MATLAB Coderとは、MATLABのm-fileからCコードを生成してくれるツールです。なーんだ、それだけかとも思うのですが、意外と大きな変化への第一歩なのかも分かりません。

MBD（Model Based Development)という言葉がありますが、それと同じようなイメージで、MBD（M-file Based Development）という分野が出来るかも？なんて思ったりしてます。（まぁ、今は単なる言葉遊びですけどね）

MBD（モデルベース開発）という言葉には色々含まれますが、やはり制御ロジックをSimulinkモデルで書くのが１つのキーになっている気がします。そのメリットは、ロジックを自然言語で表現するより曖昧さがなく、そしてCで書いたりするよりも簡単に書けるところにある気がします。

特に、Cというのは「とりあえず書ける」レベルにはすぐいけますが、「品質の良いコードを書ける」レベルに行くのは結構ホネが折れます。それくらいなら、Simulinkモデルの作り方を習得したほうが遥かに早かったりします。

モデルベース開発のメリット

　これのアナロジーでいくと、M-fileベース開発だって成り立ちそうです。

M-Fileベース開発のメリット

　もちろん、「モデルベース開発」と「M-Fileベース開発」のどっちを選ぶ？と聞かれたら、まずモデルベース開発を選ぶと思います。

しかし、「CやSimulinkは分からないけど、m-fileなら分かる」「既に、m-fileで作った資産がいっぱいある」という場合であれば、M-Fileベース開発というのもアリだと思います。

という長い前置きをしたところで、MATLAB Coderの概要についてさっくりまとめてみます。

MATLAB Coder概要

入出力

MATLAB Coderは、m-fileを入力にもち、そこから「mex」「C++ライブラリ」「C++実行形式」のいずれかを生成します。

M-Fileから、mex, ライブラリ、EXEのいずれかを生成する

その出力イメージは、たとえばMEX関数を選択したのであれば、次のようにラッパー部分＋アルゴリズム部分に分かれて生成されます。（そもそもMEX関数って何？という方へ。来週か再来週あたりに詳しくご説明します）

アルゴリズム＋ラッパー

C/C++ライブラリとしての出力であれば、基本的にアルゴリズム部分だけの生成となります。（なお、親切にも .libファイルまで生成してくれます。）

応用例

M-Fileと違って、Cコードは、

・MATLABが無くても動く
・組み込みシステム上でも動く
・M-Fileより高速に動く

というメリットがあります。

これを生かして、

・MATLABの無いシステムでもアルゴリズム検証できるようにする

・M-Fileで書いたアルゴリズムをハードウェアに載せて、動かしてみる

・M-Fileで書いたアルゴリズムをMEX化して、高速に動作させてみる

・M-Fileで書いたアルゴリズムを、S-FunctionとしてSimulinkモデルに埋め込んでみる

といった事が出来るようになります。

これまで、上記の事を行うにはCコードを書かないといけませんでしたが、これからはM-Fileを書くだけでよくなります。（もしくは、既存のM-Fileをそのまま流用できる。）

そのため、「Mなら分かるんだけど、Cとかはちょっと・・・」というエンジニアの方が、手持ちのM-FileをそのままCコードに変換して外注さんに渡し、ハードウェア実装してもらう、という事ができるようになります。そうすると、アルゴリズムの研究に集中できますので、かなりラクが出来る事でしょう。

制限事項

さすがに、どんなM-Fileでも全自動でCコードに出来るわけではありません。

MATLABのエディターが持つコードアナライザー機能のうち、MATLAB Coder向けのものには次のようなものがあります。

MATLAB Coder向けエラーメッセージリスト

セル配列が使えなかったり、Try/Catchが使えなかったり、クラスが使えなかったりと、それなりに厳しい条件が並んでいます。

さらに、MATLABが用意している各種関数のうち、コード生成しても使えるものとそうでないものがあります。abs, sin, cosのような数学関数から、setdiff, union, uniqueのような集合関数まで、基本的なものは一通り使えるようになっていますが、ありとあらゆるMATLAB APIが使えるわけではありません。

MATLAB Coderで使える関数の一覧は、ヘルプの「Code Generation from MATLAB」＞「User’s Guide」＞「Functions Supported for Code Generation」＞「Functions Supported for Code Generation – XXX」に載っています。

ここに載っていないものは、自力でなんとかするか、諦めるかしないといけません。（ただし、MEX関数を生成するときだけは例外です。来週か再来週にご紹介する予定です）

（余談）ISO26262

C言語は強い型付けの言語です。char * 型の変数に、double の値を代入しようとするとコンパイルエラーになります。int型の変数にdoubleの値を入れようとした場合でも、警告を出してくれるコンパイラが殆どです。

一方、M-Fileはそうではありません。変数は、代入されるたびに型が変わり得ます。こういうのは、弱い型付けといいます。（この性質のせいで、何度痛い目にあったことか！！）

それで、ISO/DIS 26262を見てみますと、こんな感じの記述があります。

ISO/DIS 26262-6 より引用

そのため、何も考えずに書いたM-Fileは、ASIL A（Dが１番キツく、Aが１番ユルい）にすら適合しません。運用でなんとか強い型付けを実現するか、さもなくばM-Fileの言語規格を変えないといけません。

このあたりは、VBのアイデアを盗んで、

・従来どおり、どんな型でも入れられる変数
・型付き宣言（ Dim myVar as Integer など）で定義できる変数

の両方を混在できるようにするのがベストと思うのですが、 どうでしょうかマスワークスさん？

コードアナライザーで、型付き宣言でない変数の使用を検出できればカンペキかと！

まとめ

遊び半分でM-Fileベース開発なんて言葉を作りましたが、今の段階でこれはアリか？と聞かれると・・・ナシかな・・・なんて思います。やっぱり、どうせやるならモデルベース開発でしょう。

しかし、「スクリプト言語から、安全にCコードに変換する」というのは、すっごく重要な技術で、かなり前のMATLABから、Embedded MATLABという形で実現されて来ました。これを、MATLAB Coderという独立したプロダクトにもってきたのは、いよいよマスワークスさんも本気を出して来たのかなと思います。

この技術がより洗練され進化してくれば、Cで書くより、Simulinkで書くより、M-Fileで書くほうがよっぽど効率が良い！という分野が出てくる可能性があります。（自動車業界でよくあるデータフローであればSimulinkの方が良いでしょう。M-Fileが活躍するのは、もそっと手続き寄り＆解析的な分野になるかと思います。）

ですから、MATLAB CoderおよびM-Fileの今後の進化は、個人的に要チェックだと思っています。