遼寧金融職業(yè)學(xué)院 梁立哲 劉 穎

遼寧公安司法管理干部學(xué)院 周祥國

基于多開發(fā)工具的嵌入式軟件開發(fā)方法

遼寧金融職業(yè)學(xué)院 梁立哲 劉 穎

遼寧公安司法管理干部學(xué)院 周祥國

自從數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor）問世以來，由于其具有先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的信號處理能力而得到蓬勃發(fā)展。DSP具有的優(yōu)勢允許它可面向更加復(fù)雜的應(yīng)用。對于這類系統(tǒng)，采用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)極大地改善了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，不僅提高了開發(fā)效率，而且提高了程序運(yùn)行的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。如今，DSP的硬件處理能力已經(jīng)非常強(qiáng)大，開發(fā)出高效的DSP程序便成了DSP應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。目前主要采用匯編語言開發(fā)DSP程序，雖然此種方式代碼效率高、程序執(zhí)行速度快，但是匯編語言復(fù)雜繁瑣，而且不同公司的芯片指令不同，所以采用匯編語言開發(fā)DSP程序的周期較長，軟件維護(hù)及升級困難，且可移植性差。

針對上述問題，本文，筆者采用在MATLAB/Simulink中搭建系統(tǒng)模型并分析其預(yù)期的結(jié)果，然后通過MATLAB提供的Real Time Workshop（RTW）自動生成面向TI編譯器（CCS IDE）的可執(zhí)行代碼，最后在DMC Developer Pro平臺上對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行硬件在線調(diào)試。

一、開發(fā)工具簡介

DSP軟件開發(fā)平臺包括Mathworks公司的MATLAB7.0、TI公司的 Code Composer Studio（CCS）IDE、瑞士Technosoft公司的DMC Developer Pro、第3方模塊庫文件DMCode-MS（IM）Library和Embedded Target for TI C2000 DSP Library。

1. MATLAB。MATLAB是由Mathworks公司開發(fā)的功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供了一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。

2. Code Composer Studio（CCS）。Tl公司的 Code Composer Studio（CCS）IDE是一個集成的開發(fā)環(huán)境，為MATLAB的DSP代碼生成提供編譯器。MATLAB作為一種有效的信號處理工具，已經(jīng)滲透到DSP的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過CCS在目標(biāo)DSP上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了MATLAB與DSP開發(fā)的統(tǒng)一集成。

3. DMCode-MS（IM）Library和 Embedded Target for TIC2000 DSP Library。DMCode-MS（IM）Library和 Embedded Target for TI C2000 DSP Library為DSP軟件建模提供了強(qiáng)大的支持。該庫提供了實(shí)際系統(tǒng)建模所需要的大多數(shù)模塊，包括各種DSP功能模塊及相關(guān)I/O驅(qū)動、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、PI和PID控制器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、功率模塊、電機(jī)模型模塊和傳感器模塊等模塊。

4. DMC Developer Pro。瑞士Technosoft公司DMC Developer Pro的DSP運(yùn)行開發(fā)調(diào)試環(huán)境，支持調(diào)用CCS開發(fā)環(huán)境中的編譯器、匯編器及鏈接器。DMC Developer Pro特有的數(shù)據(jù)存儲和顯示模塊方便DSP軟件開發(fā)。結(jié)合TI公司的CCS開發(fā)工具，該軟件系統(tǒng)提供了一個理想的、高性能的調(diào)試環(huán)境。

二、DSP代碼的快速開發(fā)方法

這套DSP軟件開發(fā)平臺極大地方便了開發(fā)者。不僅大大縮短了開發(fā)時間，同時使開發(fā)者可以更多地關(guān)注系統(tǒng)的性能和應(yīng)用價值，使其把工作重點(diǎn)從編程轉(zhuǎn)移到對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上來，縮短了從實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用階段的時間。

1. 組建開發(fā)平臺。DSP軟件開發(fā)平臺有Mathworks公司MATLAB7.0、Tl公司的Code Composer Studio（CCS）IDE、DMCode-MS（IM）MATLAB Library V1.0和瑞士Technosoft公司的 DMC Developer Pro。其中，DMCode-MS（IM）MATLAB Library以庫文件的方式加入MATLAB的Simulink環(huán)境下，Tl公司的 Code Composer Studio（CCS）IDE 為DSP程序的編譯器，以MATLAB Link for CCS Development Tools（CCSLink）接口的方式與MATLAB連接，瑞士Technosoft公司的 DMC Developer Pro作為硬件在線調(diào)試平臺和仿真硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用。

2. Simulink模型。在Simulink環(huán)境下，利用DSP Blockset、Embedded Target for TI C2000 DSP、DMCode-MS（IM）MATLAB Library和Simulink等庫中的模塊構(gòu)建算法模型， 上述模塊庫中提供的各種電機(jī)、傳感器、功率轉(zhuǎn)換器、數(shù)字控制器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等模塊，可以方便地構(gòu)建數(shù)字控制系統(tǒng)的仿真模型。在構(gòu)建好仿真模型之后，我們可以按照預(yù)期的目標(biāo)選擇控制的方式，調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，以獲得滿意的控制效果。

3. 自動代碼產(chǎn)生。在Simulink中設(shè)計(jì)調(diào)試好之后，系統(tǒng)即具有了我們所期望的控制效果。為了在DSP控制器上進(jìn)行實(shí)際測試和應(yīng)用，需要將控制系統(tǒng)的各模塊用C/C++代碼表示。為此，我們利用MATLAB系統(tǒng)中的實(shí)時工具箱RTW。在控制系統(tǒng)模型中選擇某一模塊，利用RTW中 Build Subsystem功能，即把該模塊生成為相應(yīng)的C/C++代碼，以供運(yùn)動控制系統(tǒng)調(diào)用。

4. 硬件在環(huán)調(diào)試。在MATLAB/Simulink中生成的C/C++代碼被保存在一個實(shí)時中斷應(yīng)用程序中，可以直接在 TMS320F2812DSP控制器中調(diào)用。應(yīng)用DMC Developer Pro IDE平臺，可以將控制代碼下載到實(shí)際的數(shù)字控制板中進(jìn)行在線調(diào)試運(yùn)行，可以方便地得到各種觀測變量的測量值曲線。

三、結(jié)論

本文，筆者提供了一種DSP軟件的快速開發(fā)方法。首先利用MATLAB/Simulink中設(shè)計(jì)控制模塊并分析其預(yù)期的結(jié)果，然后通過MATLAB實(shí)時工具箱RTW自動生成目標(biāo)控制系統(tǒng)可執(zhí)行的代碼，最后在DMC Developer Pro平臺上對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。該方法不僅極大地縮短了開發(fā)時間，同時使得開發(fā)者更多地關(guān)注系統(tǒng)的性能和應(yīng)用價值，使其把工作重點(diǎn)從編程轉(zhuǎn)移到對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上來，從而縮短了實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用階段的時間。