基于MATLAB 的DSP 應(yīng)用程序調(diào)試方法

本文結(jié)合具體例證，介紹基于MATLAB 的DSP 應(yīng)用程序調(diào)試方法。

MATLAB 具有強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化功能，利用MATLAB 提供的數(shù)十個(gè)專(zhuān)業(yè)工具箱，可以方便、靈活地實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制、信號(hào)處理、通信系統(tǒng)等的算法分析和仿真，是算法設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員必不可少的軟件工具。
    數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為一種可編程專(zhuān)用芯片，是數(shù)字信號(hào)處理理論實(shí)用化過(guò)程的重要技術(shù)工具，在語(yǔ)音處理、圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于算法設(shè)計(jì)人員來(lái)講，利用匯編語(yǔ)言或C 語(yǔ)言進(jìn)行DSP 功能開(kāi)發(fā)，對(duì)于具有周期長(zhǎng)、效率低的缺點(diǎn)，不利于算法驗(yàn)證和產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。
    由MathWorks 公司和TI 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的MATLAB Link for CCS Development Tools(簡(jiǎn)稱CCSLink)是MATLAB6.5 版本(Release13)中增加的一個(gè)全新的工具箱，它提供了MATLAB、CCS 和DSP 目標(biāo)板的接口，利用此工具可以像操作MATLAB變量一樣來(lái)操作DSP 器件的存儲(chǔ)器和寄存器，使開(kāi)發(fā)人員在MATLAB 環(huán)境下完成對(duì)DSP 的操作，從而極大地提高DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

1 CCSLink 初步
    CCSLink 工具通過(guò)雙向連接將MATLAB、CCS 和DSP 目標(biāo)板聯(lián)系起來(lái)，允許開(kāi)發(fā)者利用MATLAB 強(qiáng)大的可視化、數(shù)據(jù)處理和分析函數(shù)對(duì)來(lái)自CCS 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，極大地簡(jiǎn)化TI 公司DSP 軟件的分析、調(diào)試和驗(yàn)證過(guò)程。三者關(guān)系如圖1示。
 
圖1 CCSLink連接關(guān)系
    CCSLink 的主要特點(diǎn)為：在MATLAB 環(huán)境下完成對(duì)DSP器件的調(diào)試、數(shù)據(jù)傳遞和驗(yàn)證；在MATLAB 和DSP 之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞；支持XDS510 和XDS560 仿真器；提供嵌入式對(duì)象，可以訪問(wèn)C/C++變量；擴(kuò)展了MATLAB 和eXpressDSP工具調(diào)試能力。
    MATLAB 6.5 版集成了CCSLink1.0 工具，支持CCS 能識(shí)別的所有板卡及硬件DSP，包括TIC2000、C5000、C6000 DSP及EVM 板、DSK 板、simulator 及任何符合標(biāo)準(zhǔn)的用戶板和第三方板。CCSLink 正常工作除了需要MATLAB 及其信號(hào)處理工具箱外，還需要TI 的編譯器(compiler)、匯編器(assembler)、鏈接器(linker)、CCS IDE2.1、CCS 配置工具信其他軟件工具。
在MATLAB 環(huán)境下輸入命令
help ccslink
若CCSLink 已正確安裝，則會(huì)顯示產(chǎn)品信息及進(jìn)行CCS 和RTDX 操作的函數(shù)列表:
MATLAB Link for Code Composer Studio(tm)
Version 1.0 (R13) 28-Jun-2002。
若MATLAB 不能返回信息，則表明CCSLink 未安裝成功，需進(jìn)行重新安裝。

2 CCSLink 對(duì)象的建立
    在對(duì)DSP 進(jìn)行操作之前，應(yīng)該首先建立一個(gè)DSP 目標(biāo)。對(duì)于配置了多DSP 系統(tǒng)的用戶，CCSLink 提供了兩種選擇DSP目標(biāo)的工具：ccsboardinfo 函數(shù)和boardprosel 圖形用戶界面，用戶可以根據(jù)返回值和自己需求選擇相應(yīng)的對(duì)象。以采用圖形用戶界面為例，若配置有XDS510 Emulator 和C5416 Simulator 二種DSP 系統(tǒng)，運(yùn)行[boardNum,procNum] = boardprocsel，則MATLAB 通過(guò)對(duì)CCS 配置的自動(dòng)檢測(cè)，出現(xiàn)圖2 所示的目標(biāo)選擇界面。本文根據(jù)需要選擇硬件仿真器C54xxXDS510Emulator 并點(diǎn)擊Done，則可返回板卡編號(hào)和處理器編號(hào)：
boardNum=1，procNum=0。
 
