_callXXX(block)
% Level-2 MATLAB S-Function: 可多次触发执行 XXX.exe，并做路径检查
setup(block);
end

这是主入口函数，Simulink 在加载该 S-Function 时会调用这个函数。block 是代表这个 S-Function 块的对象，包含输入输出、状态等所有接口

1
function setup(block)
1
2
3
4
5
6
block.NumInputPorts = 1;
block.SetPreCompInpPortInfoToDynamic;
block.InputPort(1).Dimensions        = 1;
block.InputPort(1).DatatypeID        = 0;  % double
block.InputPort(1).Complexity        = 'Real';
block.InputPort(1).DirectFeedthrough = true;

设置只有 1 个输入端口，类型为 double 实数，输入数据是一个触发信号，为 1 表示要执行 XXX.exe

1
2
3
4
5
block.NumOutputPorts = 1;
block.SetPreCompOutPortInfoToDynamic;
block.OutputPort(1).Dimensions   = 1;
block.OutputPort(1).DatatypeID   = 0;
block.OutputPort(1).Complexity   = 'Real';

也只有 1 个输出端口，用于输出执行状态

1
2
3
4
5
6
block.NumDworks = 1;
block.Dwork(1).Name            = 'prevInput';
block.Dwork(1).Dimensions      = 1;
block.Dwork(1).DatatypeID      = 0;
block.Dwork(1).Complexity      = 'Real';
block.Dwork(1).UsedAsDiscState = true;

Dwork 是 S-Function 中的离散状态变量，在仿真期间保留，这里用来保存上一时刻的输入值，从而判断是否出现了 0→1 的跳变（上升沿）

1
2
3
4
block.SampleTimes = [1.0 0.0];
block.SimStateCompliance = 'DefaultSimState';
block.InitializeConditions = @InitConditions;
block.Outputs              = @Output;

SampleTimes = [1.0 0.0] → 每 1 秒调用一次 Output 函数，注册初始化函数和主输出函数

初始化函数 InitConditions

1
2
3
function InitConditions(block)
    block.Dwork(1).Data = 0;  % 初始值设为0，表示“未触发”
end

初始化 Dwork 状态变量，表示开始时没有任何触发信号

主执行函数 Output

1
function Output(block)
1
2
u = block.InputPort(1).Data;
prev = block.Dwork(1).Data;

u 是当前输入值，prev 是上一个采样时刻的输入值，用于检测跳变

1
if u == 1 && prev == 0
  • 只有从 0 → 1 的跳变，才执行外部命令
  • 如果持续为 1，不会重复执行
1
2
exePath = '...XXX.exe';
paramPath = '...指定输入';

exePath 是要调用的外部可执行文件路径，paramPath 是输入数据或配置文件的路径

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
if ~isfile(exePath)
    warning('[XXX] EXE 路径不存在: %s', exePath);
    block.OutputPort(1).Data = -2;
    block.Dwork(1).Data = u;
    return;
end

if ~isfolder(paramPath)
    warning('[XXX] 参数路径不存在: %s', paramPath);
    block.OutputPort(1).Data = -3;
    block.Dwork(1).Data = u;
    return;
end
  • 如果 EXE 不存在 → 返回 -2
  • 如果参数目录不存在 → 返回 -3
1
2
3
4
5
exePathQuoted = ['"' exePath '"'];
paramPathQuoted = ['"' paramPath '"'];
args = ['1|1|' paramPathQuoted];
cmd = [exePathQuoted ' ' args];
disp(['[XXX] 正在执行: ' cmd]);

  • 把路径加引号是为了防止路径中有空格报错

  • 执行命令类似于（根据自己的可执行文件进行修改，这里的1|1|是参数需要）

    1
    "I:\...\XXX.exe" 1|1|"C:\Users\...\指定输入"
1
2
3
4
5
6
7
status = system(cmd);

if status == 0
    block.OutputPort(1).Data = 1;  % 成功
else
    block.OutputPort(1).Data = -1; % 失败
end
  • system(cmd) 用于调用系统命令
  • 如果返回值为 0，表示执行成功 → 输出 1
  • 否则 → 输出 -1
1
2
3
else
    block.OutputPort(1).Data = 0;  % 无触发，不执行
end
  • 输入无变化或不是上升沿时，输出 0
1
block.Dwork(1).Data = u;
  • 用当前输入值覆盖 Dwork，供下一次仿真调用使用
输出值 含义
1 成功执行 XXX.exe
-1 执行失败
-2 找不到 EXE
-3 参数目录不存在
0 无触发（未上升沿）

代码流程概览

阶段 Simulink 触发 函数 功能描述
模块加载时 Simulink 加载模型 sfun_callXXX() → setup() 初始化输入输出端口、采样时间、Dwork 状态变量等
仿真开始时 点击仿真按钮 Run InitializeConditions() 将 prevInput 初始化为 0
每个仿真步 每秒调用一次 Output() 检测输入信号是否跳变为 1，如果是就执行 XXX.exe

