Описание пользователя

Глава 3. Использование стандартных модулей автокомпиляции

§3.5. Окно редактора модели

§3.5.2. Статические переменные блока

Описывается добавление в модель блока статических переменных, которые могут служить входами и выходами этого блока. Именно через статические переменные блоки получают данные по связям.

Статические и динамические переменные блока задаются на вкладке «переменные» дополнительной (левой) панели окна редактора модели. Если эта панель отключена, ее можно снова включить пунктом меню «вид | переменные и события».

Вкладка (рис. 336) разделена по вертикали на две части: в верхней вводятся статические переменные, в нижней – динамические (границу раздела можно перетаскивать вверх и вниз левой кнопкой мыши). Задание динамических переменных описываются в §3.5.3.

Статические переменные используются как входы и выходы блока, а также для хранения промежуточных значений. Статическими эти переменные называются потому, что они создаются перед подключением модели к блоку и, хотя их значения и изменяются в процессе работы, их структура остается постоянной. Технически RDS позволяет моделям блоков изменять структуру и типы своих статических переменных в процессе работы при помощи специальных вызовов, но эта возможность используется редко и не поддерживается стандартными модулями автокомпиляции. Таким образом, в автокомпилируемой модели набор статических переменных с их именами и и типами остается постоянным в течение всего времени жизни блока.

Каждая статическая переменная имеет роль (вход, выход или внутренняя переменная), определенный тип, уникальное в блоке имя, значение по умолчанию и, возможно, комментарий, выводящийся вместе с ее именем в меню подключения связи к блоку. Кроме того, с входами и выходами могут быть связаны дополнительные переменные, разрешающие или запрещающие работу выхода и получающие сигнал о срабатывании входа.

Входы и выходы – основные роли статических переменных блока. Большинство блоков, как стандартных, так и пользовательских, занимаются тем, что считывают полученные по связям от других блоков значения со своих входов и вычисляют по ним значения своих выходов, которые точно так же, по связям, передаются в другие блоки. Простейший пример модели блока, выдающего на выход сумму двух своих входов, приведен в §3.2. Если у блока нет входов или выходов, к нему невозможно подключить связи, и он может обмениваться информацией с другими только через вызовы функций или динамические переменные – такие блоки тоже встречаются, но гораздо реже. Внутренние статические переменные используются, в основном, для хранения промежуточных значений.

Возможные типы переменных блока, поддерживаемые RDS, подробно описаны в §1.4. Все они, за исключением произвольного, то есть программно изменяемого, типа, поддерживаются стандартным модулем автокомпиляции. Таким образом, статическая переменная в автокомпилируемом блоке может иметь один из следующих типов:

• Целые типы – «char», «short» и «int» – предназначены для работы с целыми числами. В автокомпилируемых моделях лучше всего применять тип «int»: из всех трех целых типов у него самая большая разрядность (32 бита), и в переменной такого типа может храниться число в диапазоне −2147483648 … +2147483647. Типы «short» и «char» добавлены в RDS для совместимости и используются крайне редко.
• Вещественные типы – «float» и «double» – позволяют работать с вещественными числами. В автокомпилируемых моделях имеет смысл использовать тип «double»: у него больше разрядность и диапазон значений – модуль числа типа double может находиться в диапазоне 2.23×10⁻³⁰⁸ … 1.79×10³⁰⁸. Кроме того, все стандартные математические блоки в RDS используют именно тип «double», и для него предусмотрено специальное значение, обозначающее ошибку выполнения математической операции. В автокомпилируемых моделях это значение хранится в глобальной переменной rdsbcppHugeDouble (пример ее использования приведен в §3.6.2.1).
• Логический тип – переменная такого типа может принимать значения 0 («ложь») и 1 («истина»).
• Сигнальный тип – как и логический, может иметь только значения 0 и 1, но передача сигналов по связям принципиально отличается: значение сигнального выхода передается на сигнальный вход только в том случае, если оно равно единице. Таким образом, появившаяся на сигнальном входе блока единица никогда не будет заменена нулем по связи и останется там до тех пор, пока сам блок не сотрет значение своего собственного входа – это полезно для регистрации наступления какого-либо события, обозначаемого сигнальной связью. Особенности передачи сигналов подробно рассмотрены в §1.4 описания пользователя и в §2.5.2 руководства программиста. Пример автокомпилируемой модели, использующей сигнальные переменные, приведен в §3.6.2.6.
• Массив – набор пронумерованных переменных одинакового типа. Элементы массива нумеруются начиная с нуля, для обращения к конкретному элементу его индекс, как принято в языке C, записывается в квадратных скобках: i-й элемент массива A записывается как «A[i]». Тип элемента массива может быть любым, за исключением другого массива (тем не менее, можно создавать массивы матриц, см. ниже). Размер массива не фиксирован, он может изменяться в процессе работы блока. По умолчанию проверка допустимости индекса не производится, и если попытаться обратиться к элементу за пределами текущего размера массива, работа модели будет аварийно завершена. В параметрах модели можно включить такую проверку – это может замедлить работу модели блока, но зато, при ошибке, модель выдаст более понятное диагностическое сообщение. Пример работы с массивами в модели блока приведен в §3.6.2.3.
• Матрица – двумерная таблица переменных одинакового типа. Элемент матрицы определяется индексом строки и индексом столбца, начинающимися с нуля. Обращения к конкретному элементу матрицы в интерфейсе RDS (например, при присоединении к нему связи) и в программе отличаются: в RDS индексы перечисляются в квадратных скобках через запятую («M[2,7]» – элемент матрицы M в строке с индексом 2 и столбце с индексом 7), а в программе индексы пишутся в отдельных квадратных скобках по правилам языка C («M[r][c]» – элемент матрицы M в строке с индексом r и столбце с индексом c). Тип элемента матрицы может быть любым, в том числе и другой матрицей (в RDS вложенность матриц ограничена пятью). Размер матрицы, как и у массива, не фиксирован, он может изменяться в процессе работы блока. По умолчанию обращение к элементу матрицы за пределами ее текущего размера не отслеживается и может прервать работу модели. В параметрах модели можно включить такую проверку ценой некоторого уменьшения скорости работы. Пример работы с матрицами в модели блока приведен в §3.6.2.2.
• Строка – последовательность символов в кодировке UTF8, завершающаяся нулевым байтом.
• Структура – жестко заданный набор полей, каждое из которых имеет свое имя и тип. Всей структуре целиком присваивается имя типа, под которым она будет известна пользователю. Набор полей структуры с именами и типами и имя ее собственного типа задаются через окно списка структур, вызываемое пунктом главного меню RDS «система | структуры». Стандартные блоки RDS используют единственную структуру с именем типа «Complex» и двумя вещественными полями «Re» и «Im», предназначенную для работы с комплексными числами. Пользователь может добавлять и редактировать свои структуры, но следует иметь в виду, что редактирование состава полей структуры, уже используемой в модели какого-либо блока, может привести к неработоспособности этого блока. К автокомпилируемым моделям это относится в меньшей степени: после редактирования структуры следует просто скомпилировать модель заново, и, если в тексте программы нет обращений к удаленным полям структуры, блок восстановит работоспособность. Пример работы со структурами в модели блока приведен в §3.6.2.4.

