標(biāo)題：基于DSP代碼自動(dòng)生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)FIR低通濾波器
1 引言
DSP芯片以其低成本、低功耗、高運(yùn)算速度等優(yōu)勢(shì)得到了飛速發(fā)展與廣泛運(yùn)用。但目前各DSP廠商提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境(如TI的CCS)大多采用G／C++或匯編語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，與編寫Matlab程序相比，前者要復(fù)雜得多。
Matlab是一個(gè)強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化工具，且編程非常方便。Simulink是Matlab產(chǎn)品中用來(lái)建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的圖形化工具。通過(guò)豐富的功能模塊，可以迅速地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。同時(shí)Simulink也是Real-Time Workshop(以下簡(jiǎn)稱RTW)的支持平臺(tái)。通過(guò)RTW可以自動(dòng)生成面向不同目標(biāo)的代碼。
Matlab輔助DSP進(jìn)行混合編程，很多學(xué)者作了許多研究和嘗試。文獻(xiàn)[1]提出了由Matlab向DSP傳送原始數(shù)據(jù)以及DSP反饋處理后數(shù)據(jù)的方法，充分利用了Matlab優(yōu)秀的可視化功能。但仍然要在DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境中編寫復(fù)雜的代碼。文獻(xiàn)[2，3]利用工具包——Matlab Link for CCS Development Tools(以下簡(jiǎn)稱CCSLink)，實(shí)現(xiàn)了在Matlab、TI開(kāi)發(fā)環(huán)境和DSP硬件間的雙向連接，極大地降低了開(kāi)發(fā)人員調(diào)試DSP代碼的難度和工作量。但CCSLink只用于DSP程序的調(diào)試、數(shù)據(jù)傳遞和驗(yàn)證等過(guò)程，同樣需要編寫復(fù)雜的DSP代碼。而另一工具包——ETTIC6000，利用RTW直接從Simulink模型生成面向TI C6000 DSP的高效代碼，不再需要傳統(tǒng)的DSP編程過(guò)程。本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并自動(dòng)生成FIR低通濾波器的DSP代碼。
2 ETTIC6000的功能、特點(diǎn)及開(kāi)發(fā)DSP代碼過(guò)程
ETTIC6000是Math Works公司和TI公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的工具包。利用RTW直接從Simulink模型生成面向TI的C6701 EVM和C6711 DSK目標(biāo)板的可執(zhí)行文件或CCS工程。在DSP代碼自動(dòng)生成過(guò)程中，ETTIC6000必須與Simulink，RTW，CCS和TI目標(biāo)板等軟硬件相結(jié)合才能充分顯現(xiàn)其功能。它們之間的關(guān)系如圖1所示。
應(yīng)用ETTIC6000開(kāi)發(fā)DSP代碼的過(guò)程一般經(jīng)過(guò)如下幾步：
(1)概念構(gòu)思和DSP處理算法設(shè)計(jì)。
(2)在Simulink環(huán)境下，利用Matlab基本模塊，Simulink基本模塊，數(shù)字信號(hào)處理工具箱，以及專門面向TI C6000的模塊組等模塊，構(gòu)建算法模型并運(yùn)行仿真。并非所有模塊都可以轉(zhuǎn)化為DSP代碼并順利編譯。例如一些面向Win32的程序模塊在轉(zhuǎn)化為DSP代碼或在CCS中進(jìn)行編譯時(shí)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法兼容或找不到相關(guān)頭文件等錯(cuò)誤提示。
(3)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，若仿真結(jié)果滿意，即可在模型中加入C6701 EVM或C6711 DSK目標(biāo)板的輸入輸出模塊。否則，重新進(jìn)行算法設(shè)計(jì)、建模、仿真。
(4)在設(shè)計(jì)好的面向具體目標(biāo)板的模型中，設(shè)置Simulation選項(xiàng)，包括RTW中的編譯連接等選項(xiàng)。
(5)執(zhí)行代碼自動(dòng)生成、編譯、調(diào)試并裝載到目標(biāo)板上運(yùn)行。
從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，DSP開(kāi)發(fā)人員只需在Matlab中進(jìn)行Simulink模型設(shè)計(jì)、構(gòu)建與仿真。省去了編寫、調(diào)試復(fù)雜DSP代碼的過(guò)程。下面以實(shí)現(xiàn)FIR低通濾波器為例，詳細(xì)闡述應(yīng)用ETTIC6000開(kāi)發(fā)DSP代碼的全部過(guò)程。
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3 FIR低通濾波器實(shí)現(xiàn)過(guò)程
此系統(tǒng)要求對(duì)頻率分別為200 Hz，600 Hz和1 000 Hz，幅度為1的混合正弦信號(hào)進(jìn)行低通濾波，保留200 Hz的正弦信號(hào)。采用Simulink環(huán)境下的FDATool工具設(shè)計(jì)FIR低通濾波器。在以下軟硬件環(huán)境中設(shè)計(jì)并通過(guò)測(cè)試，以下軟件均采用默認(rèn)安裝路徑，若軟硬件環(huán)境不同，相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置將有很大差別。
硬件環(huán)境：TMS320C6711 DSK開(kāi)發(fā)板、PC聲卡、雙頭音頻線等。
軟件環(huán)境：Matlab 7.4(R2007a)，CCStudio 3.1，Simulink 6.6，Real-Time Workshop 6.6，Target forTI C6000(tm)3.2，Link for Code ComposerStudio 3.0。
Matlab附帶軟件可以在命令窗口通過(guò)ver命令查看，附帶軟件的使用可以充分利用help命令。
