MATLAB與DSP使用RTDX的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換

　　摘要：采用MATLAB輔助DSP程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，能加快DSP應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換(RTDX)為設(shè)計(jì)、驗(yàn)證DSP算法提供了一個(gè)快速、方便的解決方案。本文對(duì)RTDX的工作原理進(jìn)行了分析，討論了MATLAB與DSP使用RTDX插件實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式，并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例說(shuō)明RTDX的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

　　引言

　　在傳統(tǒng)的DSP(Digital Signal Processor)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，涉及的算法一般先用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果滿意后，再進(jìn)入產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)階段。仿真實(shí)現(xiàn)后的算法用 C/C++或匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，首先在硬件DSP目標(biāo)板上調(diào)試，將中間結(jié)果通過(guò)DSP開(kāi)發(fā)工具保存到PC機(jī)的硬盤上，然后調(diào)用到MATLAB工作空間，與 MATLAB仿真算法的中間結(jié)果進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)DSP程序中由于設(shè)計(jì)或精度導(dǎo)致的結(jié)果偏差。如此反復(fù)進(jìn)行，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)十分不便。

　　鑒于DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法十分不便，Math Works公司和TI公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了MATLAB Link for CCS Development Tools(簡(jiǎn)稱CCSLink)。CCSLink將MATLAB、CCS(TI DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)和目標(biāo)DSP三者連接起來(lái)，開(kāi)發(fā)人員可以在MATLAB環(huán)境中像操作MATLAB變量一樣操作TI公司DSP的存儲(chǔ)器和寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)CCS的控制，極大地方便了TI DSP應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

　　本文所做的研究是以MATLAB2010b、CCS3.3以及基于TMS320VC5509A的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行的。目前大多數(shù)書(shū)籍就CCSLink的描述主要是基于MATLAB6.5的，而后續(xù)的MATLAB版本對(duì)CCSLink做了一定的修改和完善。RTDX插件作為CCSLink的重要組成部分之一，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在接下來(lái)的內(nèi)容中將對(duì)RTDX做詳細(xì)介紹，旨在向DSP研發(fā)人員提供一種更快捷的RTDX使用方式。

　　1 CCSLink的構(gòu)成

　　CCSLink由3部分組成：

　?、倥cCCS IDE的連接對(duì)象。利用此對(duì)象可以創(chuàng)建CCS與MATLAB的連接，執(zhí)行相應(yīng)的MATLAB命令就可以運(yùn)行CCS中的應(yīng)用程序，與目標(biāo)DSP的存儲(chǔ)器和寄存器進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。其優(yōu)點(diǎn)在于：

　　(a)用戶可以利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和可視化功能，節(jié)省設(shè)計(jì)和調(diào)試程序的時(shí)間。

　　(b)可以編寫(xiě)用于調(diào)試數(shù)字信號(hào)處理程序的MATLAB語(yǔ)言批處理腳本，實(shí)現(xiàn)調(diào)試和分析的自動(dòng)化。

　?、谂cRTDX的連接對(duì)象。提供了MATLAB與目標(biāo)DSP之間的實(shí)時(shí)通信通道，利用此通道可以實(shí)時(shí)地與目標(biāo)DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而不用停止DSP上正在執(zhí)行的程序。Link for RTDX實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化高級(jí)分析和可視化，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜DSP程序的有效驗(yàn)證。

　　RTDX包括主機(jī)和目標(biāo)DSP兩部分，如圖1所示。在DSP上有一個(gè)小的RTDX庫(kù)(RTDX Target Library)，其使用一個(gè)基于掃描的仿真器，通過(guò)增強(qiáng)型JTAG接口在主機(jī)和DSP之間傳輸數(shù)據(jù)。DSP應(yīng)用程序則通過(guò)調(diào)用RTDX庫(kù)的API函數(shù)來(lái)完成主機(jī)和DSP之間的通信。主機(jī)方運(yùn)行CCS軟件，CCS軟件同樣帶有一個(gè)RTDX庫(kù)(RTDX Host Library)，通過(guò)一個(gè)COM接口將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在主機(jī)上顯示。這樣，MATLAB中設(shè)計(jì)的參數(shù)可以通過(guò)RTDX輸入通道寫(xiě)入DSP的存儲(chǔ)單元，而算法的最后結(jié)果也可以通過(guò)RTDX的輸出通道上傳到MATLAB中，通過(guò)編寫(xiě)MATLAB程序來(lái)顯示、分析信號(hào)處理的結(jié)果。

