MWORKS.Sysplorer外部接口外部函數(shù)(C/C++/Fortran)李鵬宇蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司2025年4月23日目錄1.Modelica外部函數(shù)概況2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用C3.外部函數(shù)高級-Modelica調(diào)用c++/Fortran高級特性和外部編輯器4.常見問題說明1.1Modelica為什么要支持外部函數(shù)許多工程應(yīng)用程序需要與其他軟件進(jìn)行集成。使用外部函數(shù)，Modelica可以方便地與其他編程語言和軟件進(jìn)行交互，如MATLAB、Simulink、LabVIEW和Python等。Modelica通過使用外部函數(shù)可以輕松地集成其他編程語言編寫的庫，如數(shù)學(xué)庫和物理模型庫，從而擴(kuò)展其功能。這可以讓用戶更加靈活地選擇合適的庫來解決特定的問題。提高M(jìn)odelica的靈活性和可擴(kuò)展性加速仿真過程外部函數(shù)可以使用高效的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來加速仿真過程。例如，如果Modelica無法快速求解一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，可以使用外部函數(shù)來調(diào)用數(shù)值計(jì)算庫來解決該問題，從而加速仿真過程。支持與其他軟件的集成1.2外部函數(shù)簡介CC++Fortran外部函數(shù)Modelica模型doublegetreal_arg(doublea){ returna*2;}Python其他DLLEXEfunction

IncTest1

input

Real

dummy_u;

output

Real

dummy_y;

//外部函數(shù)聲明external

"C"dummy_y

=

getreal_arg(dummy_u)

annotation

(IncludeDirectory="modelica://ExternalFunctions/Resources/Include",

Include="#include\"useabc.c\"");

end

IncTest1;示例：C函數(shù)調(diào)用Modelica模型能被C調(diào)用的對象都可以1.2外部函數(shù)簡介function

IncTest1

input

Real

dummy_u;

output

Real

dummy_y;

//外部函數(shù)聲明external

"C"dummy_y

=

getreal_arg(dummy_u)

annotation

(IncludeDirectory="modelica://ExternalFunctions/Resources/Include",

Include="#include\"useabc.c\"");

end

IncTest1;Tips：這里IncludeDirectory注解中.c文件所在路徑采用了Modelica模式URI的方式來表示：說明見下頁對應(yīng)文件夾本示例路徑：軟件安裝目錄..\Docs\Samples\ExternalFunctions函數(shù)聲明引用配置1.2外部函數(shù)簡介Modelica模式URI說明：

使用MWORKS.Sysplorer建模時，有可能用到數(shù)據(jù)文件等外部資源。要使模型仿真時能正確找到相應(yīng)的文件，建模時需要遵循相應(yīng)的規(guī)范。外部資源統(tǒng)一以Modelica模式的URI表示，其形式為：modelica://Package_Name/Relative_PathPackage_Name是Modelica模型中package的名字，Relative_Path是相對路徑。這種URI在模型翻譯后得到絕對路徑，取Package_Name所在文件位于的文件夾作為基準(zhǔn)路徑，與Relative_Path組合形成完整的本地路徑。示例：modelica://Modelica.Mechanics/C.jpgmodelica://Modelica/Mechanics/C.jpg假設(shè)Modelica所在的package.mo文件位于“C:\Modelica3.2.1\Modelica”，而Modelica.Mechanics所在的.mo文件位于“C:\Modelica3.2.1\Modelica\Mechanics”，那么，這兩個都表示同一個文件“C:\Modelica3.2.1\Modelica\Mechanics\C.jpg”。1.2外部函數(shù)簡介ModelicaC輸入輸出Realdoubledouble*Integerintint*Booleanintint*Stringconstchar*constchar**Enumerationtypeintint*基本類型復(fù)合類型數(shù)組：基本類型地址的傳遞結(jié)構(gòu)體：Modelica中使用記錄類record對應(yīng)1.2外部函數(shù)簡介return指針變量C代碼中使用return返回輸出值，Modelica中使用output類型變量對應(yīng)。如：input

Real

dummy_u;output

Real

dummy_y;external

"C"

dummy_y=getreal_arg(dummy_u)//c代碼doublegetreal_arg(doubledummy_u){returndummy_y;}C代碼中使用指針變量輸出值，Modelica中使用output類型變量對應(yīng)。如：input