圖2 CCSLink對(duì)象選擇
    利用ccsdsp 函數(shù)可以確立一個(gè)DSP 對(duì)象。ccsdsp 以板卡編號(hào)和處理器編號(hào)為參數(shù)，并在建立鏈接對(duì)象后返回其它屬性，如處理器型號(hào)、處理器名稱等。例如，運(yùn)行cc=ccsdsp(‘boardnum‘,boardNum, ‘procnum‘, procNum)，則建立起一個(gè)CCS IDE 對(duì)象的句柄cc。從而可以通過(guò)cc，在MATLAB 下實(shí)現(xiàn)對(duì)CCS 的操作并控制DSP 芯片。

3 CCSLink 調(diào)試DSP 代碼實(shí)例
    建立起MATLAB 鏈接之后，就可以通過(guò)CCS 為DSP 目標(biāo)產(chǎn)生可執(zhí)行代碼，并進(jìn)行編譯、調(diào)試和分析。在以下的介紹中，均以MATLAB 自帶的工程文件為例。
3.1 加載DSP 目標(biāo)板
    在MATLAB 環(huán)境執(zhí)行以下代碼：
projfile = fullfile( matlabroot, ‘toolbox‘, ‘ccslink‘, ‘ccsdemos‘, ‘ccstutorial‘,‘ccstut_54xx.pjt‘)%選擇工程文件
projpath = fileparts(projfile) %指定工程文件路徑
open(cc,projfile)%打開(kāi)工程文件
visible(cc,1)%使CCS IDE 前臺(tái)可見(jiàn)
cd(cc,projpath)%改變MATLAB 工作路徑
build(cc,‘a(chǎn)ll‘,60)%編譯工程
load(cc,‘ccstut_54xx.out‘,30)%加載可執(zhí)行文件
    則如代碼注釋所示，在MATLAB 環(huán)境下完成了對(duì)工程文件的調(diào)入、編譯，生成可執(zhí)行文件并將其加載到DSP 目標(biāo)板。利用鼠標(biāo)操作切換到CCS 界面，可以看到在MATLAB 下已經(jīng)完成了對(duì)CCS 的各種操作過(guò)程，如圖3 所示。
  