Первые две переменные простого блока всегда представляют собой сигнальный вход и сигнальный выход, пользователь не может ни удалить их, ни изменить их роль и тип – их можно только переименовать. Сигнальный вход (по умолчанию он называется «Start») разрешает срабатывание модели блока, если в параметрах блока не установлен флажок «запуск каждый такт». Сигнальный выход (по умолчанию – «Ready») сообщает подключенным к нему блокам об успешном срабатывании данного блока. Подробнее эти фиксированные сигналы описаны в §1.4 и в примерах в §3.6.2.6 и §3.6.3.1.

Список статических переменных блока отображается на верхней части вкладки «переменные» в окне редактора модели (см. рис. 336). В списке – четыре колонки:

• колонка без названия – роль переменной (вход, выход или внутренняя), изображаемая такими же картинками, как и в меню присоединения связей: «круг и стрелка от него» – выход, «круг и стрелка к нему» – вход, отсутствие картинки – внутренняя;
• «имя» – имя переменной;
• «тип» – название или условное обозначение типа переменной;
• «логика» – имя вспомогательной логической, сигнальной или целой переменной, подключенной к данной (см. примеры в §3.6.2.7 и §3.6.2.8);
• «значение» – значение переменной по умолчанию, которое она получает при сбросе расчета.

Колонки в списке можно переставлять и менять их ширину, перетаскивая левой кнопкой мыши их заголовки или границы заголовков. Нажатием Ctrl + C выделенную в списке переменную можно скопировать в буфер обмена для последующей вставки в текст программы. Редактировать переменные непосредственно в списке нельзя, для этого следует нажимать кнопку «изменить» под списком, которая вызывает стандартное окно редактора переменных RDS. Кнопка «очистить» полностью очищает список статических переменных блока – при пустом списке для блоков с данной моделью не будет устанавливаться структура переменных. Разумеется, упомянутые выше сигнальные переменные «Start» и «Ready» у простых блоков все равно будут присутствовать, просто они будут недоступны для программы модели.

Для каждой статической переменной в формируемый модулем автокомпиляции текст программы автоматически добавляется одноименный объект, принадлежащий одному из специальных классов доступа к статическим переменным. При этом внутри реакций на события, которые вводятся в правой части окна редактора, к переменным можно обращаться просто по имени, используя их в стандартных выражениях языка C. Если, например, в модели заданы вещественные статические переменные «x», «y» и «K», в тексте программы можно писать «y=K*x;». К полям структур можно обращаться, как и принято в C, отделяя их точкой от имени переменной структуры, индексы массивов и матриц указываются в квадратных скобках (примеры моделей, использующих различные типы переменных, приведены в §3.6.2. При этом следует помнить, что, с точки зрения компилятора, все переменные блока – это объекты некоторых специальных классов C++, для которых определены операторы присваивания, операторы приведения типов и т.п. и за которыми скрыты «настоящие» переменные блока. Это не имеет значения, если переменные используются в математических выражениях: в приведенном выше примере «y=K*x;» для объектов K и x будет автоматически вызван оператор приведения к вещественному типу, а для объекта y – оператор присваивания этому объекту вещественного числа. Однако, если попытаться взять указатель на y, это будет не указатель на вещественное число, а указатель на объект некоторого класса, что следует учитывать при написании моделей.