利用Matlab和Simulink對(duì)DSP進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方法

關(guān)鍵詞：DSP；Matlab；TI；CCS；IDE

引言
傳統(tǒng)的DSP設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程分為兩個(gè)部分：開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)部分完成算法開(kāi)發(fā)和方案設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)用來(lái)驗(yàn)證開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的正確性，通常是在不同的部門(mén)相互獨(dú)立地完成。這樣的開(kāi)發(fā)流程存在許多問(wèn)題，如相互之間的協(xié)作，系統(tǒng)范圍內(nèi)的算法測(cè)試，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)等。
利用Matlab和Simulink系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方法和快速原型的自動(dòng)化工具可以解決這些問(wèn)題。

系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法與快速原型
系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法的核心是將算法設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)仿真在統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行,從而有效地將開(kāi)發(fā)流程的將兩個(gè)部分結(jié)合在一起。
進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)需要一個(gè)統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境，且在該開(kāi)發(fā)環(huán)境中可以對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、算法進(jìn)行描述，還能夠?qū)ο到y(tǒng)不同層次，不同組件和不同數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行建模；同時(shí)要有良好的移植性能。Simulink提供了這樣一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它是基于圖塊的系統(tǒng)級(jí)仿真環(huán)境。分級(jí)系統(tǒng)的描述方式，提供了真正的自頂向下的設(shè)計(jì)方法，并且通過(guò)圖塊的方式實(shí)現(xiàn)移植。
快速原型就是系統(tǒng)工程師在硬件平臺(tái)上快速驗(yàn)證他們的方案。這里快速是指無(wú)需進(jìn)行漫長(zhǎng)的針對(duì)硬件的軟硬開(kāi)發(fā)過(guò)程，就可以方便的使用相關(guān)硬件平臺(tái)?？焖僭筒恍枰こ處熯M(jìn)行大量的C或匯編編寫(xiě)代碼的過(guò)程，同時(shí)還降低系統(tǒng)工程師對(duì)硬件知識(shí)的要求，并提供了硬件在回路仿真的能力。

圖1 集成開(kāi)發(fā)工具的三種接口

面向 TI DSP的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
MathWorks公司為我們提供了功能強(qiáng)大的DSP系統(tǒng)和算法設(shè)計(jì)工具:Matlab和Simulink，Texas Instruments提供了高性能的DSP設(shè)備和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。兩公司合作推出了集成開(kāi)發(fā)工具Developer's Kit for TI DSP，向用戶(hù)提供了三種接口，如圖1所示。
Targer for CCS IDE/C6701 EVM/C6711 DSK
Targer for CCS IDE/C6701 EVM可以讓用戶(hù)從數(shù)字信號(hào)處理的Simulink模型自動(dòng)生成C6701 EVM的CCS IDE工程文件，并可進(jìn)一步自動(dòng)編譯下載到C6701 EVM上執(zhí)行。設(shè)計(jì)人員可以快速的將數(shù)字信號(hào)處理的算法模型下載到實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)上執(zhí)行，用以評(píng)估算法的性能，或者轉(zhuǎn)換為一個(gè)CCS IDE工程文件，實(shí)現(xiàn)從Simulink環(huán)境到CCS IDE環(huán)境的無(wú)縫連接。通過(guò)Target for CCS IDE/C6701 EVM，用戶(hù)可以方便的利用MathWorks公司提供的DSP、通信和數(shù)學(xué)算法庫(kù)，將主要的精力放在設(shè)計(jì)而不是DSP編程上，進(jìn)行反復(fù)的迭代設(shè)計(jì)，直到算法滿(mǎn)足系統(tǒng)性能要求。Targer for CCS IDE/C6701 EVM/C6711 DSK從以下方面方便了用戶(hù)：
?有助于實(shí)現(xiàn)DSP算法原型
?系統(tǒng)級(jí)的算法驗(yàn)證
?從Simulink模型到CCS IDE工程的無(wú)縫轉(zhuǎn)換
?降低編寫(xiě)DSP代碼的難度
Link for CCS IDE
Link for CCS IDE接口實(shí)現(xiàn)了CCS IDE和Matlab之間的連接，允許用戶(hù)在MATLAB命令窗口下載運(yùn)行CCS IDE中的程序，與目標(biāo)內(nèi)存之間(非實(shí)時(shí)地)交換數(shù)據(jù)，檢測(cè)處理器的狀態(tài)，停止或者啟動(dòng)程序在DSP中地運(yùn)行。Link for CCS IDE的優(yōu)點(diǎn)：
?用戶(hù)可以利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和可視化功能，節(jié)省設(shè)計(jì)和調(diào)試程序的時(shí)間；
?可以編寫(xiě)用于調(diào)試數(shù)字信號(hào)處理程序的MATLAB語(yǔ)言批處理腳本，實(shí)現(xiàn)調(diào)試和分析的自動(dòng)化；
?支持TI的C5000/6000系列DSP。
Link for RTDX
DSP的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換(RTDX)允許系統(tǒng)工程師在Host computer和Target之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸且不用考慮Target程序。這里的Link for RTDX接口提供了MATLAB和支持RTDX的TI DSP上運(yùn)行的程序之間實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)的一種方式。利用Developer's Kit for TI DSP提供的MATLAB ActiveX對(duì)象CCSDSP，可以建立MATLAB和DSP之間通信的通道，在MATLAB命令窗口和DSP應(yīng)用程序之間實(shí)時(shí)地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而且無(wú)需中斷程序的運(yùn)行。Link for RTDX實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化的高級(jí)分析和可視化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜DSP程序的有效驗(yàn)證。
這里需要注意Developer's Kit for TI DSP的自動(dòng)代碼生成是面向C6711DSK和C6701 EVM等一些TI產(chǎn)品，對(duì)于用戶(hù)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)板Developer's Kit for TI DSP不能直接支持，需要在外圍的驅(qū)動(dòng)等方面做相應(yīng)的修改；對(duì)于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換、程序的控制等方面的應(yīng)用是面向所有的C5000、C6000目標(biāo)板的。

應(yīng)用舉例
Developer's Kit for TI DSP的中心點(diǎn)在于系統(tǒng)級(jí)開(kāi)發(fā)C6701 EVM/C6711 DSK的數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用系統(tǒng)，下面舉例介紹其用法。
C6701 EVM是TI公司推出的TMS320C6701 DSP芯片的評(píng)估板，它可用于有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)音識(shí)別、圖象處理、雷達(dá)等對(duì)運(yùn)算能力和存儲(chǔ)量有較高要求的場(chǎng)合。它包含的硬件有：(1)32位浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6701/167MHz，1GPS;(2)64K×32bit SRAM，2M×32bit SDRAM；(3)標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，與XDS510/560連接方便調(diào)試；(4)CPLD，實(shí)現(xiàn)板上邏輯、時(shí)序控制；另外有PCI接口，電源模塊，音頻接口等。
Developer's Kit for TI DSP開(kāi)發(fā)C6701 EVM應(yīng)用系統(tǒng)的步驟：
(1)安裝C6701 EVM板，將TI提供的相關(guān)軟件CCS IDE也安裝在同一臺(tái)PC機(jī)上。
(2)運(yùn)行MATLAB，在命令欄鍵入：C6701EVMLIB，打開(kāi)C6701EVMLIB的Simulink模塊庫(kù)。該庫(kù)包含四個(gè)模塊C6701 EVM ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)、C6701 EVM DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊)、C6701 EVM LED(指示用戶(hù)狀態(tài)的LED)、Reset C6701 EVM(復(fù)位模塊)。
(3)建立Simulink仿真模型，如果需要，可以為Simulink仿真模型添加上述的EVM I/O設(shè)備。設(shè)置其屬性，在屬性對(duì)話(huà)框中單擊Real-Time Workshop選項(xiàng)卡，Category欄里選中Target configuration,修改System target file和Template make file文件名。
(4) 在Real-Time Workshop選項(xiàng)卡中選中TI C6701 EVM runtime 其它位默認(rèn)值，單擊Make Project按鈕，就可將Simulink模型自動(dòng)生成CCS IDE的工程文件，并自動(dòng)調(diào)入CCS IDE中，那么該工程文件就可以在CCS IDE中編譯下載運(yùn)行了。若現(xiàn)在生成工程文件后，自動(dòng)地編譯下載到C6701 EVM上執(zhí)行，要改Build action 選項(xiàng)為Build_and_execute。這時(shí)單擊Build&Run按鈕，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的編譯下載并運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用Matlab和Simulink對(duì)DSP進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)極大改進(jìn)了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。Simulink系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)環(huán)境，有助于在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和應(yīng)對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜性不斷增加的挑戰(zhàn)，使用Developer's Kit for TI DSP集成開(kāi)發(fā)工具能夠方便的進(jìn)行快速原型和硬件在回路仿真，消除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足。

參考文獻(xiàn)
1戴明楨.周建江.TMS320C54X DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社2001(11)
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4 TMS320C6701 Evaluation Module User's Guide. Texas Instruments Inc., August 2002