數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP）是一項成熟的數(shù)字處理技術(shù)。它具有速度快、高、抗干擾能力強、尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，特別適合處理復(fù)雜的控制算法。目前傳統(tǒng)的DSP功能開發(fā)方法，是利用匯編語言或C／C++語言進行DSP功能開發(fā)，具有周期長，工作量大，調(diào)試復(fù)雜等缺點，不利于算法驗證和產(chǎn)品快速開發(fā)。而且，程序所依賴的仿真器價格一般比較昂貴，也增加了產(chǎn)品開發(fā)的成本。

　　本文利用TMS320F2812芯片自主開發(fā)了硬件平臺，提出了在Matlab／Simulink環(huán)境下，搭建算法模型并自動生成C代碼，并通過串口至DSP目標(biāo)板的快速開發(fā)方案。

　　1 總體方案介紹

　　本文自主開發(fā)的硬件平臺是以TMS320F2812作為處理器，開發(fā)了串口通信、正交編碼、PWM輸出和啟動模式跳線等功能?；贛atlab ／Simulink環(huán)境的DSP快速開發(fā)方法，首先利用了自主開發(fā)的軟件在DSP硬件、Code Composer Studio開發(fā)環(huán)境（CCS）和Matlab軟件之間建立連接，然后在Simulink環(huán)境下，建立運動控制算法模型。在該建模過程中，用戶可以像操作Matlab變量一樣操作DSP的存儲器和寄存器。模型搭建完成后，再利用RTW技術(shù)，將模型自動生成對應(yīng)的C／C++代碼，該代碼能夠被CCS集成開發(fā)環(huán)境支持的，經(jīng)過CCS編譯后生成可執(zhí)行代碼，利用DSP的串口將可執(zhí)行代碼到DSP的儲存器中運行。該過程的流程圖如圖1所示。

圖1 方案流程圖

　　在Matlab環(huán)境下對DSP進行開發(fā)，不僅可以方便地利用Matlab現(xiàn)有的數(shù)學(xué)工具箱來完成復(fù)雜算法的設(shè)計，而且將所有操作統(tǒng)一為Matlab命令流操作，大大降低了設(shè)計人員需要掌握不同軟件的難度。

　　2 Matlab建模

　　在SimuIink環(huán)境下，使用工具箱中與DSP相關(guān)的庫，將需要模塊拖至模型窗口，建立目標(biāo)模型，該過程與普通的Simulink建模過程相似。特別需要說明的是幾類重要的模塊。Target模塊預(yù)定義了DSP的所有基本硬件信息，比如主頻，儲存器的分配，是每個模型都必須有的模塊。該模塊需要放置在模型的頂層，沒有輸入輸出設(shè)置。外設(shè)模塊包含了DSP所有功能外設(shè)，包括I／O口、PWM波形生成器、計時器、QEP正交編碼功能等。算法模塊庫包含了DSP常用的算法模型，比如PID控制器。這些算法庫都是支持IQrnath格式，是一種將浮點運算轉(zhuǎn)化為定點運算的功能，可以提高DSP進行浮點運算的效率。模型建立完成后，利用RTW功能編譯后就能生成與該模型對應(yīng)的C／C++代碼，并生成相應(yīng)的Project文件。使用CCS集成開發(fā)環(huán)境，對該代碼編譯，即生成可執(zhí)行文件，為串口程序做好準(zhǔn)備。

　　3 串口

　　實現(xiàn)基于串口實現(xiàn)程序的功能，是利用了Matlab的串口通信指令和在DSP中的一個引導(dǎo)的函數(shù)。

　　3.1 引導(dǎo)函數(shù)

　　在F2812的ROM中編寫引導(dǎo)函數(shù)，該函數(shù)是在DSP上電或重啟時執(zhí)行。它是用于將執(zhí)行代碼從外部源傳輸?shù)?a target="_blank">內(nèi)存儲器中；從而允許代碼存儲在外部的慢速而不易丟失的存儲器中，然后引導(dǎo)至DSP內(nèi)部的快速存儲器中執(zhí)行。該引導(dǎo)函數(shù)提供了多種引導(dǎo)的方式，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)要求。不同的模式是根據(jù)GPIO引腳的信號來決定的，對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1  GPIO引腳狀態(tài)表

　　本文是使用了SCI引導(dǎo)模式，通過串口將可執(zhí)行代碼傳送至DSP內(nèi)部來執(zhí)行。所以DSP硬件的引腳必須有對應(yīng)的信號輸入。

　　3.2 串口通信

　　Matlab中有支持串口通信的對象，使用該對象，可以方便的實現(xiàn)上位機和下位機的串口通訊相關(guān)的所有事件，比如設(shè)置參數(shù)（波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等），發(fā)送／接收數(shù)據(jù)，中斷等。在本文中，使用Matlab的串口功能的基本流程如下：

　　3.3 程序步驟

　　在上位機編寫串口通信函數(shù)后，就可以利用串口將可執(zhí)行代碼至DSP目標(biāo)板運行。按照以下步驟完成：

　?。?）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。引導(dǎo)函數(shù)對于流入的數(shù)據(jù)有相應(yīng)的格式規(guī)定。經(jīng)過CCS編譯的文件必須先進行格式轉(zhuǎn)化才能被引導(dǎo)函數(shù)接收。該過程可以使用TI公司提供的hex2000工具完成。

　?。?）硬件設(shè)置。將DSP硬件設(shè)置為SCI引導(dǎo)模式。

　?。?）建立串口通信。將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)流保存為Matlab的變量形式，按照前面描述的串口通訊辦法，將變量中的數(shù)據(jù)傳送至DSP。

　?。?）程序執(zhí)行。

　　4 實驗驗證

　　為了驗證本方案的可靠性，本文設(shè)計了一個串口控制電機調(diào)速的實驗。該實驗的內(nèi)容是：上位機利用串口來發(fā)送速度指令，對電機的轉(zhuǎn)速進行PID控制。其中，對電機的驅(qū)動方式采用PWM驅(qū)動方式，設(shè)置PWM的周期寄存器值是64 000個計數(shù)周期。該實驗硬件連接如圖2所示，DSP與PC機之間以串口連接。上位機建立控制模型如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3  基于串口的PWM 占空比控制

　　本文所使用的DSP主頻是150MHz，根據(jù)時鐘分頻后換算的結(jié)果，實際的PWM波的周期約是850μs，設(shè)置上位機發(fā)送指令為75％的轉(zhuǎn)速，則對應(yīng)的PWM的占空比為75％，其中高電平的實際長度約為640 μs，這與用示波器觀察到的圖4是一致的，因此，本文提出的DSP功能開發(fā)方案是可靠的。

圖4 PWM 占空比

　　5 結(jié)語

　　本文提出了基于Matlab／Simulink環(huán)境的DSP算法開發(fā)，并利用串口實現(xiàn)程序的快速開發(fā)方案。該方案很好地利用了Matlab強大的科學(xué)計算和可視化圖形開發(fā)功能，縮短了DSP算法的開發(fā)周期，降低了DSP編程的工作量，節(jié)約了硬件成本。，在本文自主設(shè)計的硬件平臺上進行驗證，結(jié)果表明該方案是可行有效的。

參考文獻:

[1]. TMS320F2812 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TMS320F2812_1116432.html.
[2]. ROM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ROM_1188413.html.