　　③嵌入對(duì)象。在MATLAB環(huán)境中能夠創(chuàng)建一個(gè)代表嵌入在目標(biāo)C程序中的變量對(duì)象，利用嵌入式對(duì)象可以像處理MATLAB的變量那樣直接訪問(wèn)嵌入在目標(biāo)DSP的存儲(chǔ)器和寄存器中的變量。

　　上述3種連接對(duì)象的實(shí)現(xiàn)方式略有不同，與CCS IDE的連接對(duì)象和嵌入式對(duì)象在數(shù)據(jù)的傳遞時(shí)可以不在目標(biāo)DSP程序中添加額外的語(yǔ)句，而與RTDX的連接對(duì)象在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時(shí)則需要在目標(biāo)DSP程序中添加操縱RTDX通道的語(yǔ)句。

　　2 RTDX的工作原理

　　實(shí)現(xiàn)MATLAB和目標(biāo)DSP之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，既需要在目標(biāo)DSP程序中添加特定的語(yǔ)句，又需要MATLAB使用特定的語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)DSP的數(shù)據(jù)傳遞。

　　2.1 DSP對(duì)RTDX的配置使用

　　2.1.1 設(shè)置RTDX輸入輸出通道

　　首先向工程文件中添加頭文件“rtdx.h”、主程序文件“main.c”和其他使用到RTDX的文件。

　　基于工程是否有與主機(jī)通信的需要，在“main.c”中添加輸入或輸出通道。通道的聲明采用全局變量的形式，不得包括在任何函數(shù)之中。

　　RTDX_CreateInputChannel(ichan);

　　/*創(chuàng)建名為ichan的輸入通道*/

　　RTDX_CreateOutputChannel(ochan);

　　/*創(chuàng)建名為ochan的輸出通道*/

　　默認(rèn)情況下，這些通道是不能在DSP中直接使用的，但可以在函數(shù)體內(nèi)使能這些RTDX通道。

　　RTDX_enableInput(&ichan); /*使能ichan通道*/

　　RTDX_enableOutput(&ochan); /*使能ochan通道*/

　　如果要在同一工程的其他C文件中使用已經(jīng)聲明過(guò)的RTDX通道，必須再次聲明。

　　Extern RTDX_input_channel ichan;

　　Extern RTDX_output_channel ochan;

　　最后，單擊CCS軟件Tools->RTDX->Configuration Control，在彈出的窗口中選擇“Enable RTDX”，手動(dòng)使能RTDX接口。

　　2.1.2 使用RTDX讀寫(xiě)數(shù)據(jù)

　　DSP中的RTDX目標(biāo)庫(kù)提供了一些C函數(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)：

　?、賀TDX_readNB()讀數(shù)據(jù)函數(shù)包括3個(gè)參數(shù)：第1個(gè)是輸入通道的指針，第2個(gè)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組指針，第3個(gè)是數(shù)據(jù)字長(zhǎng)。這是非連續(xù)讀，即如果沒(méi)有數(shù)據(jù)可讀將直接返回。

　　②RTDX_read()函數(shù)的3個(gè)參數(shù)和RTDX_readNB()一樣，不同的是RTDX_read()是連續(xù)讀，即它將不返回直到讀完數(shù)據(jù)。如果通道忙或未使能，它將返回RTDX_READ_ERROR。

　?、跼TDX_write()寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)也包括3個(gè)參數(shù)：第1個(gè)是輸出通道的指針，第2個(gè)是要傳輸?shù)臄?shù)組指針，第3個(gè)是數(shù)據(jù)字長(zhǎng)。執(zhí)行后會(huì)返回一個(gè)整數(shù)，非0代表成功。

　?、躌TDX_sizeofInput()包含輸入通道指針的一個(gè)參數(shù)，并返回從緩沖器中讀取的字長(zhǎng)，一般在RTDX_read NB()完成一次讀操作后使用它。

