Matlab与C语言程序的应用编程接口

科技信息 OIT论坛0 SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATION2009年第33期 Matlab与C语言程序的应用编程接口 程建廖正和 (安徽理工大学计算机学院 安徽淮南232001) 【摘 要】针对MATLAB与C语言混合编程的接口问题，提出了采用MAT文件、MEX文件和MATLAB引擎三种接口方法。通过MAT 文件实现与其它编程环境的数据交换；通过MEX文件实现在MATLAB环境中调用其它语言编写的程序；通过MATLAB引擎实现在其它编 程环境中使用MATLAB的计算功能。在详细阐述了三种方法原理的过程中，说明了三种接口方法的使用特点、调用方法、编译过程和使用中 的注意事项。通过混合编程，利用了C语言高效的特点，在发挥MATLAB强大的计算功能的同时，又弥补其执行速度慢的缺点。 【关键词】MATLAB；c语言；MAT文件；MEX文件；计算引擎 MATLAB是一种以矩阵为基本数据对象的科学计算语言。它提供 了功能齐全的函数库和各种工具箱，具有强大的矩阵分析、数值计算、 图形绘制等功能，在很多领域得到了广泛的应用。MATLAB的功能强 大，开发效率也很高，但缺点是执行速度比较慢。C语言功能丰富，使 用灵活方便。目标程序效率高，是目前应用最广的编程语言。MATLAB 用M语言编程。不能在M文件中直接调用C语言程序。MATLAB提 供应用编程接口(API)来实现与其它应用程序进行数据交换并提供了 C，C++、FORTRAN数学和图形函数库为在其它程序设计语言中调用 MAⅡAB高效算法提供了可能。 MATLAB的应用程序接口主要方法有三种：通过MAT文件实现 与其它编程环境的数据交换；通过MEX文件实现在MATLAB环境中 调用其它语言编写的程序：通过MATLAB引擎实现在其它编程环境 中使用MAlrIAB的计算功能。 1．MAT文件 MAT文件是MATIAB使用的一种特有的二进制数据文件。MAT 文件可以包含一个或者多个MA’ItAB变量。在MAT文件中不仅保存 各变量数据本身，而且同时保存变量名以及数据类型等。所以在 MATLAB中载人某个MAT文件后．可以在当前MA，11AB工作空间完 全再现当初保存该MAT文件时的那些变量。这是其他文件格式所不 能的。同样，用户也可以使用MAT文件从MATLAB环境中导出数据。 MAT文件提供了一种更简便的机制在不同操作平台之间移动 MATLAB数据。 C／C++程序中有两种方式可以读取MAT文件数据。一种是利用 MATLAB提供的有关MAT文件的编程接口函数。MATLAB的库函数 中包含了MAT文件接口函数库，其中有各种对MAT文件进行读写的 函数，都是以mat开头的函数。 另外一种在C／C++程序中读写MAT文件的方法是根据MAT文 件结构，以二进制格式在C／C++中读入文件内容，然后解析文件内容， 从而获得文件中保存的MATLAB数据。因为MAT文件格式是公开 的．用户只要在找到安装路径下的一个名为matfile_format．pdf的文 件．就可以详细了解MAT文件结构，从而在C／C++程序中以二进制格 式读取文件内容，解析以后得到文件中保存的数据。 2．C语言的ME×文件 MEX文件是一种动态连接子程序，可以像调用M文件一样调用 C语言写的程序。 2．1MEX文件主要有以下几方面的应用： (1)在MATLAB中．M文件的计算速度特别是循环迭代的速度远 比C语言慢，因此可以把要求大量循环迭代的部分用C语言编写为 MEX文件，提高计算速度。 (2)已经开发的C语言程序，通过添加入El程序mexFunction，可 以由MATLAB调用，而不必重新编写相应的M文件。 (3)直接控制硬件，如A／D采集卡，D／A输出卡等，以用于数据采 集或控制应用。 2．2C语言的MEX文件的源程序由两个部分组成： (1)人口子程序mexFunction。其作用是在MATLAB系统与被调用 的外部子程序间建立通信联系。函数中有四个参数nlhs、plhs、nrhs和 prhs。