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前言 在開發DSP數據采集和處理系統的過程中．通常需要采用DSP匯編語言開發一些復雜的算法(如FFT分析、相關分析等)，但是，實現這些算法的程序一般都很復雜，尤其需要圖形顯示時，程序的編寫就更復雜了。此外，這些程序還將占用DSP的內存資源。Matlab提供了矩陣處理、數值計算、圖形顯示等強大功能，同時還帶有功能豐富的軟件工具箱．若能把Matlab的高效、便捷算法和圖形顯示工具應用于DSP數據采集和處理系統．即把采集到的數據上傳到Matlab平臺進行相應的處理和圖形顯示．這樣．不僅減少了DSP的負荷和開銷．而且還可以加快系統的研發進度。 1 系統設計 基于Matlab平臺的DSP數據采集和處理系統的主要功能是：在Matlab平臺上控制底層DSP目標板進行數據的采集和處理，并把采集到的數據上傳到Matlab平臺上進行相應的數值處理和圖形顯示然后再把處理后的數據回傳給底層DSP目標板，完成后續任務。 1．1硬件結構 DSP數據采集系統主要由PC計算機、TMS320C6202 DSP目標板、AD16模塊、MOT模塊、數字I/O口和Timer模塊組成，如圖1所示。 ①DSP目標板選用ll(Innovative Integration)公司M6x系列的TMS320C6202開發板。DSP目標板通過計算機主板上的PCI插槽裝在計算機內部，DSP程序通過JTAG進行在線調試：DSP目標板提供了許多動態連接庫函數．可直接完成對目標板的底層操作，如Target_Open()--打開目標板驅動、iicoffld()--下載程序列DSP中、Target_Close()--關閉目標板驅動等； ②AD16是Ⅱ公司的16通道16位的數據采集模塊．雙端差動輸入，輸入范圍是-10V至+10V，可同時采集16路外部模擬信號，采樣頻率為5~195KHz； 
圖1系統硬件結構 ③MOT是一個集成有4個16位DA轉換器的信號產生模塊，DA輸出電壓范圍是-10V到+10V．可輸出4路測試需要的模擬信號．DA轉換頻率最高可達200KHz： ④數字I/O模塊是一個32位數字I/O連接端口。系統可以通過這個數字I/O接口與外界進行數字通信： ⑤Timer模塊提供了三個外部定時器，其定時參考時鐘可以是DSP目標板上的時鐘，也可以是外部提供的時鐘。其定時輸出信號可滿足系統測試的定時要求。 1．2軟件設計 圖2是DSP數據采集和處理系統的軟件設計模塊圖。其中：Matlab平臺主要完成對目標板的操作和控制，處理DSP目標板上傳的數據．再回傳給DSP目標板，并進行圖形顯示。
圖2系統的軟件模塊圖 visual C++平臺作為Matlab與底層DSP目標板的連接中介，主要完成對DSP目標板的具體操作。由于DSP目標板自帶了對板卡進行操作的動態連接庫函數，因此在Vishal C++平臺中就可利用這些函數，完成對目標板的一些控制和操作。例如：用戶界面(圖4)上的Open按鈕就是在Visual C++中利用Target_Open()函數完成目標板驅動的打開。 DSP數據采集和處理程序主要控制AD16采集外界模擬信號，并經過相應處理之后．上傳到Matlab平臺，然后再從Matlab平臺接收處理后的數據．控制MOT模塊輸出系統所需的模擬信號。完成一個完整的數據采集—數據處理一系統控制的全過程。 2 系統實現的關鍵技術 Matlab作為高級應用程序語言．并不能直接控制和操作所有的底層板卡。Matlab仿真模塊里面帶有一些可以直接控制和操作的DSP板卡．但是這些板卡都是一些固定型號的DSP板卡，而對用戶自行設計和其它一些型號的DSP板卡并沒提供這種功能．因此要實現在Matlab平臺上控制一般的DSP板卡進行數據的采集和處理還必須借助中介軟件．這個中介軟件就是Visual C++。這樣便可實現Matlab與DSP底層板卡的無縫連接。具體技術包括：DSP目標板和主機的數據交換，Matlab與Visual C++的接口。 2．1 DSP目標板和豐機的數據交換 TI公司提供DSP與PC主機之間的實時數據傳輸技術RTDX(Real Time Data Exchange)協議．并在主機中提供了工業標準的目標連接與嵌入應用程序接口OLE API(Application Program Interface)．因而能方便地與符合OLE API標準的第三方軟件接口。實現與DSP的數據交換。完整的RTDX協議包含4個部分：主機應用程序、主機軟件庫、目標機軟件庫和目標機程序。圖3是實現計算機和DSP之間數據傳輸的關系圖。
