基于LabVIEW的DSP設計

1 引言
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美國NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。LabVIEW DSP模塊，它包含了用于設計、實現(xiàn)和分析DSP算法的系統(tǒng)工具。它將LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境擴展至嵌入式信號處理應用程序設計，提供了一個易于使用的、現(xiàn)成的方法來學習信號處理技術，使得DSP開發(fā)者擁有了一個圖形化和系統(tǒng)級的設計開發(fā)選擇。隨著我們的設備在性能和復雜度方面的提升，圖形化和系統(tǒng)級的設計和開發(fā)工具的作用起到越來越重要的作用。

　　本文以TMS320C6713EVM開發(fā)板為硬件平臺，利用LabVIEW DSP模塊和LabVIEW DSP Test Toolkit for TI DSP工具包實現(xiàn)LabVIEW與DSP的整合，完成了基于TMS320C6713EVM硬件平臺的自適應濾波器系統(tǒng)辨識應用的設計。

　　2 DSP在虛擬儀器設計中的應用

　　數(shù)字信號處理是一門極其重要的學科和技術領域，在眾多領域得到了廣泛的應用。DSP（數(shù)字信號處理器）與在嵌入式系統(tǒng)中常用的其它微處理器（如單片機、通用處理器）相比，DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的數(shù)據(jù)吞吐率使其在圖像處理、語音處理等方面的性能遠遠優(yōu)于其它微處理器。同時，隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)成本進一步降低，DSP解決方案在嵌入式圖像、語音處理這樣的數(shù)字信號處理典型應用中已成為工程師的首選。

　　虛擬儀器在很多情況下采用上位機實現(xiàn)，微機也可以進行數(shù)字處理，并且微機可以直接采用浮點運算，其運算精度也可以做得很高。但是與用微機實現(xiàn)虛擬儀器相比，采用DSP芯片實現(xiàn)虛擬儀器具有以下優(yōu)點：（1）DSP芯片特有的存儲及總線結構可以保證在一個機器周期內(nèi)多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間及在一個指令周期內(nèi)同時進行運算，滿足了數(shù)字信號處理中的并行運算要求；（2）在數(shù)據(jù)采集和輸出時，都要用到A/D和D/A，其刷新是通過定時器來完成的，DSP芯片內(nèi)置在片定時器，用戶可以通過控制程序?qū)Χ〞r器進行精確的設置，從而實現(xiàn)精確定時和采樣處理，這在上位機實現(xiàn)中是做不到的。

　　通常作為虛擬儀器硬件部分的數(shù)據(jù)采集卡所完成的僅僅是采集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)，而虛擬儀器中最耗時最復雜的數(shù)據(jù)分析處理卻留給計算機的CPU去完成，從而導致了虛擬儀器實時性和精確性的不足。DSP可以從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理再到數(shù)據(jù)的傳輸，把數(shù)據(jù)分析處理的工作留給DSP來完成，那么計算機的工作就僅僅是完成數(shù)據(jù)的簡單整理、顯示、存儲和輸出，這樣很好地彌補了以往虛擬儀器速度和精度方面的不足。

　　此外，當系統(tǒng)運行在Windows等多任務操作系統(tǒng)時，特別是在處理如FFT等大容量、高精度的運算時，CPU資源會造成嚴重不足，這給虛擬儀器的應用帶來一定的不便。虛擬儀器能借助DSP處理系統(tǒng)，將采集來的數(shù)據(jù)在DSP中進行預處理，然后再將數(shù)據(jù)傳遞給軟件部分，這樣不但沒有增加系統(tǒng)的負擔，而且可以讓系統(tǒng)用更多的時間來處理其他事情。因此，把DSP技術有機地應用到虛擬儀器中是虛擬儀器設計的一個重要發(fā)展方向。

　　3 基于LabVIEW 的DSP系統(tǒng)級設計

　　3.1 LabVIEW DSP模塊

　　LabVIEW DSP模塊是一個全功能可視化數(shù)字信號處理器算法和系統(tǒng)的設計、實現(xiàn)與分析的工具。該模塊與LabVIEW集成，功能強大，可生成專為DSP優(yōu)化的應用程序，是DSP開發(fā)的新思路。其特點有如下：

　?。?）將LabVIEW核心性能擴展至可直接利用信號處理函數(shù)和編程組件對NI SPEEDY-33、TI C6416 DSK、TI C6713 DSK以及TI C6711 DSK進行編程，無需單獨的DSP編譯器，且不必重寫代碼即可在支持的DSP目標之間切換，具有多DSP目標的代碼移植性。

　　（2）全面支持Express VI功能，具有圖形化和系統(tǒng)級的選擇對DSP設備進行編程，具有面向未來設計的代碼模塊性和獨立應用開發(fā)能力等。

　?。?）可更快地減少反復的設計周期和總體的開發(fā)時間，并且在實時地對目前的DSP硬件作出改變的同時馬上顯示結果。

　?。?）具有易于訪問DSP目標的模擬和數(shù)字I/O線以及滿足實時交互需要的交互式GUI，可以建立實時的應用程序。

　　同時，LabVIEW DSP模塊集成了最新的NI LabVIEW數(shù)字濾波器設計工具包，可以將使用LabVIEW設計的濾波器下載至TI和NI DSP硬件設備。LabVIEW DSP模塊非常適合通信、自定義控制算法、數(shù)字和最小方均根（LMS）濾波以及音頻處理和分析等領域的應用。