在Simulink中使用S Function

在命令行窗口输入simulink或直接点击菜单面板“Simulink”来打开Simulink仿真工具，新建空白模型

image-20250708211249478

将该模型保存到当前目录下（与上述.m文件相同），在库浏览器中依次将Constant、Level-2 MATLAB S-Function（不能直接选S-Function，因为我们的代码是针对Level 2的）、Display模块拖入，并连接如下

image-20250708213434637

双击S-Function模块，将 S-function name 设为 sfun_callXXX，确认之后提示出错。

这里的主要原因为MATLAB Level-2 S-Function 的 Dwork 区只能在 PostPropagationSetup() 阶段设置，而目前把 NumDworks 和 Dwork 配置写在了 setup() 里，这是不允许的，修改如下

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
function sfun_callXXX(block)
% Level-2 MATLAB S-Function：检测 0→1 边沿并调用 XXX.exe
    setup(block);
end

%-----------------------------------------------------------%
function setup(block)
%% 1. 端口
block.NumInputPorts  = 1;
block.NumOutputPorts = 1;

block.SetPreCompInpPortInfoToDynamic;
block.SetPreCompOutPortInfoToDynamic;

block.InputPort(1).Dimensions        = 1;
block.InputPort(1).DatatypeID        = 0;   % double
block.InputPort(1).Complexity        = 'Real';
block.InputPort(1).DirectFeedthrough = true;

block.OutputPort(1).Dimensions = 1;
block.OutputPort(1).DatatypeID = 0;
block.OutputPort(1).Complexity = 'Real';

%% 2. 采样时间（每 1 s 执行一次）
block.SampleTimes = [1 0];

%% 3. S-Function 状态机合规
block.SimStateCompliance = 'DefaultSimState';

%% 4. 注册回调 —— 用 RegBlockMethod（关键）
block.RegBlockMethod('PostPropagationSetup', @PostPropSetup);
block.RegBlockMethod('InitializeConditions', @InitConditions);
block.RegBlockMethod('Outputs',              @Output);
end
%-----------------------------------------------------------%
function PostPropSetup(block)
%% Dwork 在此阶段声明
block.NumDworks = 1;
block.Dwork(1).Name            = 'prevInput';
block.Dwork(1).Dimensions      = 1;
block.Dwork(1).DatatypeID      = 0;  % double
block.Dwork(1).Complexity      = 'Real';
block.Dwork(1).UsedAsDiscState = true;
end
%-----------------------------------------------------------%
function InitConditions(block)
%% 仿真开始时：prevInput 置零
block.Dwork(1).Data = 0;
end
%-----------------------------------------------------------%
function Output(block)
%% 边沿检测 + 执行外部 EXE
u    = block.InputPort(1).Data;
prev = block.Dwork(1).Data;

if u == 1 && prev == 0
    % 路径设定
    exePath   = 'I:\XXX.exe';
    paramPath = 'C:\Users\pc\Desktop\XXX';

    % -------- 路径检查（兼容旧版 MATLAB：用 exist） --------
    if exist(exePath,'file') ~= 2
        warning('[XXX] EXE 不存在: %s', exePath);
        block.OutputPort(1).Data = -2;
    elseif exist(paramPath,'dir') ~= 7
        warning('[XXX] 参数路径不存在: %s', paramPath);
        block.OutputPort(1).Data = -3;
    else
        % 构造命令
        cmd = ['"' exePath '" 1|1|"' paramPath '"'];
        disp(['[XXX] 执行: ' cmd]);

        status = system(cmd);
        block.OutputPort(1).Data = double(status == 0) * 2 - 1;  % 1 成功 /-1 失败
    end
else
    block.OutputPort(1).Data = 0;                                % 未触发
end

% 更新上周期输入
block.Dwork(1).Data = u;
end

运行仿真，观察到Display显示为1表明正确调用执行，为了方便截图，我把Display换为Scope，观察如下

image-20250708221912975

第一秒，输入从0→1 调用exe成功并输出1，第二秒没有跳变发生，输出为0

Simulink 对该 S-Function 模块的调用时序如下

时间 执行 来自 S-Function 的函数调用 说明
0s 初始化 setup() → InitializeConditions() 初始化端口、状态变量（prevInput=0）
每秒 仿真步 Output() 被调用一次 判断输入信号是否从 0→1 变化，若是就调用 EXE

假设输入信号如下

步数 输入 u prevInput 是否执行 EXE？ 输出值
1 0 0 否 0
2 1 0 是（跳变） 1 / -1
3 1 1 否 0
4 0 1 否 0
5 1 0 是（跳变） 1 / -1