圖3 CCSLink調(diào)試DSP代碼實(shí)例[!--empirenews.page--]
3.2 利用CCSLink 連接調(diào)試訪問(wèn)DSP 內(nèi)存
    在編譯并加載.out 文件后，可以直接由CCSLink 讀取目標(biāo)符號(hào)表并獲取變量在DSP 內(nèi)存中的地址。如輸入ddatA =dec2hex(address(cc,‘ddat‘))，將返回變量ddat 的地址和所在頁(yè)：
23AC，0000。
    在MATLAB 中，可以控制CCS IDE 中程序的顯示及斷點(diǎn)的增加和刪除，并控制程序代碼的執(zhí)行和暫停，讀寫(xiě)DSP 的內(nèi)存變量。例如，執(zhí)行以下程序:
open(cc,‘ccstut.c‘,‘text‘)%在CCS 中打開(kāi)ccstut.c 文件
open(cc,‘ccstut_54xx.cmd‘,‘text‘)%在CCS 中打開(kāi)ccstut_54xx.cmd 文件
activate(cc,‘ccstut.c‘,‘text‘)%將ccstut.c 作為當(dāng)前的活動(dòng)文件
insert(cc,‘ccstut.c‘,64)%在第64 行加入斷點(diǎn)
halt(cc)%暫停CPU
restart(cc) %繼續(xù)與CCS 保持聯(lián)系
run(cc,‘runtohalt‘,20)%DSP 程序執(zhí)行到斷點(diǎn)
ddatV = read(cc,address(cc,‘ddat‘),‘single‘,4) %(1)讀取C 代碼初始化數(shù)據(jù)ddat
idatV = read(cc,address(cc,‘idat‘),‘int16‘,4) %(2)讀取C代碼初始化數(shù)據(jù)idat
write(cc,address(cc,‘ddat‘),single([pi, 12.3, exp(-1), sin(pi/4)])) % (3)修改DSP 內(nèi)存中的數(shù)據(jù)ddat
write(cc,address(cc,‘idat‘),int16([1:4]))% (4)修改DSP 內(nèi)存中的數(shù)據(jù)idat
run(cc,‘runtohalt‘,20) %從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行
ddatV = read(cc,address(cc,‘ddat‘),‘single‘,4)% (5)讀取修改后的數(shù)據(jù)ddat
idatV = read(cc,address(cc,‘idat‘),‘int16‘,4) %(6)讀取修改后的數(shù)據(jù)idat
    閱讀本例工程文件可知，在C 代碼中，變量初始化值為ddat=[16.3,-2.13,5.1,11.8]，idat=[1,508,647,7000]。執(zhí)行上述(1)、(2)兩語(yǔ)句，在MATLAB 中獲得了這兩個(gè)變量的值ddatV 和idatV。經(jīng)過(guò)(3)、(4)兩語(yǔ)句的修改，ddat 和idat 分別改為了新值ddat=[3.1416,12.3,0.3679,0.7071]和idat=[1,2,3,4]。這一修改，可從(5)、(6)兩語(yǔ)句的執(zhí)行在MATLAB 中得到驗(yàn)證，同時(shí)也可在CCS IDE 下通過(guò)變量觀測(cè)器進(jìn)行證實(shí)。
    在MATLAB 下，同樣可以通過(guò)regread 和regwrite 來(lái)對(duì)CPU寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。如
tReg = regread(cc,‘AL‘,‘2scomp‘) % 按二進(jìn)制補(bǔ)碼方式讀取AL
regread(cc,‘TRN‘,‘binary‘) % 按無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)讀取TRN
regwrite(cc,‘AH‘,‘FFFF‘,‘binary‘) % 按無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)讀寫(xiě)AH
3.3 利用CCSLink 嵌入式對(duì)象調(diào)試訪問(wèn)DSP 內(nèi)存
    利用MATLAB 的面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)和CSLink，可以為目標(biāo)程序中的所有C 符號(hào)創(chuàng)建嵌入式對(duì)象，并通過(guò)對(duì)象來(lái)操作該C 符號(hào)。
    仍以上述程序?yàn)槔?，首先?fù)位DSP，并創(chuàng)建一個(gè)嵌入式對(duì)象：
restart(cc) % 復(fù)位程序，使PC 指向程序入口處
goto(cc,‘main‘) %將PC 定位到C 主程序入口
cvar = createobj(cc,‘idat‘) %(7)為操作嵌入式對(duì)象idat 創(chuàng)建MATLAB 對(duì)象
cvar
    語(yǔ)句(7)創(chuàng)建了指向DSP 中C 符號(hào)的MATLAB 對(duì)象，從而可以在MATLAB 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)其全部或部分讀取和修改。
read(cvar)%(8)將嵌入式數(shù)組讀入到MATLAB 工作空間
read(cvar,2)%只讀取第2 個(gè)元素
write(cvar,4,7001)%(9)將第4 個(gè)元素修改為7001
set(cvar,‘size‘,[2])%(10)將對(duì)象減小到2 個(gè)元素
    語(yǔ)句(8)將指向idat 的嵌入式數(shù)組cvar 讀入MATLAB，在語(yǔ)句(9)中對(duì)其第4 個(gè)元素進(jìn)行了修改，而在語(yǔ)句(10)中對(duì)數(shù)組的大小進(jìn)行了改變。
    通過(guò)CCSLink，不僅可以為數(shù)組變量創(chuàng)建對(duì)象，而且也可以為結(jié)構(gòu)體變量創(chuàng)建對(duì)象并進(jìn)行相應(yīng)的操作，如：
cvar = createobj(cc,‘myStruct‘)%創(chuàng)建指向C 結(jié)構(gòu)體的MATLAB 對(duì)象
write(cvar,‘iz‘, ‘Simulink‘) %修改結(jié)構(gòu)體的字符串iz 域?yàn)镾imulink
cstring = getmember(cvar,‘iz‘)%讀取該域到MATLAB
write(cstring,1,‘s‘)%該寫(xiě)字符串的首字符
readnumeric(cstring)%按數(shù)值方式讀取字符串
    上述5 條語(yǔ)句，均通過(guò)MATLAB 環(huán)境下的對(duì)象cvar，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DSP 的C 語(yǔ)言程序中結(jié)構(gòu)體變量myStruct 的讀寫(xiě)操作和修改，具有很大的方便性。
    通過(guò)CCSlink，無(wú)論對(duì)CCS IDE 建立了連接對(duì)象還是嵌入式對(duì)象，均可在MATLAB 環(huán)境下進(jìn)行操作，達(dá)到了DSP 內(nèi)部各種變量的讀寫(xiě)和修改，并進(jìn)行相關(guān)的調(diào)試過(guò)程，具有很大的方便性。對(duì)于上述示例所有的操作執(zhí)行結(jié)果，均可以在MATLAB和CCS IDE 環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè)和驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)
    本文簡(jiǎn)要討論了基于MATLAB 的DSP 程序調(diào)試方法，描述了CCSLink 與CCS IDE 的基本概念，介紹了建立CCS 對(duì)象的過(guò)程，并以MATLAB 提供的實(shí)際工程文件為例，演示了利用CCSLink 連接和嵌入式對(duì)象進(jìn)行C 變量操作的實(shí)際過(guò)程，并對(duì)其執(zhí)行過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)要解釋。
    應(yīng)該說(shuō)明的是，MATLAB提供了大量的進(jìn)行DSP程序調(diào)試的函數(shù)，本文只涉及到了其中極少的一部分。要充分利用MATLAB的強(qiáng)大功能進(jìn)行更深層次的DSP程序調(diào)試，應(yīng)進(jìn)一步參考MathWorks公司提供的技術(shù)資料MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools。