實時DSP系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)流程和DSP工具

　　在設(shè)計需求規(guī)范，確定設(shè)計目標時，其實要解決二個方面的問題：即信號處理方面和非信號處理的問題。

　　信號處理的問題包括：輸入、輸出結(jié)果特性的分析，DSP算法的確定，以及按要求對確定的性能指標在通用機上用高級語言編程仿真。
非信號處理問題包括：應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備的可靠性指標，設(shè)備的可維護性，功耗、體積重量、成本、性能價格比等項目。

　　算法研究與仿真這是DSP應(yīng)用實際系統(tǒng)設(shè)計中重要的一步。系統(tǒng)性能指標能否實現(xiàn)，以何種算法和結(jié)構(gòu)應(yīng)對需求，都是在這一步考慮的。這種仿真是在通用機上用高級語言編程實現(xiàn)的，編程時最好能仿DSP處理器形式運行，以達到更好的真實性。

　　DSP芯片選擇中通常有下列幾條應(yīng)注意的：

　?。?）精度：表數(shù)格式（定點或浮點），通?？梢杂枚c器件解決的問題，盡量用定點器件，因為它經(jīng)濟、速度快、成本低，功耗小。但是在編程時要關(guān)注信號的動態(tài)范圍，在代碼中增加限制信號動態(tài)范圍的定標運算。

　?。?）字長的選擇：一般浮點DSP芯片都用32位的數(shù)據(jù)字，大多數(shù)定點DSP芯片是16位數(shù)據(jù)字。而MOTOROLA公司定點芯片用24位數(shù)據(jù)字，以便在定點和浮點精度之間取得折中。字長大小是影響成本的重要因素，它影響芯片的大小、引腳數(shù)以及存儲器的大小，設(shè)計時在滿足性能指標的條件下，盡可能選用最小的數(shù)據(jù)字。

　　（3）存儲器安排：包括存儲器的大小，片內(nèi)存儲器的數(shù)量，總線尋址空間等。片內(nèi)存儲器的大小決定了芯片運行速度和成本，例如TI公司同一系列的DSP芯片，不同種類芯片存儲器的配置等硬件資源各不相同。

　?。?）開發(fā)工具：在DSP系統(tǒng)設(shè)計中，開發(fā)工具是必不可少的，一個復(fù)雜的DSP系統(tǒng)，必須有功能強大的開發(fā)工具支持。

　　開發(fā)工具包括軟件和硬件兩部分。軟件開發(fā)工具主要包括：C編譯器、匯編器、鏈接器、程序庫、軟件仿真器等，在確定DSP算法后，編寫的程序代碼通過軟件仿真器進行仿真運行，來確定必要的性能指標。硬件開發(fā)工具包括在線硬件仿真器和系統(tǒng)開發(fā)板。在線硬件仿真器通常是JTAG周邊掃描接口板，可以對設(shè)計的硬件進行在線調(diào)試；在硬件系統(tǒng)完成之前，不同功能的開發(fā)板上實時運行設(shè)計的DSP軟件，可以提高開發(fā)效率。甚至在有的數(shù)量小的產(chǎn)品中，直接將開發(fā)板當(dāng)作最終產(chǎn)品。

　?。?）功耗與電源管理：在一些手提便攜式的消費類電子產(chǎn)品中，供電電源的節(jié)省是很重要的問題，因而目前DSP生產(chǎn)廠商越來越重視這方面。它通常包括供電電壓的選擇和電源的管理功能。

　　供電電壓一般取得比較低，實施芯片的低電壓供電，通常有3.3V，2.5V，1.8V，0.9V等，在同樣的時鐘頻率下，它們的功耗將遠遠低于5V供電電壓的芯片。

　　加強了對電源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式節(jié)省功率消耗。例如TI公司提供了詳細的、功能隨指令類型和處理器配置而改變的應(yīng)用說明。

　?。?）成本和廠家的銷售后服務(wù)：特別要注意DSP芯片的生產(chǎn)和主推產(chǎn)品，以便以低的成本實施來要求產(chǎn)品。但低價位的芯片必然是功能較少、片內(nèi)存儲器少、性能上差一些的，這就帶給編程一定的困難。

　?。?）支持多處理器：近來各類軟件在無線電產(chǎn)品及雷達中的應(yīng)用中，都需要能處理高數(shù)據(jù)率、大運算量的應(yīng)用系統(tǒng)。單一的處理器系統(tǒng)已難以承擔(dān)這類復(fù)雜任務(wù)，因而采用多個處理器并行工作。這種情況下，各處理器之間連接和通訊功能是必須要作為主要因素予以考慮的。近年新推出的DSP芯片系列都改善了這方面性能，注意增加專門的接口或DMA通道，來支持多處理器的DSP運行。

　　DSP處理器軟、硬件開發(fā)工具簡介

　　隨著DSP處理器的功能不斷強化和系統(tǒng)開發(fā)周期不斷縮短，設(shè)計和調(diào)試DSP系統(tǒng)越來越依賴于DSP開發(fā)系統(tǒng)和開發(fā)工具，圖2為DSP處理器開發(fā)流程圖。(圖2)

