摘要：針對目前DSP的算法開發(fā)主要依賴手工編寫C代碼，不但工作量大，而且程序的下載依賴于專門的昂貴的仿真器的問題，在此提出了基于Matlab／Simulink環(huán)境的DSP算法開發(fā)，并利用串口通信實現(xiàn)程序下裁的綜合方案。該方案能很好地利用Matlab現(xiàn)有的功能模塊，大大降低了DSP的算法開發(fā)難度，利用RTW技術，可將算法自動生成C代碼。利用串口通信下載調試程序，方便有效，節(jié)約了系統(tǒng)開發(fā)的成本。經實驗驗證，利用該方案縮短了算法開發(fā)的周期，結果可靠，成本低。
關鍵詞：DSP；串口； RTW；Simulink

0 引言
    數字信號處理器(Digital Signal Processing，DSP)是一項成熟的數字處理技術。它具有速度快、精度高、抗干擾能力強、尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，特別適合處理復雜的控制算法。目前傳統(tǒng)的DSP功能開發(fā)方法，是利用匯編語言或C／C++語言進行DSP功能開發(fā)，具有周期長，工作量大，調試復雜等缺點，不利于算法驗證和產品快速開發(fā)。而且，程序下載所依賴的仿真器價格一般比較昂貴，也增加了產品開發(fā)的成本。
    本文利用TMS320F2812芯片自主開發(fā)了硬件平臺，提出了在Matlab／Simulink環(huán)境下，搭建算法模型并自動生成C代碼，并通過串口下載至DSP目標板的快速開發(fā)方案。

1 總體方案介紹
    本文自主開發(fā)的硬件平臺是以TMS320F2812作為核心處理器，開發(fā)了串口通信、正交編碼、PWM輸出和啟動模式跳線等功能?；贛atlab ／Simulink環(huán)境的DSP快速開發(fā)方法，首先利用了自主開發(fā)的軟件在DSP硬件、Code Composer Studio開發(fā)環(huán)境(CCS)和Matlab軟件之間建立連接，然后在Simulink環(huán)境下，建立運動控制算法模型。在該建模過程中，用戶可以像操作Matlab變量一樣操作DSP的存儲器和寄存器。模型搭建完成后，再利用RTW技術，將模型自動生成對應的C／C++代碼，該代碼能夠被CCS集成開發(fā)環(huán)境支持的，經過CCS編譯后生成可執(zhí)行代碼，最后利用DSP的串口將可執(zhí)行代碼下載到DSP的儲存器中運行。該過程的流程圖如圖1所示。

    在Matlab環(huán)境下對DSP進行開發(fā)，不僅可以方便地利用Matlab現(xiàn)有的數學工具箱來完成復雜算法的設計，而且將所有操作統(tǒng)一為Matlab命令流操作，大大降低了設計人員需要掌握不同軟件的難度。
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2 Matlab建模
    在SimuIink環(huán)境下，使用工具箱中與DSP相關的庫，將需要模塊拖至模型窗口，建立目標模型，該過程與普通的Simulink建模過程相似。特別需要說明的是幾類重要的模塊。Target模塊預定義了DSP的所有基本硬件信息，比如主頻，儲存器的分配，是每個模型都必須有的模塊。該模塊需要放置在模型的頂層，沒有輸入輸出設置。外設模塊包含了DSP所有功能外設，包括I／O口、PWM波形生成器、計時器、QEP正交編碼功能等。算法模塊庫包含了DSP常用的算法模型，比如PID控制器。這些算法庫都是支持IQrnath格式，是一種將浮點運算轉化為定點運算的功能，可以提高DSP進行浮點運算的效率。模型建立完成后，利用RTW功能編譯后就能生成與該模型對應的C／C++代碼，并生成相應的Project文件。使用CCS集成開發(fā)環(huán)境，對該代碼編譯，即生成可執(zhí)行文件，為串口下載程序做好準備。

3 串口下載
    實現(xiàn)基于串口實現(xiàn)程序下載的功能，是利用了Matlab的串口通信指令和在DSP中的一個引導的函數。
3．1 引導函數
    在F2812的ROM中編寫引導函數，該函數是在DSP上電或重啟時執(zhí)行。它是用于將執(zhí)行代碼從外部源傳輸到內存儲器中；從而允許代碼存儲在外部的慢速而不易丟失的存儲器中，然后引導至DSP內部的快速存儲器中執(zhí)行。該引導函數提供了多種引導的方式，以適應不同的系統(tǒng)要求。不同的模式是根據GPIO引腳的信號來決定的，對應關系見表1。

    本文是使用了SCI引導模式，通過串口將可執(zhí)行代碼傳送至DSP內部來執(zhí)行。所以DSP硬件的引腳必須有對應的信號輸入。[!--empirenews.page--]
3．2 串口通信
    Matlab中有支持串口通信的對象，使用該對象，可以方便的實現(xiàn)上位機和下位機的串口通訊相關的所有事件，比如設置參數(波特率、數據位、停止位等)，發(fā)送／接收數據，中斷等。在本文中，使用Matlab的串口功能的最基本流程如下：
   
3．3 程序下載步驟
    在上位機編寫串口通信函數后，就可以利用串口將可執(zhí)行代碼下載至DSP目標板運行。按照以下步驟完成：
    (1)數據轉換。引導函數對于流入的數據有相應的格式規(guī)定。經過CCS編譯的文件必須先進行格式轉化才能被引導函數接收。該過程可以使用TI公司免費提供的hex2000工具完成。
    (2)硬件設置。將DSP硬件設置為SCI引導模式。
    (3)建立串口通信。將轉化后的數據流保存為Matlab的變量形式，按照前面描述的串口通訊辦法，將變量中的數據傳送至DSP。
    (4)程序執(zhí)行。[!--empirenews.page--]

4 實驗驗證
    為了驗證本方案的可靠性，本文設計了一個串口控制電機調速的實驗。該實驗的內容是：上位機利用串口來發(fā)送速度指令，對電機的轉速進行PID控制。其中，對電機的驅動方式采用PWM驅動方式，設置PWM的周期寄存器值是64 000個計數周期。該實驗硬件連接如圖2所示，DSP與PC機之間以串口連接。上位機建立控制模型如圖3所示。

    本文所使用的DSP主頻是150MHz，根據時鐘分頻后換算的結果，實際的PWM波的周期約是850μs，設置上位機發(fā)送指令為75％的最大轉速，則對應的PWM的占空比為75％，其中高電平的實際長度約為640 μs，這與用示波器觀察到的圖4是一致的，因此，本文提出的DSP功能開發(fā)方案是可靠的。

5 結語
    本文提出了基于Matlab／Simulink環(huán)境的DSP算法開發(fā)，并利用串口實現(xiàn)程序下載的快速開發(fā)方案。該方案很好地利用了Matlab強大的科學計算和可視化圖形開發(fā)功能，縮短了DSP算法的開發(fā)周期，降低了DSP編程的工作量，節(jié)約了硬件成本。最后，在本文自主設計的硬件平臺上進行驗證，結果表明該方案是可行有效的。