利用Matlab和Simulink對DSP進(jìn)行系統級的設計方法

關(guān)鍵詞：DSP；Matlab；TI；CCS；IDE

引言
傳統的DSP設計開(kāi)發(fā)流程分為兩個(gè)部分：開(kāi)發(fā)設計和產(chǎn)品實(shí)現。在開(kāi)發(fā)設計部分完成算法開(kāi)發(fā)和方案設計，產(chǎn)品的實(shí)現用來(lái)驗證開(kāi)發(fā)設計的正確性，通常是在不同的部門(mén)相互獨立地完成。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，系統范圍內的算法測試，系統設計的錯誤不能被及時(shí)發(fā)現等。
利用Matlab和Simulink系統級的設計方法和快速原型的自動(dòng)化工具可以解決這些問(wèn)題。

系統級設計方法與快速原型
系統級設計方法的核心是將算法設計和系統級設計仿真在統一的開(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)部分結合在一起。
進(jìn)行系統級設計需要一個(gè)統一的開(kāi)發(fā)環(huán)境，且在該開(kāi)發(fā)環(huán)境中可以對系統結構、算法進(jìn)行描述，還能夠對系統不同層次，不同組件和不同數據類(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級仿真環(huán)境。分級系統的描述方式，提供了真正的自頂向下的設計方法，并且通過(guò)圖塊的方式實(shí)現移植。
快速原型就是系統工程師在硬件平臺上快速驗證他們的方案。這里快速是指無(wú)需進(jìn)行漫長(cháng)的針對硬件的軟硬開(kāi)發(fā)過(guò)程，就可以方便的使用相關(guān)硬件平臺?？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)還降低系統工程師對硬件知識的要求，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的系統級設計
MathWorks公司為我們提供了功能強大的DSP系統和算法設計工具:Matlab和Simulink，Texas Instruments提供了高性能的DSP設備和集成開(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)從數字信號處理的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上執行。設計人員可以快速的將數字信號處理的算法模型下載到實(shí)時(shí)硬件平臺上執行，用以評估算法的性能，或者轉換為一個(gè)CCS IDE工程文件，實(shí)現從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、通信和數學(xué)算法庫，將主要的精力放在設計而不是DSP編程上，進(jìn)行反復的迭代設計，直到算法滿(mǎn)足系統性能要求。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DSP算法原型
?系統級的算法驗證
?從Simulink模型到CCS IDE工程的無(wú)縫轉換
?降低編寫(xiě)DSP代碼的難度
Link for CCS IDE
Link for CCS IDE接口實(shí)現了CCS IDE和Matlab之間的連接，允許用戶(hù)在MATLAB命令窗口下載運行CCS IDE中的程序，與目標內存之間(非實(shí)時(shí)地)交換數據，檢測處理器的狀態(tài)，停止或者啟動(dòng)程序在DSP中地運行。Link for CCS IDE的優(yōu)點(diǎn)：
?用戶(hù)可以利用MATLAB強大的數據分析和可視化功能，節省設計和調試程序的時(shí)間；
?可以編寫(xiě)用于調試數字信號處理程序的MATLAB語(yǔ)言批處理腳本，實(shí)現調試和分析的自動(dòng)化；
?支持TI的C5000/6000系列DSP。
Link for RTDX
DSP的實(shí)時(shí)數據交換(RTDX)允許系統工程師在Host computer和Target之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據傳輸且不用考慮Target程序。這里的Link for RTDX接口提供了MATLAB和支持RTDX的TI DSP上運行的程序之間實(shí)時(shí)交換數據的一種方式。利用Developer's Kit for TI DSP提供的MATLAB ActiveX對象CCSDSP，可以建立MATLAB和DSP之間通信的通道，在MATLAB命令窗口和DSP應用程序之間實(shí)時(shí)地發(fā)送和接收數據，而且無(wú)需中斷程序的運行。Link for RTDX實(shí)現了對實(shí)時(shí)數據的自動(dòng)化的高級分析和可視化，實(shí)現了對復雜DSP程序的有效驗證。
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，對于用戶(hù)開(kāi)發(fā)的目標板Developer's Kit for TI DSP不能直接支持，需要在外圍的驅動(dòng)等方面做相應的修改；對于實(shí)時(shí)的數據交換、程序的控制等方面的應用是面向所有的C5000、C6000目標板的。

應用舉例
Developer's Kit for TI DSP的中心點(diǎn)在于系統級開(kāi)發(fā)C6701 EVM/C6711 DSK的數字信號處理的應用系統，下面舉例介紹其用法。
C6701 EVM是TI公司推出的TMS320C6701 DSP芯片的評估板，它可用于有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò )、語(yǔ)音識別、圖象處理、雷達等對運算能力和存儲量有較高要求的場(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)標準JTAG接口，與XDS510/560連接方便調試；(4)CPLD，實(shí)現板上邏輯、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應用系統的步驟：
(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PC機上。
(2)運行MATLAB，在命令欄鍵入：C6701EVMLIB，打開(kāi)C6701EVMLIB的Simulink模塊庫。該庫包含四個(gè)模塊C6701 EVM ADC(模數轉換模塊)、C6701 EVM DAC(數模轉換模塊)、C6701 EVM LED(指示用戶(hù)狀態(tài)的LED)、Reset C6701 EVM(復位模塊)。
(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設備。設置其屬性，在屬性對話(huà)框中單擊Real-Time Workshop選項卡，Category欄里選中Target configuration,修改System target file和Template make file文件名。
(4) 在Real-Time Workshop選項卡中選中TI C6701 EVM runtime 其它位默認值，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)調入CCS IDE中，那么該工程文件就可以在CCS IDE中編譯下載運行了。若現在生成工程文件后，自動(dòng)地編譯下載到C6701 EVM上執行，要改Build action 選項為Build_and_execute。這時(shí)單擊Build&Run按鈕，可實(shí)現自動(dòng)的編譯下載并運行。

結語(yǔ)
應用Matlab和Simulink對DSP進(jìn)行系統級的設計極大改進(jìn)了傳統的設計方法。Simulink系統級的設計環(huán)境，有助于在設計早期發(fā)現錯誤和應對系統復雜性不斷增加的挑戰，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，消除了傳統設計方法的不足。

參考文獻
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4 TMS320C6701 Evaluation Module User's Guide. Texas Instruments Inc., August 2002