基于DSP的儀器儀表開(kāi)發(fā)系統(tǒng)研制

引言

數(shù)字信號(hào)處理(digitalsignalprocessing,DSP)是90年代迅速發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科。其中，TI公司的MS320系列DSP處理器占據(jù)了主導(dǎo)地位。在國(guó)內(nèi)，由于DSP在語(yǔ)音、圖像、聲納、雷達(dá)、航天、通信以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此，有關(guān)DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的研究也逐漸受到重視。盡管DSP的各類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)用很廣，但要使它能夠深入、持久地得以發(fā)展，必須要有相應(yīng)優(yōu)秀的DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)并提供給用戶(hù)一個(gè)靈活、方便的開(kāi)發(fā)工具，以使用戶(hù)在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上可以完成對(duì)目標(biāo)機(jī)的軟件、硬件系統(tǒng)的綜合調(diào)試。DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)于DSP應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，是否有一個(gè)適用且有效的DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，往往是關(guān)系到DSP應(yīng)用成敗的關(guān)鍵因素之一。

首先,DSP的開(kāi)發(fā)對(duì)開(kāi)發(fā)者的軟、硬件設(shè)計(jì)能力和水平都有很高的要求。要充分發(fā)揮DSP的優(yōu)勢(shì),最好采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，但這樣就會(huì)使開(kāi)發(fā)周期拉長(zhǎng),開(kāi)發(fā)難度加大，而且DSP的軟件可移植性比較差。由于DSP的指令都和其處理器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，每一代處理器的結(jié)構(gòu)都有所不同，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，在其之上的軟件也要發(fā)生變化。如C64的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)也就不同于C5X,所以C64的一些指令就不同于C5X,曾經(jīng)熟悉C5X的技術(shù)人員不得不從頭開(kāi)始學(xué)起C64的指令，這就給編程人員帶來(lái)了很大的不便，同時(shí)也增加了開(kāi)發(fā)的難度和周期。加上現(xiàn)在DSP芯片更新?lián)Q代很快，技術(shù)人員很難跟上更換的步伐。這就降低了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和軟件的可移植性。更重要的是，在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中，往往需要每個(gè)編程人員都必須熟悉這些指令，從而造成了工作效率的降低。其次，在開(kāi)發(fā)儀器儀表的過(guò)程中，對(duì)各種儀器儀表開(kāi)發(fā)中所涉及的共性部分，如界面的編制、顯示數(shù)據(jù)的格式處理、漢字庫(kù)的處理、數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、低層DSP軟件的規(guī)范化處理等，都還沒(méi)有比較通用的開(kāi)發(fā)模式。

由于以上幾種缺陷，對(duì)于一家儀器儀表開(kāi)發(fā)公司，在使用DSP的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常的情況就是人守一個(gè)仿真器,每人都要對(duì)全系列的DSP進(jìn)行了解和熟悉，并能夠獨(dú)立編程，使人力、物力資源產(chǎn)生浪費(fèi)。為此，本文設(shè)計(jì)并研制了一種專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，以期減少開(kāi)發(fā)人員數(shù)量,提高開(kāi)發(fā)人員的工作效率。

1  系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)與工作原理

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是對(duì)現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)儀器儀表所需的技術(shù)方案進(jìn)行簡(jiǎn)化,把儀器儀表開(kāi)發(fā)過(guò)程中的液晶屏底圖繪制、數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示、上下位機(jī)通訊、數(shù)據(jù)處理，波形圖繪制，數(shù)據(jù)庫(kù)處理等絕大部分工作封裝成面向?qū)ο蟮哪Ｐ?把這些開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須的元素統(tǒng)一于一個(gè)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之中，以減少開(kāi)發(fā)人員數(shù)量，或?qū)﹂_(kāi)發(fā)人員進(jìn)行合理分工，研究一種可提高開(kāi)發(fā)人員工作效率的、基于DSP芯片的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本設(shè)計(jì)所采用的整體技術(shù)方案是以面向?qū)ο蟮姆椒橹笇?dǎo)思想，以密碼文件包為核心介質(zhì)，按開(kāi)發(fā)流程和物理結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)模擬組態(tài)系統(tǒng)、上下位機(jī)通訊系統(tǒng)、基于DSP的技術(shù)硬件平臺(tái)板以及在該DSP中運(yùn)行的下位機(jī)解析系統(tǒng)組成的三層結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1  上位機(jī)模擬組態(tài)系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用開(kāi)發(fā)人員先在個(gè)人PC上進(jìn)行開(kāi)發(fā),然后通過(guò)本系統(tǒng)再在儀器中顯示可能出現(xiàn)的全部情況，如:頁(yè)面，菜單，數(shù)據(jù)項(xiàng),數(shù)據(jù)庫(kù)，波形，應(yīng)用漢字庫(kù)等，再通過(guò)系統(tǒng)對(duì)這些“元素”進(jìn)行編譯，打包成密碼包及對(duì)應(yīng)的字庫(kù)文件。并對(duì)所開(kāi)發(fā)的所有項(xiàng)目的密碼包進(jìn)行修改、重排、日常管理,這相當(dāng)于是一套小型的密碼生成器，以及儀器界面管理信息系統(tǒng)。最為重要的是，本組態(tài)系統(tǒng)不需要開(kāi)發(fā)人員編制任何一條程序語(yǔ)句，僅需使用鼠標(biāo)繪制圖形即可。