圖3 RTDX數據傳輸關系 微軟公司(Microsoft)提供的Visual C++軟件開發環境封裝了，TI公司的RTDX協議，配合DSP程序可方便、實時地與Pc主機進行數據通信。因此通過visual c++軟件就有可能實現在MATLAB平臺上完成對DSP數據采集和處理的控制。實現PC主機與DSP目標板的數據交換。 PC主機和DSP目標板通過RTDX協議實現數據交換需要在PC主機程序和DSP程序中定義同名的一條RTDX通道，數據通過該通道在PC主機和DSP目標板之間傳輸。PC主機程序和目標板上的DSP程序需要嚴格的配合，PC主機的讀操作和DSP目標板的寫操作通過定義一個“寫RTDX”通道實現：而PC主機的寫操作與DSP目標板的讀操作通過定義一個“讀RTDX”通道實現．必須一一對應，這樣才能實現主機與DSP目標板的數據交換。 2．2 Matlab與Visual C++的接口 Matlab作為一種工具軟件．通常是不能直接控制DSP目標板。但是Matlab軟件為了擴充自身軟件的功能，提供了一種與其它開發工具或開發語言進行交互的應用程序接口 (API)。其中．MEX文件就是MATLAB軟件提供的一種與Visual c++溝通的接口文件。 在MEX文件中使用c語言編寫以mexFunction (int nlhs，mxArray *nlhs[ ]，int nrhs，const mxArray * plhs[ ])函數為主函數的動態連接庫程序(*.dll)．然后只需在Matlab命令提示符下鍵入此MEX文件名(*.dll)即可完成調用．這與Matlab的內建函數的調用方式完全相同。mexFunction函數中的參數說明如下： ①int nlhs是左邊輸出參數的個數，即visual c++向Matlab傳遞的參數個數； ②mxArray *nlhs [ ]是左邊參數的數組。它是一個mxArray結構體類型的指針數組．這個數組的元素按順序(nlhs[0]．nlhs[1]⋯)指向所有的輸出參數： ③int nrhs是右邊輸入參數的個數，即Matlab向VisualC++傳遞的參數個數； ④const mxArray *plhs [ ]是右邊參數的數組，它是一個mxArray結構體類型的指針數組，這個數組的元素按順序(plhs[0],plhs[1]⋯⋯)指向所有的輸入參數。 在MEX文件中．利用DSP目標板提供的動態連接庫函數，編寫對目標板進行操作的動態連接庫程序．然后在Matlab平臺上調用這些動態連接庫函數既町實現Matlab和底層DSP目標板的無縫連接。
圖4系統測試結果 具體過程是：在Matlab平臺上．以傳遞參數的形式調用動態連接庫程序。把需要傳送給DSP目標板處理的數據，通過mexFunction函數的右邊參數數組先傳送給動態連接庫程序。然后通過Visual C++程序和DSP程序共同定義的“寫RTDX通道”把數據傳送給DSP目標板：需要上傳到Matlab平臺的數據，首先被DSP應用程序寫入到“讀RTDX通道”中．然后在Visual C++中的動態連接庫程序讀取該R31DX通道中的數據，再經過MexFunction函數的左邊參數數組把數據上傳到Matlab平臺。這樣．就實現了在Matlab平臺上控制和操作DSP目標板，并與之進行數據交換。 圖4是按照上述方法編寫的軟件界面和對系統進行測試所得到的結果。 3 結束語 基于Matlab平臺的DSP數據采集和處理系統，在Matlab強大的數據分析和繪圖功能的基礎上，結合了Visual c++易于實現操作和控制的性能。改善了Matlab在控制底層板卡方面的不足。該系統的研究不僅是把Matlab應用于DSP數據采集和處理系統的一次嘗試．也為一些半實物仿真系統提供了新的思路。Matlab/Simulink本身就是一種功能強大的系統仿真工具，因此，如果能在該系統的基礎上把Matlat/Simulink的仿真功能添加上來。則可實現硬件在環的半實物仿真。相信Matlab豐富的函數庫和眾多的專業工具箱．必會為今后系統的完善以及擴展提供充分的條件。 本文作者創新點：通過在Matlab平臺上直接控制DSP數據采集系統．把Matlab的優良算法應用于系統中。簡化了系統的數據處理過程。提高了，系統數據處理速度，縮短了系統設計周期，具有廣泛的應用前景。 項目經濟效益120萬元。 作者：郭偉，潘仲日，王躍科 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第9-2期 |
