一種基于Matlab的DSP軟件快速開發(fā)方法

摘 要：本文介紹了一種DSP軟件快速開發(fā)方法。該方法以Mathworks公司的MATLAB為核心，聯(lián)合TI公司的CCS IDE編譯器，以及瑞士Technosoft公司的DMC Developer Pro作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)DSP代碼的快速開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段的無縫連接，使開發(fā)周期極大的縮短。

關(guān)鍵字：Matlab；DSP；RTW

中圖分類號(hào)：TP332

數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs）以其低功耗、高性能著稱，芯片處理速度快，最新的DSPs技術(shù)的運(yùn)算速度可達(dá)μm級(jí)，因此，被廣泛的應(yīng)用到機(jī)電、數(shù)控、能源等領(lǐng)域。為了提高DSPs系統(tǒng)的開發(fā)效率，如何高效的開發(fā)DSP程序成了DSP應(yīng)用的關(guān)鍵問題。匯編語言和C語言是常用的DSPs系統(tǒng)開發(fā)工具，此種方式代碼效率高、程序執(zhí)行速度快，但是這兩種語言難于上手，對(duì)于初學(xué)者很難掌握，而且不同生產(chǎn)廠商的芯片指令不同，所以如果采用匯編語言來開發(fā)DSP程序，一般開發(fā)周期較長(zhǎng)，軟件維護(hù)及升級(jí)困難，而且可移植性較差[1]。針對(duì)上述問題，本文將MATLAB的Real Time Workshop（RTW）與TI的MATLAB Link for Code Composer Studio（CCSLink）結(jié)合，最后在MATLAB與CCSLink結(jié)合的測(cè)試平臺(tái)上對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)調(diào)試。

1 DSPs系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DSPs系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要包括三種方法：（1）異步調(diào)用，在MATLAB環(huán)境中創(chuàng)建CCS的連接對(duì)象。此對(duì)象實(shí)現(xiàn)CCS和MATLAB的連接，從MATLAB命令窗中就可以運(yùn)行CCS中的應(yīng)用程序，查詢目標(biāo)DSPs的狀態(tài)信息，修改或讀取目標(biāo)DSPs的存儲(chǔ)器或寄存器中的數(shù)據(jù)。（2）調(diào)試模式，在MATLAB環(huán)境中創(chuàng)建嵌入的變量的對(duì)象。此嵌入式對(duì)象可直接訪問嵌入在目標(biāo)DSPs中的存儲(chǔ)器和寄存器中的變量，即把目標(biāo)C程序中的變量作為MATLAB的一個(gè)變量對(duì)待，可以調(diào)試DSPs程序。（3）同步調(diào)用，在MATLAB環(huán)境中創(chuàng)建RTDX連接對(duì)象，此對(duì)象提供MATLAB和DSPs之間的實(shí)時(shí)通信通道，此通道可以向DSPs發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，不必停止DSPs上運(yùn)行的程序，并把處理結(jié)果取回到MATLAB空間中進(jìn)行分析。

2 設(shè)計(jì)代碼

DSPs系統(tǒng)代碼設(shè)計(jì)過程如圖2所示，主要包括三個(gè)過程：

（1）模型設(shè)計(jì)，在Simulink環(huán)境下根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)模型。

（2）代碼生成，代碼生成是由很多軟件聯(lián)合完成的，CCSLink、RTW、Embedded Target for TI C2000 DSP，生成的程序代碼可以直接傳到DSPs目標(biāo)控制板上。

（3）代碼調(diào)試，在MATLAB環(huán)境下，代碼調(diào)試過程變得簡(jiǎn)單，調(diào)試過程在MATLAB圖形化的界面幫助下，很容易跟蹤變量及查看寄存器狀態(tài)。三個(gè)過程不是絕對(duì)劃分，而是一個(gè)反復(fù)螺旋上升的過程，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，通過重新的模型設(shè)計(jì)調(diào)整，不斷地優(yōu)化模型。

3 實(shí)例分析

下面我們將通過一個(gè)簡(jiǎn)單的異步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)來看一下如何實(shí)現(xiàn)DSP軟件的快速開發(fā)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的伺服電機(jī)控制功能，該系統(tǒng)是由電流環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的電流環(huán)控制器采用PI控制，位置環(huán)控制器采用PD控制。圖3和圖4為該交流伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程，直觀地展示了從軟件設(shè)計(jì)到軟件調(diào)試的整個(gè)過程。開發(fā)步驟如下：

（1）系統(tǒng)模型搭建如圖3，使用各種組件及參數(shù)設(shè)置。開發(fā)者在MATLAB/Simulink圖形化建模和仿真環(huán)境中，非常簡(jiǎn)單的完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（2）代碼生成，在控制系統(tǒng)模型中選擇某一模塊，利用RTW中 Build Subsystem功能，即把該模塊生成相應(yīng)的C/C++代碼。

（3）DSP代碼的修改與調(diào)試如圖4，在MATLAB/Simulink中生成的C/C++代碼下載到DMC Developer Pro IDE平臺(tái)，在實(shí)際的數(shù)字控制板中進(jìn)行在環(huán)調(diào)試運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文采用基于MATLAB結(jié)合CCSLink的DSP軟件開發(fā)方法，充分發(fā)揮了MATLAB圖形化工作界面，易于操作的特點(diǎn)，將以前不易實(shí)現(xiàn)的仿真調(diào)試環(huán)節(jié)，放到MATLAB中實(shí)現(xiàn)。該方法不僅極大的縮短了開發(fā)時(shí)間，同時(shí)使得開發(fā)者更多的關(guān)注系統(tǒng)的性能及應(yīng)用價(jià)值，把工作重點(diǎn)從編程轉(zhuǎn)移到對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上面來，可以縮短從實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用階段的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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[3]武曉光，丁新宇.利用Matlab和Simulink對(duì)DSP進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方法[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2003（03）.

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作者簡(jiǎn)介：侯金平，（1975-），女，教師，主要從事計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

作者單位：遼寧盤錦大洼高級(jí)中學(xué)，遼寧盤錦 124200；鞍山變壓器有限公司，遼寧鞍山 114000