1.2  上下位機(jī)通訊系統(tǒng)

這是用于上下位機(jī)之間通過(guò)串口通訊的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套上下位機(jī)溝通的橋梁，主要通過(guò)個(gè)人PC的串口和下位機(jī)電路板的同步串口進(jìn)行通訊，目的是把第一層所編譯好的密碼包及對(duì)應(yīng)的字庫(kù)文件傳送給下位機(jī)所對(duì)應(yīng)的不同的存儲(chǔ)區(qū)間。

1.3  基于DSP開(kāi)發(fā)的下位機(jī)解析系統(tǒng)

該部分的主要工作有兩層，一是基于DSP開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)；二是可在DSP中進(jìn)行的下位機(jī)解析系統(tǒng)。其中基于DSP開(kāi)發(fā)技術(shù)的硬件平臺(tái)板是下位機(jī)解析系統(tǒng)所依賴(lài)的硬件系統(tǒng)，主要包括DSP高速運(yùn)算處理器、密碼包存儲(chǔ)所用的FLASH卡、以及部分儀器采樣所需要的模擬及數(shù)字電路。

下位機(jī)解析系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)小型的操作系統(tǒng)，它可以根據(jù)第一層所定義的密碼格式，對(duì)密碼包破解以后顯示在液晶屏上，然后在下位機(jī)解析系統(tǒng)的局部地方更改程序，以實(shí)現(xiàn)各種儀器的不同功能。

2  上位機(jī)模擬組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這一部分可采用微軟公司的VB6高級(jí)語(yǔ)言編制，然后在開(kāi)發(fā)人員用于開(kāi)發(fā)的個(gè)人PC上使用。

上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)定義用于封裝的幾種元素對(duì)象。

2.1   頁(yè)面的組成

頁(yè)面是上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)的核心。一個(gè)儀器的業(yè)務(wù)處理是由若干個(gè)乃至幾十個(gè)頁(yè)面按照一定的邏輯關(guān)系自由組合而成的。組成頁(yè)面這個(gè)數(shù)據(jù)群的集體信息包括頁(yè)名稱(chēng)、上一頁(yè)、下一頁(yè)、父頁(yè)、寬度、高度、數(shù)據(jù)基址、基址增量等。

其次是背景頁(yè)。對(duì)于頁(yè)面這個(gè)元素來(lái)說(shuō),最重要的就是背景頁(yè)，也就是儀器顯示在人機(jī)界面上的底圖。相對(duì)于以前的處理方法，所采用的技術(shù)方案可以是使用中文Windows系統(tǒng)自帶的畫(huà)圖軟件，也可以是Photoshop等商業(yè)軟件畫(huà)出的儀器各個(gè)界面底圖，然后把底圖保存成BMP格式的單色位圖文件，也就是對(duì)應(yīng)的單色人機(jī)界面。

BMP文件與設(shè)備無(wú)關(guān)。BMP文件分為文件首部和文件體兩部分。文件首部描述文件和圖像的有關(guān)參數(shù)和彩色表，主體是圖像的位圖數(shù)據(jù),BMP文件體部分記錄圖像的位圖數(shù)據(jù)。方式是從圖像的左下角開(kāi)始依次掃描每根掃描線(xiàn)，對(duì)于單色，每個(gè)象素用1位表示。系統(tǒng)可依據(jù)TurboC位圖格式對(duì)BMP文件進(jìn)行文件流操作，然后生成一個(gè)同BMP文件同名、dat類(lèi)型的長(zhǎng)度為6+number*（bottom—top+1）的文件。