3.1 Simulink環(huán)境下構(gòu)建算法模型并仿真
依據(jù)設(shè)計(jì)思想，在Simulink環(huán)境下，通過(guò)Simulink基本模塊庫(kù)和數(shù)字信號(hào)處理工具箱構(gòu)建如圖2所示系統(tǒng)模型。三個(gè)輸入信號(hào)模塊關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置：頻率分別設(shè)置為200 Hz，600 Hz和1 000 Hz；幅度為1；采樣頻率為1 600 Hz。FDA Tool關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置：濾波類型選擇低通；階數(shù)為80；采樣頻率為1 600 Hz；起始頻率為100 Hz；截至頻率為500 Hz。
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對(duì)圖2所示模型運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。從濾波后的波形看，此濾波器的參數(shù)設(shè)置比較合理。
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3.2 構(gòu)建面向C6711 DSK目標(biāo)模型
(1)依據(jù)仿真模型利用ETTIC6000中C6711 DSK輸入輸出模塊構(gòu)建如圖4所示面向C6711 DSK目標(biāo)模型。C6711 DSK ADC與C6711 DSK DAC參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。FDA Tool參數(shù)與仿真模型中參數(shù)保持一致，設(shè)置完成后將模型保存在Matlab默認(rèn)目錄下，命名為myfilter.mdl。
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(2)依據(jù)圖4構(gòu)建如圖5所示的硬件平臺(tái)。TMS320C6711 DSK與PC通過(guò)并口線連接；信號(hào)源由PC聲卡輸出，經(jīng)C6711 DSK A／D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行FIR低通濾波，由Line OUT將濾波后信號(hào)輸出至PC聲卡，最后采集聲卡信號(hào)，顯示濾波后波形。
3.3 DSP代碼自動(dòng)生成
進(jìn)行DSP代碼自動(dòng)生成前，首先要安裝、配置相應(yīng)的軟硬件環(huán)境。正確安裝、配置是此系統(tǒng)能夠成功運(yùn)行的關(guān)鍵。具體配置有如下幾個(gè)方面：
(1)依據(jù)圖5實(shí)現(xiàn)硬件連接。在BIOS中將并口傳輸模式改為EPP模式；在DOS模式下，運(yùn)行C：＼CCS-tudio v3.1＼C6000＼DSK6X11＼conftest＼dsk6xtst.exe文件，可以檢測(cè)目標(biāo)板是否連接正常；最后檢查PC聲卡輸入輸出是否正常。
(2)正確配置CCS。點(diǎn)擊Setup CCStudio V3.1，選擇C6711 DSK Port 378 EPP Mode模塊，點(diǎn)擊Add，設(shè)置并口地址為0x378；保存設(shè)置后退出。
(3)打開(kāi)myfilter.mdl模型，展開(kāi)simulation>Configuration Paraineters面板，面板中相應(yīng)選項(xiàng)設(shè)置如下：
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其他選項(xiàng)設(shè)置為默認(rèn)模式。
(4)點(diǎn)擊RTW面板Generate code按鈕，執(zhí)行代碼自動(dòng)生成過(guò)程，此時(shí)Matlab命令窗口將顯示如下信息：
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(5)CCStudio 3.1將自動(dòng)運(yùn)行，窗口中自動(dòng)生成myfilter.pit的工程文件。
3.4 FIR低通濾渡器實(shí)現(xiàn)
(1)對(duì)myfiher.pit的工程文件在CCS中進(jìn)行編譯、連接、裝載、運(yùn)行。
(2)利用Matlab中的daqfcengen函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)向PC聲卡輸出端輸出波形。在Matlab命令窗口輸入daqfcengen命令，將顯示波形發(fā)生器窗口，將頻率設(shè)置為200 Hz，幅度設(shè)置為1，如圖6所示。點(diǎn)擊Start按鈕。在Matlab命令窗口繼續(xù)輸入daqfcengen命令，相繼實(shí)現(xiàn)頻率為600 Hz，1 000 Hz的波形輸出。這樣PC聲卡就輸出了三個(gè)不同頻率波形的疊加。
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(3)利用Matlab中的daqscope函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)顯示PC聲卡輸入端的波形。在Matlab命令窗口輸入daqscope命令，將顯示波形顯示器窗口，如圖7所示，即為濾波后的輸出波形。
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4 結(jié) 語(yǔ)
從整個(gè)FIR低通濾波器實(shí)現(xiàn)過(guò)程看，沒(méi)有編寫一行DSP代碼，全部采用圖形化的編程模式，生成的CCS工程文件既可供初學(xué)者學(xué)習(xí)、借鑒。又可供具有一定編程經(jīng)驗(yàn)的程序開(kāi)發(fā)者對(duì)代碼進(jìn)一步修改或優(yōu)化，提高代碼執(zhí)行效率。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，設(shè)計(jì)的FIR低通濾波器濾波效果明顯。充分說(shuō)明利用DSP代碼自動(dòng)生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)FIR低通濾波器的方法是可行的、高效的。Matlab輔助DSP在語(yǔ)音處理、圖像處理、通信、雷達(dá)等領(lǐng)域還有許多值得研究的地方。采用多語(yǔ)言工具進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)也是今后發(fā)展的趨勢(shì).