Real

dummy_u;output

Real

dummy_y;external

"C"

getreal_arg(dummy_u，dummy_y)//c代碼voidgetreal_arg(doubledummy_u，double*dummy_y)目錄1.Modelica外部函數(shù)概況2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用C3.外部函數(shù)高級-Modelica調(diào)用c++/Fortran高級特性和外部編輯器4.常見問題說明2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用CC文件調(diào)用：在annotation中用Include注解包含被調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)的C文件；鏈接庫調(diào)用：在annotation中用Library注解指定鏈接庫，從而調(diào)用指定庫中的函數(shù)。MWORKS.Sysplorer既支持動態(tài)鏈接庫（包含.lib、.dll文件），也支持靜態(tài)鏈接庫（包含.lib文件）；代碼調(diào)用：在annotation中用Include注解直接嵌入C代碼。示例1：C文件調(diào)用doubleadd(doublea,doubleb){returna+b;}調(diào)用的外部函數(shù)內(nèi)容如下，該函數(shù)的目的是將輸入值相加。modelUriTest1//將外部函數(shù)封裝成function

functionIncTest1

input

Reala1;

input

Realb1;

output

Realc1;//外部函數(shù)聲明//IncludeDirectory注解指定包含文件所在的位置，以URI的modelica模式表示//Include指定外部函數(shù)所需的頭文件

external"C"c1=add(a1,b1)

annotation(IncludeDirectory=

"modelica://ExternFunc/Include",Include="#include\"add.c\"");

endIncTest1;//調(diào)用函數(shù)IncTest1

Realy=IncTest1(2.0,3.0);endUriTest1;Include注解：Include="#include"add.c""，表示add.c為外部函數(shù)所需的頭文件。IncludeDirectory注解：IncludeDirectory="modelica://ExternFunc/Include"，表示add.c位于ExternFunc/Include文件夾中。Tips：這里IncludeDirectory注解中.c文件所在路徑采用了modelica模式URI的方式來表示，見第二章2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用C示例2：鏈接庫調(diào)用modelTestExternFuncUseDll

functioncall_lib

input

Integera;

input

Integerb;

output

Integery;

//Library指定鏈接庫

//LibraryDirectory指定庫文件所在的位置

external

"C"y=add(a,b)

annotation(Library=“dll_2010”,LibraryDirectory="modelica://ExternFunc/library/dll/win32");

endcall_lib;

parameter

Integera=1;

parameter

Integerb=2;

Integeraddr;equation

addr=call_lib(a,b);endTestExternFuncUseDll;將示例1中的函數(shù)封裝成dll，命名為dll_2010，將lib與dll放在“modelica://ExternFunc/library/dll/win32”目錄下。Modelica中外部函數(shù)聲明時用Library注解指定鏈接庫名（注意：不帶擴(kuò)展名）。LibraryDirectory注解指定鏈接庫文件和dll（或so）文件所在的位置。LibraryDirectory指定位置中可以使用不同的平臺文件夾存放各平臺的庫文件和dll（或so）文件，

例中MWORKS.Sysplorer求解器設(shè)置為“32位求解器”：win32[32位MicrosoftWindows]win64[64位MicrosoftWindows]linux32[Intel32位Linux]linux64[Intel64位Linux]Tips：這里L(fēng)ibraryDirectory注解中鏈接庫所在路徑采用了modelica模式URI的方式來表示，見第二章2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用C示例3：代碼調(diào)用modelUriTest2//將外部函數(shù)封裝成function

functionIncTest2

input

Realx1;

input

Realx2;

output

Realy;//外部函數(shù)聲明

//Include引用外部函數(shù)的關(guān)鍵字

//add(doublex,doubley){returnx+y;}外部函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)

external

"C"y=add(x1,x2)

annotation(Include=

"doubleadd(doublex,doubley){returnx+y;}");

endIncTest2;//調(diào)用函數(shù)IncTest2

Realy1=IncTest2(1.0,2.0);endUriTest2;在沒有外部文件（C文件或庫文件）的情況下，可以直接將C代碼嵌入到Include注解中。但是由于這種方式不適合調(diào)試，所以不建議使用。對應(yīng)于如下的C函數(shù)原型：doubleadd(doublex,doubley);翻譯為C中的調(diào)用為：y=add(1.0,2.0);返回值y=1.0+2.0=3.0。目錄1.Modelica外部函數(shù)概況2.外部函數(shù)入門-Modelica調(diào)用C3.外部函數(shù)高級-Modelica調(diào)用c++/Fortran高級特性和外部編輯器4.常見問題說明3.1外部函數(shù)初級-Modelica調(diào)用C++/FortranCC++Fortran外部函數(shù)Modelica模型Python其他C++、Fortran不能直接被Modelica調(diào)用，需要封裝成C接口。C++在調(diào)用之前需要封裝成C接口，需要注意的是：類、二維數(shù)組等參數(shù)或返回值需要拆開，分解成C的基本數(shù)據(jù)類型，然后再使用C函數(shù)封裝。而且不要忘了在函數(shù)前面使用extern“C”前綴修飾；FORTRAN語言中的接口調(diào)用有兩種形式，F(xiàn)UNCTION和SUBROUTINE。若為FUNCTION，則調(diào)用方式與C基本一致，若為SUBROUTINE，則需要通過如下步驟調(diào)用：將FORTRAN代碼生成為dll文件；使用C代碼對dll進(jìn)行封裝調(diào)用；使用Modelica調(diào)用C代碼。DLLEXE能被C調(diào)用的對象都可以3.1外部函數(shù)初級-Modelica調(diào)用C++/Fortran示例1：Modelica調(diào)用FortransubroutineADD(x,y,z)!DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT::ADD!導(dǎo)出函數(shù)

