利用Matlab和Simulink對DSP進行系統級的設計方法

關鍵詞：DSP；Matlab；TI；CCS；IDE

引言
傳統的DSP設計開發流程分為兩個部分：開發設計和產品實現。在開發設計部分完成算法開發和方案設計，產品的實現用來驗證開發設計的正確性，通常是在不同的部門相互獨立地完成。這樣的開發流程存在許多問題，如相互之間的協作，系統范圍內的算法測試，系統設計的錯誤不能被及時發現等。
利用Matlab和Simulink系統級的設計方法和快速原型的自動化工具可以解決這些問題。

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發環境中進行,從而有效地將開發流程的將兩個部分結合在一起。
進行系統級設計需要一個統一的開發環境，且在該開發環境中可以對系統結構、算法進行描述，還能夠對系統不同層次，不同組件和不同數據類型進行建模；同時要有良好的移植性能。Simulink提供了這樣一個很好的開發環境，它是基于圖塊的系統級仿真環境。分級系統的描述方式，提供了真正的自頂向下的設計方法，并且通過圖塊的方式實現移植。
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。這里快速是指無需進行漫長的針對硬件的軟硬開發過程，就可以方便的使用相關硬件平臺。快速原型不需要工程師進行大量的C或匯編編寫代碼的過程，同時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 集成開發工具的三種接口

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設備和集成開發環境。兩公司合作推出了集成開發工具Developer's Kit for TI DSP，向用戶提供了三種接口，如圖1所示。
Targer for CCS IDE/C6701 EVM/C6711 DSK
Targer for CCS IDE/C6701 EVM可以讓用戶從數字信號處理的Simulink模型自動生成C6701 EVM的CCS IDE工程文件，并可進一步自動編譯下載到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時硬件平臺上執行，用以評估算法的性能，或者轉換為一個CCS IDE工程文件，實現從Simulink環境到CCS IDE環境的無縫連接。通過Target for CCS IDE/C6701 EVM，用戶可以方便的利用MathWorks公司提供的DSP、通信和數學算法庫，將主要的精力放在設計而不是DSP編程上，進行反復的迭代設計，直到算法滿足系統性能要求。Targer for CCS IDE/C6701 EVM/C6711 DSK從以下方面方便了用戶：
?有助于實現DSP算法原型
?系統級的算法驗證
?從Simulink模型到CCS IDE工程的無縫轉換
?降低編寫DSP代碼的難度
Link for CCS IDE
Link for CCS IDE接口實現了CCS IDE和Matlab之間的連接，允許用戶在MATLAB命令窗口下載運行CCS IDE中的程序，與目標內存之間(非實時地)交換數據，檢測處理器的狀態，停止或者啟動程序在DSP中地運行。Link for CCS IDE的優點：
?用戶可以利用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間；
?可以編寫用于調試數字信號處理程序的MATLAB語言批處理腳本，實現調試和分析的自動化；
?支持TI的C5000/6000系列DSP。
Link for RTDX
DSP的實時數據交換(RTDX)允許系統工程師在Host computer和Target之間進行實時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時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應用程序之間實時地發送和接收數據，而且無需中斷程序的運行。Link for RTDX實現了對實時數據的自動化的高級分析和可視化，實現了對復雜DSP程序的有效驗證。
這里需要注意Developer's Kit for TI DSP的自動代碼生成是面向C6711DSK和C6701 EVM等一些TI產品，對于用戶開發的目標板Developer's Kit for TI DSP不能直接支持，需要在外圍的驅動等方面做相應的修改；對于實時的數據交換、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的中心點在于系統級開發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/無線寬帶網絡、語音識別、圖象處理、雷達等對運算能力和存儲量有較高要求的場合。它包含的硬件有：(1)32位浮點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，實現板上邏輯、時序控制；另外有PCI接口，電源模塊，音頻接口等。
Developer's Kit for TI DSP開發C6701 EVM應用系統的步驟：
(1)安裝C6701 EVM板，將TI提供的相關軟件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C6701EVMLIB的Simulink模塊庫。該庫包含四個模塊C6701 EVM ADC(模數轉換模塊)、C6701 EVM DAC(數模轉換模塊)、C6701 EVM LED(指示用戶狀態的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模型自動生成CCS IDE的工程文件，并自動調入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，自動地編譯下載到C6701 EVM上執行，要改Build action 選項為Build_and_execute。這時單擊Build&Run按鈕，可實現自動的編譯下載并運行。

結語
應用Matlab和Simulink對DSP進行系統級的設計極大改進了傳統的設計方法。Simulink系統級的設計環境，有助于在設計早期發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集成開發工具能夠方便的進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
1戴明楨.周建江.TMS320C54X DSP結構、原理及應用 北京航空航天大學出版社2001(11)
2 張雄偉.曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發應用(第2版).電子工業出版社.2000(9)
3 Developer's Kit for Texas Instruments DSP User's Guide. MathWorks Inc. February 2001
4 TMS320C6701 Evaluation Module User's Guide. Texas Instruments Inc., August 2002