MATLAB與DSP使用RTDX的實時數(shù)據(jù)交換

　　摘要：采用MATLAB輔助DSP程序的開發(fā)和調(diào)試，能加快DSP應用程序的開發(fā)。實時數(shù)據(jù)交換(RTDX)為設計、驗證DSP算法提供了一個快速、方便的解決方案。本文對RTDX的工作原理進行了分析，討論了MATLAB與DSP使用RTDX插件實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方式，并通過一個簡單的實例說明RTDX的具體實現(xiàn)過程。

　　引言

　　在傳統(tǒng)的DSP(Digital Signal Processor)應用程序開發(fā)過程中，涉及的算法一般先用MATLAB語言進行仿真，仿真結(jié)果滿意后，再進入產(chǎn)品的實現(xiàn)階段。仿真實現(xiàn)后的算法用 C/C++或匯編語言實現(xiàn)，首先在硬件DSP目標板上調(diào)試，將中間結(jié)果通過DSP開發(fā)工具保存到PC機的硬盤上，然后調(diào)用到MATLAB工作空間，與 MATLAB仿真算法的中間結(jié)果進行比較，以發(fā)現(xiàn)DSP程序中由于設計或精度導致的結(jié)果偏差。如此反復進行，應用程序開發(fā)十分不便。

　　鑒于DSP應用開發(fā)的傳統(tǒng)設計方法十分不便，Math Works公司和TI公司聯(lián)合開發(fā)了MATLAB Link for CCS Development Tools(簡稱CCSLink)。CCSLink將MATLAB、CCS(TI DSP集成開發(fā)環(huán)境)和目標DSP三者連接起來，開發(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的存儲器和寄存器，實現(xiàn)對CCS的控制，極大地方便了TI DSP應用程序的開發(fā)。

　　本文所做的研究是以MATLAB2010b、CCS3.3以及基于TMS320VC5509A的開發(fā)板進行的。目前大多數(shù)書籍就CCSLink的描述主要是基于MATLAB6.5的，而后續(xù)的MATLAB版本對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，有其獨特的優(yōu)勢。在接下來的內(nèi)容中將對RTDX做詳細介紹，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的連接對象。利用此對象可以創(chuàng)建CCS與MATLAB的連接，執(zhí)行相應的MATLAB命令就可以運行CCS中的應用程序，與目標DSP的存儲器和寄存器進行雙向數(shù)據(jù)交換。其優(yōu)點在于：

　　(a)用戶可以利用MATLAB強大的數(shù)據(jù)分析和可視化功能，節(jié)省設計和調(diào)試程序的時間。

　　(b)可以編寫用于調(diào)試數(shù)字信號處理程序的MATLAB語言批處理腳本，實現(xiàn)調(diào)試和分析的自動化。

　?、谂cRTDX的連接對象。提供了MATLAB與目標DSP之間的實時通信通道，利用此通道可以實時地與目標DSP進行數(shù)據(jù)交換而不用停止DSP上正在執(zhí)行的程序。Link for RTDX實現(xiàn)了對實時數(shù)據(jù)的自動化高級分析和可視化，同時也實現(xiàn)了對復雜DSP程序的有效驗證。

　　RTDX包括主機和目標DSP兩部分，如圖1所示。在DSP上有一個小的RTDX庫(RTDX Target Library)，其使用一個基于掃描的仿真器，通過增強型JTAG接口在主機和DSP之間傳輸數(shù)據(jù)。DSP應用程序則通過調(diào)用RTDX庫的API函數(shù)來完成主機和DSP之間的通信。主機方運行CCS軟件，CCS軟件同樣帶有一個RTDX庫(RTDX Host Library)，通過一個COM接口將實時數(shù)據(jù)在主機上顯示。這樣，MATLAB中設計的參數(shù)可以通過RTDX輸入通道寫入DSP的存儲單元，而算法的最后結(jié)果也可以通過RTDX的輸出通道上傳到MATLAB中，通過編寫MATLAB程序來顯示、分析信號處理的結(jié)果。

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

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

　　2 RTDX的工作原理

　　實現(xiàn)MATLAB和目標DSP之間的實時數(shù)據(jù)交換，既需要在目標DSP程序中添加特定的語句，又需要MATLAB使用特定的語句實現(xiàn)與目標DSP的數(shù)據(jù)傳遞。

　　2.1 DSP對RTDX的配置使用

　　2.1.1 設置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”，手動使能RTDX接口。

　　2.1.2 使用RTDX讀寫數(shù)據(jù)

　　DSP中的RTDX目標庫提供了一些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個參數(shù)：第1個是輸入通道的指針，第2個是存儲數(shù)據(jù)的數(shù)組指針，第3個是數(shù)據(jù)字長。這是非連續(xù)讀，即如果沒有數(shù)據(jù)可讀將直接返回。

　　②RTDX_read()函數(shù)的3個參數(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()寫數(shù)據(jù)函數(shù)也包括3個參數(shù)：第1個是輸出通道的指針，第2個是要傳輸?shù)臄?shù)組指針，第3個是數(shù)據(jù)字長。執(zhí)行后會返回一個整數(shù)，非0代表成功。

　?、躌TDX_sizeofInput()包含輸入通道指針的一個參數(shù)，并返回從緩沖器中讀取的字長，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參數(shù)，并返回一個整數(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)請求。

　　2.2 MATLAB對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DSP板的信息，完成MATLAB和CCS以及目標DSP的連接，使用下面這條指令實現(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的連接對象，h為連接對象的句柄。

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

　　invoke(h，‘open’，‘ichan’，‘W’);

　　傳輸數(shù)據(jù)用下面這條指令實現(xiàn)：

　　invoke(h，‘Write’，intl6(v));

　　數(shù)據(jù)通過最近打開的輸入通道由MATLAB向DSP寫數(shù)據(jù)，intl6(v)表示對數(shù)據(jù)v做強制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，因為使用的TMS320VC5509A是16位定點DSP。

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

　　invoke(h，‘close’);

　　2.2.2 接收數(shù)據(jù)

　　在MATLAB接收數(shù)據(jù)部分并沒有采用發(fā)送數(shù)據(jù)使用的那種最新的RTDX實現(xiàn)方式，因為新方法的實現(xiàn)難度較大，這里介紹通用的實現(xiàn)方法，具體步驟如下：

　?、賑c=ticcs()實現(xiàn)MATLAB和CCS以及DSP三者的連接，并創(chuàng)建連接對象，對象句柄為cc。

　?、诖蜷_并使能RTDX通道：

　　cc.rtdx.open(‘ochan’，‘r’);%打開名為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 應用實例

　　列舉一個簡單的求和運算來說明RTDX的具體實現(xiàn)方法，旨在讓讀者掌握如何使用RTDX實現(xiàn)MATLAB和DSP之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞。整個程序的實現(xiàn)思路是：首先MATLAB通過RTDX輸入通道向DSP中寫入10個數(shù)據(jù)，然后DSP對這10個數(shù)據(jù)求和，最后將這個和值經(jīng)RTDX輸出通道傳遞給MATLAB。整個過程的實現(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寫數(shù)據(jù)

　　結(jié)語

　　RTDX技術(shù)巧妙地實現(xiàn)了MATLAB和目標DSP之間的數(shù)據(jù)交換，使開發(fā)者能夠在算法仿真和實時處理之間進行多次反復，以確定最佳算法和參數(shù)，極大地方便了DSP應用程序的設計，縮短了開發(fā)周期。