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(shù),，可將算法自動生成C代碼。利用串口通信下載調(diào)試程序,，方便有效,，節(jié)約了系統(tǒng)開發(fā)的成本。經(jīng)實驗驗證,，利用該方案縮短了算法開發(fā)的周期,，結(jié)果可靠，成本低,。
關(guān)鍵詞：DSP,；串口； RTW,；Simulink

0 引言
    數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processing,，DSP)是一項成熟的數(shù)字處理技術(shù)。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(fù)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(diào)試復(fù)雜等缺點,，不利于算法驗證和產(chǎn)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(chǎn)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(shù),，將模型自動生成對應(yīng)的C／C++代碼，該代碼能夠被CCS集成開發(fā)環(huán)境支持的,，經(jīng)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(shù)學(xué)工具箱來完成復(fù)雜算法的設(shè)計，而且將所有操作統(tǒng)一為Matlab命令流操作,，大大降低了設(shè)計人員需要掌握不同軟件的難度,。

2 Matlab建模
    在SimuIink環(huán)境下，使用工具箱中與DSP相關(guān)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(yù)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(shè)置,。外設(shè)模塊包含了DSP所有功能外設(shè),，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(zhuǎn)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(yīng)的C／C++代碼,，并生成相應(yīng)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(dǎo)的函數(shù)。
3．1 引導(dǎo)函數(shù)
    在F2812的ROM中編寫引導(dǎo)函數(shù),，該函數(shù)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?shù)絻?nèi)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(dǎo)至DSP內(nèi)部的快速存儲器中執(zhí)行,。該引導(dǎo)函數(shù)提供了多種引導(dǎo)的方式，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)要求,。不同的模式是根據(jù)GPIO引腳的信號來決定的,，對應(yīng)關(guān)系見表1。

    本文是使用了SCI引導(dǎo)模式,，通過串口將可執(zhí)行代碼傳送至DSP內(nèi)部來執(zhí)行,。所以DSP硬件的引腳必須有對應(yīng)的信號輸入。
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(guān)的所有事件，比如設(shè)置參數(shù)(波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位等)，發(fā)送／接收數(shù)據(jù)，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(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。引導(dǎo)函數(shù)對于流入的數(shù)據(jù)有相應(yīng)的格式規(guī)定。經(jīng)過CCS編譯的文件必須先進行格式轉(zhuǎn)化才能被引導(dǎo)函數(shù)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(shè)置。將DSP硬件設(shè)置為SCI引導(dǎo)模式,。
    (3)建立串口通信,。將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送至DSP,。
    (4)程序執(zhí)行。

4 實驗驗證
    為了驗證本方案的可靠性,，本文設(shè)計了一個串口控制電機調(diào)速的實驗,。該實驗的內(nèi)容是：上位機利用串口來發(fā)送速度指令，對電機的轉(zhuǎn)速進行PID控制,。其中,，對電機的驅(qū)動方式采用PWM驅(qū)動方式，設(shè)置PWM的周期寄存器值是64 000個計數(shù)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(jù)時鐘分頻后換算的結(jié)果，實際的PWM波的周期約是850μs,，設(shè)置上位機發(fā)送指令為75％的最大轉(zhuǎn)速,，則對應(yīng)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(jié)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(xué)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(shè)計的硬件平臺上進行驗證,，結(jié)果表明該方案是可行有效的。