!DEC$ATTRIBUTESREFERENCE::z!返回值

implicitnoneREAL::x,yREAL::zz=x+yendsubroutineStep1：C調(diào)用Dll代碼示例DllCaller.c：voidUserDll_Terminate(inthandle){DllAndFunc*terminate_handle=(DllAndFunc*)handle;FreeLibrary(terminate_handle->mLibrary);free(terminate_handle);}Step2：構(gòu)建Modelica函數(shù)：functionUserDll_InitializeinputStringDllPath;outputIntegerhandle;external"C"handle=UserDll_Initialize(DllPath)annotation(Include="#include\"DllCaller.c\"",IncludeDirectory="C文件路徑");endUserDll_Initialize;初始化函數(shù)functionUserDll_ADDinputRealhandle;inputRealx;inputRealy;outputRealz;external"C"UserDll_ADD(handle,x,y,z)annotation(Include="#include\"DllCaller.c\"",IncludeDirectory="DllCaller.c文件路徑");endUserDll_ADD;主體函數(shù)functionUserDll_TerminateinputIntegerhandle;external"C"UserDll_Terminate(handle)annotation(Include="#include\"DllCaller.c\"",IncludeDirectory="DllCaller.c文件路徑");endUserDll_Terminate;//C代碼#include<stdio.h>#include<windows.h>//函數(shù)定義typedefvoid(*ADDFUNC)(double*,double*,double*);//Dll和函數(shù)結(jié)構(gòu)體定義typedefstruct{HMODULEmLibrary;ADDFUNCmFunc;}DllAndFunc;intUserDll_Initialize(char*Dll_path){DllAndFunc*handle=(DllAndFunc*)malloc(sizeof(DllAndFunc));handle->mLibrary=LoadLibraryA(Dll_path);handle->mFunc=(ADDFUNC)GetProcAddress(handle->mLibrary,"ADD");if(handle->mLibrary==NULL){printf("mLibrarynull");}if(handle->mFunc==NULL){printf("mLibrarynull");}return(int)handle;}voidUserDll_ADD(inthandle,doublex,doubley,double*z){DllAndFunc*func_handle=(DllAndFunc*)handle;func_handle->mFunc(&x,&y,z);return;}初始化函數(shù)主體函數(shù)modelCallFORTRANparameterRealx=23.12412412;parameterRealy=42.56345235;parameterStringDllpath="Dll路徑";outputRealz;Integerhandle;equationwheninitial()thenhandle=CallFORTRANDll.FunctionsPcg.UserDll_Initialize(Dllpath);endwhen;whensample(0,0.1)thenz=CallFORTRANDll.FunctionsPcg.UserDll_ADD(handle,x,y);endwhen;whenterminal()thenCallFORTRANDll.FunctionsPcg.UserDll_Terminate(handle);endwhen;endCallFORTRAN;終止函數(shù)終止函數(shù)Fortran代碼示例3.2外部函數(shù)高級特性示例1：數(shù)組類型輸入輸出調(diào)用示例2：控制外部函數(shù)調(diào)用頻率——條件調(diào)用voidArrayTest(double*input_data,double*output_data){output_data[0]=input_data[0]+10;output_data[1]=input_data[1]+10;}input_data為傳入?yún)?shù)，output_data為輸出參數(shù)，用來接收函數(shù)計(jì)算結(jié)果。模型中可以借助外部函數(shù)計(jì)算獲取數(shù)組型數(shù)據(jù)，外部函數(shù)形式如下：functionArrayTest

input

Realinput_data[2];

output

Realoutput_data[2];external

"C"ArrayTest(input_data,output_data)annotation(IncludeDirectory=

"modelica://ExternFunc/Include",Include="#include\"array.c\"");endArrayTest;對外部函數(shù)的包裝和調(diào)用過程如下所示某dll模塊ExtLib.dll，其中有兩個接口Initial()、StepRun()，希望能夠在求解前調(diào)用初始化接口Initial()，在求解過程中，每隔2s調(diào)用一次StepRun，那么Modelica代碼可以如下編寫：modeltestlog1

functionExtLib_Initial

external

"C"Initial()

annotation(Include="voidInitial(){return;}");

endExtLib_Initial;

functionExtLib_StepRun

input

Realx;

external

"C"StepRun()

annotation(Include="voidStepRun(){return;}");

endExtLib_StepRun;

Integeri(start=0);

annotation(experiment(StartTime=0,StopTime=10));initial

algorithm

ExtLib_Initial();//初始算法段中初始化外部函數(shù)

Modelica.Utilities.Streams.print("Initialhasbeencalled.");algorithm

whensample(0,2)then

//通過when控制函數(shù)的調(diào)用時機(jī)ExtLib_StepRun(1);i:=i+1;//用i做計(jì)數(shù)器

Modelica.Utilities.Streams.print(String(i));//打印i以觀察調(diào)用次數(shù)

end

when;endtestlog1;3.3外部函數(shù)編輯器啟動MWORKS.Sysplorer，選擇文件

>

新建

>

externalfunction，在彈出的新建模型對話框中填寫模型信息后點(diǎn)擊確定，彈出