函数原型如下： voidmexFunction(intnlhs，mxArray。plhs[]，intnrhs，mxArray 4 prhs 【】) 这里nlhs是输出数据的个数．plhs是指向mxArray(MATLAB中 所有数据都由mxArray定义)的输出数据的指针．nrhs是输人数据的 个数，prhs是指向mxArray的输入数据的指针。 (2)计算子程序。包含MEX文件中完成计算功能的程序代码，计 算子程序可以是普通的C语言程序．按照C语言规则编写即可。计算 子程序由入口子程序调用。 图1显示了如何向MEX文件输入数据，通过接口函数调用计算 程序完成运算过程，最后向MATLAB返回计算结果的过程。 图1 MEX文件的调用关系 上面所述的MEX文件的两个主要部分在使用中可以是独立的， 也可以是组合在一起的。不管是哪一种情况，MEX文件都必须包含头 文件”mex．h”，以便正常申明入口程序。 MEX文件的编译要具备两个条件：一是已经安装了MAllAB应 用程序接口组件及其相应的工具。另一个是要求有适合的C语言编译 器。将MEX文件复制到MATLAB中的工作目录进行编译和链接，在 命令窗口输入nlex进行编译，生成．dll的文件后，就可以由MATLAB 调用了。 3．MATLAB计算引擎 MATLAB引擎采用客户机，且艮务器的计算方式．提供ActiveX通道 和MATLAB进行动态数据交换(DDE)。这种方式要求MATLAB在后 台运行，以C语言编写的程序作为前端客户机．通过mxArray进行数 据交换。 MATLAB的引擎库提供一些接口函数，利用这些接1：3函数，用户 可以在自己的程序中以计算引擎方式调用MATLAB。在这种应用中． 应用程序和MATLAB往往运行于各自独立的两个进程，两者通过相 关的技术通信。在UNIX／Linux上，应用程序通过管道和MA．IIAB通 信；而在Windows上，两者则是通过COM接口相连。在C语言中调用 MAnAB计算引擎编程的过程如下。 首先，需要将mxArray转换成MATLAB中可操作的形式。一般分 两步：(1)选择将一个自定义的数据结构复制到mxArray中。在 MAⅡAB中矩阵是按列存储的，而在C语言中是按行的，这是两者的 不同。(2)将复制好的矩阵放人引擎的工作区中，可用engPutVariable 命令进行。 其次，选择适合的编译器，使用mex命令对源程(下转第110页) 万方数据 科技信息 。机械与电子o 2009年第33期 似于SDH技术的段层和通道层。因此，从技术本质上而言，OTN技术 是对已有的SDH和WDM的传统优势进行了更为有效的继承和组 合．同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能，而从设备类型上 来看。OTN设备相当于SDH和WDM设备融合为一种设备，同时拓展 了原有设备类型的优势功能。 2．201【’N技术应用分析 传统OTN网络技术主要是DWDM(密集型波分复用系统)、 CWDM(粗波分复用系统)和OADM(光分插复用系统)，有着巨大的传 输容量，其商用的DWDM系统容量已达1．6Tbiffs，但这些系统仅仅提 供了固定的、点到点的原始传输带宽，因为网络节点的能力有限，无法 具备高效的灵活组网能力。这就需要在光网络节点上配置OXC以增 大节点处理能力。从实现技术上看．OXC可以划分为两类，即采用电 交叉矩阵的0XC和采用纯光交叉矩阵的OXC，但基于电交叉矩阵的 OXC系统十分复杂。处理速率的发展无法与光层传输带宽的增长速 度同步，因此，纯光交叉矩阵的OXC成为传输网络建设的趋势。在全 光网络中，一条经过多节点的波长信道。将可以从源至宿始终以光信 号的方式传送，而不必因为选路和信道交叉而转换为电信号，这主要 要依靠OXC的光交叉连接矩阵、输入输出端口和管理控制单元等模 块，通过这些模块的协调工作，使各输入和输出端口光纤上复用的 WDM信道间建立全光通道互连模式，对于整个光网络来说，就可完 成光路配置、故障恢复等功能。 OXC在光网络节点中的应用。使光节点具备了基于波长信道的 交叉连接能力．