　?、軷TDX_channelBLasy()包含輸入通道指針的一個(gè)參數(shù)，并返回一個(gè)整數(shù)指示通道狀態(tài)，0表示通道不忙。

　　它通常與RTDX_readNB()結(jié)合使用，用于檢查是否有其他讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

　　2.2 MATLAB對(duì)RTDX的配置使用

　　2.2.1 發(fā)送數(shù)據(jù)

　　在傳輸數(shù)據(jù)之前，MATLAB需要知道目標(biāo)DSP板的信息，完成MATLAB和CCS以及目標(biāo)DSP的連接，使用下面這條指令實(shí)現(xiàn)：

　　h=actxserver(‘RTDX’);

　　此指令要在DSP加載了可執(zhí)行文件并使能RTDX接口之后才能使用，使用這條指令還創(chuàng)建了與RTDX的連接對(duì)象，h為連接對(duì)象的句柄。

　　在MATLAB中打開(kāi)并使能RTDX輸入通道之前，必須在DSP目標(biāo)程序中已經(jīng)創(chuàng)建了該輸入通道，調(diào)用下面這條指令實(shí)現(xiàn)：

　　invoke(h，‘open’，‘ichan’，‘W’);

　　傳輸數(shù)據(jù)用下面這條指令實(shí)現(xiàn)：

　　invoke(h，‘Write’，intl6(v));

　　數(shù)據(jù)通過(guò)最近打開(kāi)的輸入通道由MATLAB向DSP寫(xiě)數(shù)據(jù)，intl6(v)表示對(duì)數(shù)據(jù)v做強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，因?yàn)槭褂玫腡MS320VC5509A是16位定點(diǎn)DSP。

　　在完成數(shù)據(jù)傳輸或讀數(shù)據(jù)之前，應(yīng)該將此接口關(guān)閉，使用下面這條指令實(shí)現(xiàn)：

　　invoke(h，‘close’);

　　2.2.2 接收數(shù)據(jù)

　　在MATLAB接收數(shù)據(jù)部分并沒(méi)有采用發(fā)送數(shù)據(jù)使用的那種最新的RTDX實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)樾路椒ǖ膶?shí)現(xiàn)難度較大，這里介紹通用的實(shí)現(xiàn)方法，具體步驟如下：

　?、賑c=ticcs()實(shí)現(xiàn)MATLAB和CCS以及DSP三者的連接，并創(chuàng)建連接對(duì)象，對(duì)象句柄為cc。

　　②打開(kāi)并使能RTDX通道：

　　cc.rtdx.open(‘ochan’，‘r’);%打開(kāi)名為ochan的RTDX讀通道(MATLAB從DSP讀)

　　cc.rtdx.enable(‘ochan’);%使能通道ochan

　　cc.rtdx.enable;%使能RTDX接口

　?、圩x取數(shù)據(jù)：

　　cc.rtdx.readmsg(‘ochan’，‘intl6’);%讀取16位字的數(shù)據(jù)

　　3 應(yīng)用實(shí)例

　　列舉一個(gè)簡(jiǎn)單的求和運(yùn)算來(lái)說(shuō)明RTDX的具體實(shí)現(xiàn)方法，旨在讓讀者掌握如何使用RTDX實(shí)現(xiàn)MATLAB和DSP之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞。整個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)思路是：首先MATLAB通過(guò)RTDX輸入通道向DSP中寫(xiě)入10個(gè)數(shù)據(jù)，然后DSP對(duì)這10個(gè)數(shù)據(jù)求和，最后將這個(gè)和值經(jīng)RTDX輸出通道傳遞給MATLAB。整個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

　　3.1 DSP程序?qū)崿F(xiàn)

　　3. 2 MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)

　　MATLAB向DSP寫(xiě)數(shù)據(jù)

　　結(jié)語(yǔ)

　　RTDX技術(shù)巧妙地實(shí)現(xiàn)了MATLAB和目標(biāo)DSP之間的數(shù)據(jù)交換，使開(kāi)發(fā)者能夠在算法仿真和實(shí)時(shí)處理之間進(jìn)行多次反復(fù)，以確定最佳算法和參數(shù)，極大地方便了DSP應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。