　　雖然廠家不同，但提供的開發(fā)調(diào)試工具大致類同，一般有下列幾種：

　　C語言編譯器(C Compiler)

　　一般廠家為了開發(fā)DSP系統(tǒng)方便、減小編寫匯編程序的難度，都提供了高級語言設(shè)計方法：一般是C語言。開發(fā)系統(tǒng)針對DSP庫函數(shù)、頭文件及編寫的C程序，自動生成對應(yīng)的匯編語言，這一步稱為C編譯。C編譯器通常符合ANSI C標準，可以對編寫的程序進行不同等級的優(yōu)化，以產(chǎn)生高效的匯編代碼；C編譯器還具有對存儲器的配置、分配及部分鏈接功能；并應(yīng)具有靈活的匯編語言接口等多種功能。

　　C編程方法易學(xué)易用，但編譯出的匯編程序比手工匯編程序長得多，因而效率一般只有20%～40%。為了克服C編譯器低效率，在提供標準C庫函數(shù)同時，開發(fā)系統(tǒng)也提供了許多針對DSP運算的高效庫函數(shù)，例如FFT、FIR、IIR、相關(guān)、矩陣運算等，它們都是手工匯編的，帶有高級語言調(diào)用/返回接口。

　　一般為了得到高效編程，在系統(tǒng)軟件開發(fā)中，關(guān)鍵的DSP運算程序都是自行手工用匯編語言編寫，按照規(guī)定的接口約定，由C程序進行調(diào)用，這樣極大提高編程效率。

　　匯編器（Assembler）

　　將匯編語言原文件轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠媚繕宋募袷降臋C器語言目標文件。

　　鏈接器（Linker）

　　將主程序、庫函數(shù)和子程序等，由匯編器產(chǎn)生的目標文件鏈接在一起，產(chǎn)生一個可執(zhí)行的模塊，形成DSP目標代碼。

　　軟件模擬器（Simulator）

　　是脫離硬件的純軟件仿真工具。將程序代碼加載后，在一個窗口工作環(huán)境中，可以模擬DSP的運行程序，同時對程序進行單步執(zhí)行、設(shè)置斷點，對寄存器/存儲器進行觀察、修改，統(tǒng)計某段程序的執(zhí)行時間等。通常在程序編寫完以后，都會在軟件仿真器上進行調(diào)試，以初步確定程序的可運行性。軟件仿真器的主要欠缺是對外部接口的仿真不夠完善。

　　硬件仿真器（Emulator）

　　在線仿真工具，它用JTAG接口電纜把DSP硬件目標系統(tǒng)和裝有仿真軟件/仿真卡的PC接口板連接起來，用PC平臺對實際硬件目標系統(tǒng)進行調(diào)試，能真實地仿真程序在實際硬件環(huán)境下的功能。

　　DSP開發(fā)系統(tǒng)

　　這是由廠家提供的一個包含DSP、存儲器、常用接口電路的通用電路板和相應(yīng)軟件的軟/硬件系統(tǒng)。通常有兩種形式，一種是電路板卡的形式，插入計算機中；另一種是通過計算機的串口或并口連接到計算機。這些都是通過計算機的控制端口來控制DSP的運行，并且有簡單的DSK（DSP starter Kit）入門套件，和較為復(fù)雜的EVM（Evaluation Module）評估模塊等。這些都有助于初學(xué)者熟悉和使用DSP處理器的應(yīng)用，也可以作為程序的初步運行對象，方便調(diào)試。

　　隨著DSP應(yīng)用范圍的擴大、處理能力的加強以及DSP更新速度的加快，DSP處理系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對設(shè)計者來說難度也越來越大，為此有的廠家已產(chǎn)生出一定標準，依據(jù)標準來設(shè)計生產(chǎn)電路板級DSP處理模塊，同時為這種標準模塊提供豐富的軟件開發(fā)系統(tǒng)和算法庫。其中典型的如TMS320C4X和SDSP2106X，它們可以通過通信口和全局總線插座，將若干個模塊安裝在母板上，方便地組成多處理器系統(tǒng)。這種模塊化設(shè)計降低了硬件設(shè)計難度，減少了硬件設(shè)計時間，有利于更高效的開發(fā)DSP系統(tǒng)。

　　目前各DSP芯片生產(chǎn)廠家已經(jīng)把以上列出的各開發(fā)工具集成在一起，構(gòu)成集成開發(fā)環(huán)境。例如TI公司的CCS IDE（Code Composer Studio Integrated Development Environment）可以提供環(huán)境配置、源程序編輯、編譯連接、程序調(diào)試、跟蹤分析等各個環(huán)節(jié)，以加速軟件開發(fā)進程，提高工作效率。它把編譯、匯編、鏈接等工具集成在一起，用一條命令即可完成全部的匯編工作。另外把軟、硬件開發(fā)工具集成在其中，使程序的編寫、匯編、程序的軟/硬件仿真和調(diào)試等開發(fā)工作在統(tǒng)一的環(huán)境中進行，給開發(fā)工作帶來極大的方便。