极大的提高了光信号重新选择路由的速度与精度，对 于网络的高速传输和快速恢复具有重要的意义。 光交叉连接矩阵是OXC的核心。它要求无阻塞、低延迟、宽带和 高可靠性。并具备单向、双向和广播的功能，其具体实现的方式根据 OXC结构的不同也是多种多样的，在这里，光开关有了大量的使用， 现在。实用化的光开关主要有电光开关、微电子机械MEMS光开关、 液晶光开关、喷墨光开关。 在传输网发展当中，OTN网络不单单承载SDH业务，还支持1 Gbit／s和10Gbit／s的以太网业务等多种数据业务，甚至一些模拟视频 信号也承载在现在的光网络上，对于这些自身恢复能力较差的业务， 为了传输的可靠性．光网络就必须具备故障恢复的能力。根据光通道 的特点，现在光层的保护主要分为两类：一种是针对点到点的1+1和 1：N保护，这两种方式是监测光路信号中断或劣化到一定程度后，系 统倒换到备用光纤传输系统上传输，可以保护传输链路，但对节点失 效无能为力。 保护方式如下图所示 枞期嘲讲麓 蛾 ． ／ ＼＼ ＼ ●黍 '．k’●--●I■ 棒●竞—懒t I娶卜多 蜊 ≤翊 ．l坚卜匝，一 槲 1：N榭 另一种保护方式是光自愈保护环。这种保护机制分为三种结构： 单项WDM通道保护环、四纤WDM共享保护环和两纤WDM共享保 护环。单向WDM通道保护环与1+1的保护方式相似．而两，四纤 WDM共享保护环则采用故障点环回的方式保护，三种保护机制与 SDH十分相似．在此不再赘述。 幺3传输网建设中采用OTN的意义 现在的光网络已经能够支持以太网、ATM等多 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 多业务，为越 来越多的业务提供一个公共的传输平台。OTN技术作为全新的光传送 网技术，继承并拓展了已有传送网络的众多优势特征，是目前面向宽 带客户数据业务驱动的最佳传送技术之一。 3．结束语 在网络的发展中。会出现许多新技术。但最根本的推动力是业务 的发展。在网络建设时应根据业务情况选择合适的技术，制定合理的 网络建设 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，新技术的产生势必会为网络建设提供更多的思路，相 信今后网络将会更加灵活、更加安全、更加易于管理维护。口 【参考文献】 [1]吴建学，李文耀．自动交换光网络．北京邮电大学出版社，2003年． [2]纪越峰，陆月明．自动交换光网络原理与应用．北京邮电大学出版社，2005年． 作者简介：王孝旨(1980一)，女，铁通河南分公司业务支撑中。传输网管。 王伟(1977一)，男，铁通郑州分公司。 (上接第95页)序进行编译。命令格式如下： mex—f、bin＼win32Lmexopts＼optsfilenamefilename．c 参数一f用来指定适合的编译器选择文件。但在使用中．要求源文 件中不能含有中文(包括注释)。编译好的文件是个可执行文件。 4．小结 上述三中方法都可以实现MATLAB和C语言编程环境的数据交 换，但每种方法都有其局限性。MAT文件只适合用于交换数据，但不 能利用MATLAB提供的函数完成计算功能；MEX文件作为动态链接 库文件，必须在MATLAB的工作环境中才能运行；MATLAB引擎应用 程序可以独立执行的。但必须在后台启动一个MATLAB进程，用于接 收从应用程序发过来的指令执行并按照要求返回计算结果。 一 在实际使用中，应按照实际情况合理选择其中的一种或几种。皤 【参考文献】 [1]DeloresM．Etter,DavidC．Kuncicky，DougHull．IntroductiontoMAllAB6[M】 110 [责任编辑：张新雷】 2and．nj：PersonEducationInc．2004． [2]MATLABCompiler4．4[EB／OL]．http：／／www．mathworks．eona／products／eompier． [3]刘卫国．MATLAB程序设计与应用．第三版[M】．北京：高等教育出版社，2006． [4]飞思科技产品研发中心．MATLAB7基础与提高【嗍．北京：电子工业出版社， 2005． [5]飞恿科技产品研发中心．MATI^B6．5应用接口编程[MI．北京：电子工业出 版社．2003． [6]苏金明，王永利．MATLAB7．0实用指南[M】．北京：电子工业出版社，2004． [7]刘志俭．MATLAB应用程序接口用户指南【M】．北京：科学出版社，2000． [8】刘维．精通MATLAB与c，c++混合程序设计．第二版Ira]．北京：北京航空航天 大学出版社．2007． [9]陈红玲，周立平．c#与MATLAB混合编程的两种模式分析【刀．安徽：电脑知识 与技术，2008． [责任编辑：张慧] 万方数据 Matlab与C语言程序的应用编程接口 作者： 程建， 廖正和 作者单位： 安徽理工大学计算机学院,安徽,淮南,232001 刊名： 科技信息 英文刊名： SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： 2009，(33) 引用次数： 0次 参考文献(9条) 1.Delores M.Etter.David C.Kuncicky.Doug Hull Introduction to MATLAB 6[期刊论文]-Nj:Person Education Inc 2004 2.MATLAB Compiler 4.4[期刊论文]-http://www.mathworks.com/products/compier 3.刘卫国 MATLAB程序设计与应用[期刊论文]-北京:高等教育出版社 2006 4.飞思科技产品研发中心 MATLAB 7基础与提高[期刊论文]-北京:电子工业出版社 2005 5.飞思科技产品研发中心 MATLAB 6.5应用接口编程[期刊论文]-北京:电子工业出版社 2003 6.苏金明.王永利 MATLAB7.0实用指南[期刊论文]-北京:电子工业出版社 2004 7.刘志俭 MATLAB应用程序接口用户指南[期刊论文]-北京:科学出版社 2000 8.刘维 精通MATLAB与C/C++混合程序设计[期刊论文]-北京:北京航空航天大学出版社 2007 9.陈红玲.周立平 C#与MATLAB混合编程的两种模式分析[期刊论文]-电脑知识与技术 2008 相似文献(10条) 1.学位论文 于春玲 精确农业自动变量施肥技术中GIS应用与开发 2001 该文将在了解国内外地理信息系统(GIS)技术的基础上,应用地理信息系统数据库技术,建立关于土壤养分、历年产量等信息的数据库,根据对不同地 块的不同操作单元的分析,作出判断,提出科学处方,之后传到施肥控制系统.该文的主要工作有:1、以吉林省扶余县烟叶生产为例,从理论上分析用于变量 施肥的数据库应用程序所具有的功能,为实现精确农业自动变量施肥研究奠定理论基础.2、利用MapInfo5.0地理信息系统软件及其MapBasic语言建立数据 库应用程序,用于实施变量施肥,作出施肥决策,其结果可在计算机上以地图的方式直观的显示出来.3、用C语言进行主机与单片机之间的数据通讯,提供自 动施肥指令.4、利用Matlab软件,结合神经网络的知识进行施肥决策的理论分析,并进行数据的训练,提供科学决策.5、通过实验来分析采用的研究方法的 有效性. 2.期刊论文 邹益民 MATLAB与C语言的混合编程 -石油化工自动化2000(2) 介绍了MATLAB的特点及其与C语言混合编程的实现方法，提供了借助C语言扩展MATLAB串行通讯功能的一种应用方案。展示了用MATLAB与C语言混合编 程的应用实例。 3.学位论文 李娜 阶跃光纤特性CAD的研制 2005 CAD(Computer-AidedDesign)是20世纪全球最杰出的工程技术成果之一，它具有提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力等优点。随着 计算机硬件的快速发展、并行、高性能计算机的普及，CAD技术已经广泛应用于航空航天、电子、机械、建筑、轻纺、化工、交通、影视、教育等各个领 域，并取得了明显的经济效益和社会效益。但是，光纤通信方面的CAD软件，尤其是我国的CAD软件，发展极不成熟。并且，目前产品化的光纤通信CAD还 处于国外垄断阶段，所以国内光纤通信CAD软件的研究就成为必需。 本文运用VC、MATLAB和MATCOM等开发语言和开发工具，编写了FIBERCAD软件，既作为光纤通信方面的专业软件，也为光纤通信CAD的开发摸索一点经 验。该软件主要功能有： 介绍了光纤的基本结构，通过光纤的纤芯包层折射率、纤芯半径、工作频率等参数能求解数值孔径、归一化工作频率等光纤光线理论的基本参数。 能通过光纤的芯包折射率、纤芯半径等参数图解求解阶跃光纤本征值方程、传播常数及归一化本征值与归一化频率的关系图，并能直观的演示各导 波模的阶跃光纤光波场模式图。 能通过光纤基本参数或归一化工作频率直接求解弱导光纤的特定传输模式的功率分布图及具体值。 该软件测试达到了较好的效果，界面美观，使用方便，数值计算精确，图形直观可靠，但它的应用范围有限，作者还在对该软件作进一步的完善。 4.学位论文 张煜 导引头陀螺稳定与计算机控制系统设计 1998 导引头控制系统是整个导引头乃至导弹本射的指挥中枢.导引头光学舱中摄像机光轴构成的瞄准线,是电视末制导武器系统中重要的工作对象,瞄准线 的灵活控制和状态检测直接决定了系统功能能否精确和高效地实现.需要采用陀螺稳定控制系统使瞄准线在载体姿态变化时保持空间稳定,而当目标空间 角变化时又能使其自动跟踪;另一方面,还需要有用性能高体积小的微型计算机系统来控制导引头各项指令动作与功能,能及将导引头主要参数数据实时传 送给其它指挥控制系统.目前在中国各种武器系统中,对整个导引头的小型化和实用化设计的要求是很高的.该文介绍了电视制导与跟踪控制的基本原理和 不同的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ;设计了双轴陀螺闭环稳定控制回路来保证瞄准线的空间稳定性;设计了以C196微控制器为核心的灵巧计算机控制器,完成中制导、动作信 号的执行,状态数据的串行通信,并驱动平台转支使瞄准线自动跟踪目标等等功能.首行建立了控制系统的数学模型,通过MATLAB仿真程序计算了系统参数 ,使线路一次就调试通过,使瞄准线稳定系统正常工作.计算机控制程序采用IntelC96语言开发,并用VisualC++语言开发Windows95平台下32位串行数据通 信仿真应用环境,保证了系统调整与测试的可靠和高效.现场目标跟踪试验表明:由于采用了开关式陀螺马达电源、PWM集成功率放大器,C196微处理器和 PSD器件达到了小体积的低功耗的要求.高性能的系统控制器硬件线路和实时变结构软件算法的实现,完全满足了系统总体技术要求. 5.期刊论文 薛申芳.XUE Shen-fang 数学建模中的MATLAB程序在C语言下的实现 -邢台学院学报2006,21(4) 数学建模中的大量编程计算可通过MATLAB来完成,但MATLAB受其自身功能限制,存在着执行速度慢、不能脱离MATLAB平台运行等缺点,而C语言正好可 以补充MATLAB的不足之处,以前关于这方面的研究大多是在MATLAB6.X版本的基础上所做的,随着MATLAB7.X版本的推出,很多内容已经略显陈旧,通过在新 的MATLAB7.1和Visual C++6.0平台上就它们之间的结合问题的探讨,对同一个问题的解决,在MATLAB和C语言两个平台上的运行速度、代码编写复杂程度和 是否可独立于平台单独运行等方面的比较,研究它们之间的优缺点,并就各类不同问题的求解应如何对它们进行结合做了阐述. 6.学位论文 杨李成 MATLAB语言的开发利用 1999 实现了在MATLAB支持下与C/Visual C++语言的相互调用.先将MATLAB中的CMX.BAT根据自己的系统进行编辑,设置合适的环境参数.然后利用AMTLAB的 CMEX功能,把用高级语言编写的程序(C/Visual C++等)进行处理,直接生成最后的结果,即:动态链接库(*.DLL).从而实现在MATLAB语言环境中对C/Visual C++程序的间接调用,以及C/Visual C++语言程序调用MATLAB函数实现二者的混合编程.充分利用C/Visual C++语言的诸 多优点和MATLAB良好的可扩充性 ,将MATLAB语言的矩运算和图形绘制等功能与C语言的诸多特点相互结合起来补充其不足,对MATLAB的功能进行扩充.帮助科学技术人员更加方便、快捷、 准确的工作.并且MATLAB在SIMULINK集成环境中提供的S-函数创建了动画模块,丰富了SIMULINK的函数库.并利用该动画模块对控制系统的响应进行模拟 .该文利用大理实例证实了其可靠性. 7.期刊论文 肖龙远.XIAO Long-yuan 再入弹道六自由度面向对象仿真研究 -信息与电子工程2009,7(5) 对再入飞行器弹道参数的六自由度仿真是对其研究和设计的重要手段,基于Matlab的仿真存在速度较慢和扩展性较差的困难.本文根据再入弹道方程 ,进行了六自由度再入弹道仿真研究.整个仿真软件采用面向对象思想进行设计,使用标准C++语言实现,使得仿真系统具有较好的可扩展性、可复用性.基 于面向对象思想的设计使得该系统可以方便地进行二次开发,也可以外接仿真或实物传感器,方便了对再入飞行器研究和设计. 8.期刊论文 王洪东.樊廷栋.闫振林 Matlab与C/C++语言接口的方法 -佳木斯大学学报(自然科学版)2002,20(4) 通过Matlab与C/C++语言的混合编程,将Matlab的代码编译成VC可识别的代码,并成为可独立执行的动态链接库,从而实现了在VC中直接 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 写Matlab语 言,驱动Matlab运行,该方法可以提高Matlab的速度和安全. 9.学位论文 胡娜 基于MATLAB的可扩展回热系统建模仿真 2008 本文在对前人工作 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 的基础上，从现有的常规热平衡法出发，对凝汽机组回热系统进行数学建模。建立了适合于MATLAB编程计算的凝汽机组主系 统、实际热力系统通用矩阵方程，研究了加热器端差、抽汽压损等对机组热经济性的影响。 该模型非常适合编程实现和程序分析。采用C语言编制人机操作界面，MATLAB语言编写热经济性计算程序，C语言调用MATLAB程序的方法，建立回热 系统的仿真分析系统。最后以一典型600MW机组为分析算例，检验了MATLAB编制的计算程序的正确性和精确度。 算例表明：计算软件的操作是可行的，计算结果与常规热平衡法算出的结果是一致的。软件具有通用、智能、精确和适应计算机分析的优点。 10.学位论文 陈环 人工神经网络在电子陶瓷材料研究中的应用 2002 该文主要探讨人工神经网络在电子陶瓷材料研究中的应用.一方面,把人工神经网络应用于ZnO压敏陶瓷材料的配方设计.另一方面,把人工神经网络方 法应用于纳米陶瓷材料气敏传感器检测信号的处理.该文首先讨论了人工神经网络原理、神经元的数学模型、神经网络信息处理的数学过程、反向传播 （BP）学习算法、BP算法的数学表达、BP算法的执行步骤以及如何采用监督学习方式、误差纠正学习规则、反向传播算法建立多层前馈网络（BP网络 ）等问题.在研究人工神经网络应用于ZnO压敏陶瓷材料的配方设计时,该文提出一种以拟合误差曲线和预报误差曲线为依据的选择网络参数,优化网络结 构的方法.在研究如何应用人工神经网络方法于纳米陶瓷材料气敏传感器检测信号的处理时,该文提出一种把人工神经网络方法与周期性变温检测技术相 结合,从而提高气敏传感器的灵敏度和选择性的新方法.应用MATLAB神经网络工具箱中的有关函数,编制成可在MATLAB环境中运行的网络（三层）训练程序 tra_net.m和网络仿真（拟合/预报）程序sim_net.m,实现了神经网络建模,应用该神经网络处理周期性变温检测乙醇和醋酸混合气体的电导-温度曲线,得 到了较好的分类和识别效果. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx200933064.aspx 下载时间：2010年5月15日