基于VC实现Java和Matlab的通信

                                                                    

2003-08-29 16:34　来源：yesky　作者：陈永洲　责任编辑：方舟·yesky　评论(0)

 

 

　　前言

　　系统实现：从JAVA程序传递噪声标准差和两个数据给MATLAB，即给其实现具体的数据计算功能的DLL（通过VC++生成DLL），产生高斯分布的白噪声数据。其中VC需要MATLAB软件自带的"normrnd.m、rndcheck.m"两个文件和产生白噪声的文件"noise.m"。开发环境是：Window2000操作系统、VisualC++6.0和JBUILDER6.0开发工具、MATLAB6.5软件。

　　要实现JAVA、MATLAB通信必须解决两方面的问题:一是JAVA与VC++的通信;二是VC++与MATLAB的通信。

　　1 实现JAVA与VC通信方法简介

　　JAVA与VC的交互，可以通过各自单独运行的程序读写约定的格式的文件来完成，但是通信的实时性不能保证；可以利用CORBA机制，通过定义IDL接口的客户机/服务器(CLIENT/SERVER)的形式通讯；还可以通过JNI（Java Native Interface）或RMI（Remote Method Invocation）等方法实现。

　　在微软的操作系统上，实现本机程序的通信应用JNI机制较方便快捷、稳定可靠，并能实现实时通信。本示例系统的实现就使用了此机制。

　　1.1 实现JAVA与VC++（DLL）互连

　　在JUBILDER6开发环境中，系统先生成NNSD的Project，其框架类名为Frame1。

　　系统为了使用VC实现的DLL，在Frame1.java文件中调用VC中函数处添加如下一些代码：

public native void makeNoise(float m,int n);
//实现调用的DLL中函数申明
static
{
System.loadLibrary ("makenoise");
//使用DLL文件，其名称是"makenoise.dll"
}
void jButton1_actionPerformed(ActionEvent e)
//框架通过按钮消息实现DLL的调用
{
int n=160;//白噪声数据量
float m=1.0;//白噪声方差平方
makeNoise(m,n);
//JAVA程序对DLL中函数的使用
}

　　1.2 系统运行设置与编译

　　使用JBUILDER开发时，须对使用DLL中函数的JAVA文件编译属性进行设置。本系统在JBUILDER工具中的Project视图区域找到Frame1.java（各开发者确定的文件名可能不同）的文件，选中后按下鼠标右键，在出现的菜单中选择"Properties"项，接着将"Build->RMI/JNI->Generate JNI header file"找到的项目选定。最后编译该文件，可得相应的h文件。本系统产生"nnsd_Frame1.h"，其中调用的函数为：

JNIEXPORT void JNICALL Java_nnsd_Frame1_makeNoise
(JNIEnv *, jobject, jfloat, jint);

　　如果仅使用SUN公司的JDK来实现，须用javah.exe将javac.exe生成的class文件去生成对应的h文件，之后并要修改h文件，即须将文件的包层次在调用的函数名上体现出来。

　　1.3 JAVA应用系统运行

　　将VC生成的DLL文件拷到JBUILDER运行程序的目录下，执行程序，就实现了JAVA系统和MATLAB的通信。本示例系统的DLL是"makenoise.dll",即下面介绍的方法所产生的。

2 实现VC、MATLAB通信方法简介

　　MATLAB提供了许多方法与VC程序的通信：MATLAB引擎(ENGINE)采用了客户机/服务器(CLIENT/SERVER)的计算模式,通过MATLAB应用程序接口(API)中有关函数,在VC环境中调用MATLAB函数,但此种方法需要MATLAB后台支持,因此系统必须安装MATLAB；MATLAB本身提供的MCC工具编译，编译m文件生成VC++或c语言，直接在VC中使用；MATLAB的MEX工具将m文件编译成dll，供VC调用，但这增加的程序的复杂性，没有第二种方法灵活。

　　MATLAB现具有的MATLAB Add-in（其包装了MCC）更方便了第二种方法的应用，现本系统的实现就是以之为基础的。

　　2.1 MATLAB与VC实现互连

　　为了使用MATLAB的具体功能，在开发环境中应首先安装MATLAB工具软件，之后运行此工具软件，分别执行"mex -setup；mbuild -setup；cd(prefdir); mccsavepath;"命令。现在再运行VC开发工具，从菜单开始依次打开"Tools->Customize->Add-ins and Macro Files"，选中MATLAB Add-in项，就可以看到工具栏中多了一个　 。现在VC就可以利用它来得到m文件所对应的c、c++文件。

　　2.2 开发工具VC运行环境设置

　　系统开发时，须对VC的开发环境变量进行设置。通过"Tools->Options->Directories"找到的Directories项中添加环境变量。

　　添加头文件和库文件搜索路径[3]是（本计算机的文件搜索路径为）：

F:\MATLAB6P5\EXTERN\INCLUDE F:\MATLAB6P5\EXTERN\INCLUDE\CPP F:\MATLAB6P5\EXTERN\LIB F:\MATLAB6P5\EXTERN\LIB\WIN32 F:\MATLAB6P5\EXTERN\LIB\WIN32\MICROSOFT\MSVC60

　　上述为VC编译MATLAB的m文件生成C++代码的环境。同时为了编译JNI的h文件，还须通过菜单Tools.和Project添加如下头文件和库文件搜索路径：

D:\JBUILDER6\JDK1.3.1\INCLUDE D:\JBUILDER6\JDK1.3.1\INCLUDE\WIN32

　　2.4 VC生成DLL[4]

　　在本系统中，VC建立名称为makenoise的"MFC APPWizard（dll）"Project，按照VC默认的选项完成工程的创立。

　　将1.2中生成的nnsd_Frame1.h文件拷贝到系统目录下，并添加到VC的"FileView"中"HeadFiles"里面。通过MATLAB Add-in将"normrnd.m、rndcheck.m、noise.m"文件添加到VC中，并自动生成VC文件。具体操作步骤如下：

　　点击工具栏中"Add m-files to current project"项，在出现的图中选定如下选项：


图1 添加m文件的Add-in选择

　　按照接着步骤的提示将上述3个m文件添加到项目中。

　　在VC中为了对外提供可调用的函数，须在"makenoise.cpp"文件中添加：

#include "nnsd_Frame1.h"
JNIEXPORT void JNICALL Java_nnsd_Frame1_makeNoise
(JNIEnv *env, jobject obj, jfloat m, jint n){}
//将原申明的函数的变量名补上，具体实现功能代码在下面。

　　为了让上述导出函数获得对MATLAB中白噪声函数的调用，须在此文件中再添加：

#include "math.h"
#include "dblmtrx.h"
//下面申明得到全局matlab的函数
extern void InitializeModule_noise();//初始化
extern void noise(mwArray n, mwArray m);//产生白噪声函数
extern void TerminateModule_noise();//关闭资源
//dll导出JAVA函数的具体实现部分
JNIEXPORT void JNICALL Java_nnsd_Frame1_makeNoise
(JNIEnv *env, jobject obj, jfloat m, jint n)
{
AfxMessageBox("开始产生白噪声！");
InitializeModule_noise();
noise(n,m);
TerminateModule_noise();
}

　　编译整个程序，于是便得到"makenoise.dll"。

　　2.3 脱离MATLAB环境运行的支持文件

　　为了在没有安装MATLAB应用软件的环境下，能够使用上述的DLL，须在运行此DLL的目录中添加一些文件，而这些文件可以通过工具栏中的"MATLAB Add-in Packager"获得。按照此工具默认的配置得到一个运行所需文件的zip压缩文件，使用时，解压缩到DLL文件所在的目录中，就能脱离MATLAB环境使用DLL。

　　3 结论

　　采用JAVA完成图形界面设计、数据管理等,利用MATLAB数学库完成软件核心算法设计,很大程度上降低了编程难度和工作量, 缩短开发周期,提高软件可靠性。尤其利用编译器调用MATLAB动态连接库实现脱离MATLAB环境下二者的紧密结合,更极大拓展了MATLAB的应用范围。基于VC++6.0实现JAVA和MATLAB的通信，深化了JAVA和MATLAB的应用能力。

　　附注：noise.m文件的内容如下：

 

function makeNoise(n,m)
c=normrnd(0,m,1,n);
s='样本文件.txt';
fid=fopen(s,'W');
fprintf(fid,'%6.2f',c);
fclose(fid);