MATLAB-DSP集成开发环境的研究与设计

1万 · 2020-2-13 11:08

传统的开发工具利用DSP汇编语言进行低层次的设计，现在已经不适合IT
市场的竞争。软件人员需要利用高层次集成环境，来帮助他们摆脱底层设计的困
扰。MATLAB作为目前最强大的数值计算和分析工具，已被算法研究人员所广
泛应用。因此，MATLAB用于DSP应用系统的算法模拟和仿真具有极大的应用
价值。即应用MATLAB-DSP集成开发环境在MATLAB统一系统下完成概念设
计，模拟，仿真，目标代码生成，运行和调试。利用系统的开发环境可以极大地
节省耗费在编程上和修正错误上所需要的时间。

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我们知道MATLAB语言可以译成C语言，而DSP又可以用C语言设计，把
MATLAB和DSP开发工具集成在一起，成为研究人员的迫切需要
目前，MATLAB一DSP集成环境下的工具包有:MathWorks公司和TI公司联
合开发的工具包一一MATLAB Link for CCS Development Tools，以及针对ADI公
司的SHARC浮点型DSP的DSP developero

1万 · 2020-2-13 11:12

这种方法优点在于使算法研究者摆脱了对底层硬件设计的困扰。算法开发者
可以应用MATLAB中SIMULINK工具将算法搭建起来，然后通过RTW C Real
Time Windows)自动生成可在SEED DEC-_5_502板卡上运行的代码。但缺点
在于通过此种方法得到的代码效率会低很多，这种代码有可能只能可运行、可
模拟/可仿真的。只具有分析意义。但是随着DSP运算速度的提高，这些问题
都可以解决。例如，现在最快的DSP每秒运行1 _5亿次以上，即使只有_5 070 } 10 070
的效率，也能满足需要。这种方法的另一局限性在于只支持集成环境所支持的
目标板，例如现在针对TI公司的DSP，目前只支持部分型号的DSP。所以要
想让这一开发环境支持所有型号的DSP仍需作很大的工作。

1万 · 2020-2-13 11:13

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通用微处理器实现乘法的时候需要一系列的移位和加法操作，而每个操作都
要耗费一个时钟周期。为了提高运算效率，DSP内部拥有硬件乘累加单元，可以
在一个时钟周期内实现一次乘累加运算。这样一来，大大地提高了DSP的效率。
可以说，乘累加单元是DSP区别于通用微处理器的重要标志。

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传统的开发过程如图3-1所示，图中每个模块代表了一个工作阶段。在这样
的环境下，完成一个开发项目通常要涉及到几个工作组，如算法设计组、软件开
发组、硬件实现组和测试组等。每个阶段使用的工具也不尽相同。各个阶段的交
流需要通过文档来完成，这样导致整个开发过程是顺序的，而不是迭代的。开发
者在进行下一阶段前必须重新输入上一阶段的结果，这样很容易造成错误，而且
发现错误的阶段越晚，则需要越多的代价和时间进行更正。当检测到错误或者测
试的结果不满足设计要求时，由于这种开发过程不能进行跨阶段重复设计，必须
重新从头开始设计和实现，从而造成开发周期太长而不能满足市场对产品的快速
要求。

1万 · 2020-2-13 11:18

随着社会的进步和发展，市场对产品的需求呈现了多样性和快速性的起趋
势，这就使企业面临多样性的需求和快速开发之间的矛盾。传统的开发过程由于
具有上述缺点，已不能满足市场的要求。因而现代企业对并行工程提出了要求，
从这个角度而言，MathWorks公司开发的MathWorks工具集为并行工程提供了
一个一体化的快速解决方案。
MathWorks公司提供的工具集可以实现上述开发过程的任何阶段，即可以使
用统一工具完成整个开发过程，从而消除了通过文档进行交流的可能。而且，使
用MathWorks工具集将使整个开发过程变成一个螺旋的开发过程，如图3-2所示。
这种螺旋型设计过程可实现各个阶段之间快速的迭代过程，使工程师将集中
精力在具体的创造性工作上去。要做到这一点，必须使用可以很容易实现从一个
阶段过渡到另一个阶段的工具，例如要求控制系统工程师或者信号处理工程师可
直接在快速原型化系统阶段对算法进行校验。这种螺旋型的设计过程从本质上更
接近于并行的工程开发过程，采用这种开发过程可在开发阶段一开始就将早期的
工作模型提供给校验组合产品组，并使他们参与到整个开发过程中，有助于缩短
开发周期和造价。
使用MathWorks工具箱的另一个优点在于其可使开发者经历集中在擅长的
工作。例如系统控制工程师可以专注于控制规律和参数，嵌入式工程师可以专注
于硬件和底层软件的系统实现，至于其他繁琐的工作则由MathWorks工具(RTW
自动完成。这就是使用RTW最显著的特点。

1万 · 2020-2-13 11:19

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RTW在MathWorks提供的系统设计工具中起到了关键性的纽带作用。从概
念上讲RTW设计过程中的最终部分，如图3-3所示。
采用MathWorks工具箱进行系统设计的过程可能不完全相同。典型的产品流
程首先从Simulink环境下建模开始，然后在MATLAB下进行仿真分析。在仿真
过程中，用户可以使用RTW快速仿真的特性加速仿真过程。
当得到较满意仿真结果后，用户可将RTW与一个快速原型化目标联合使用。
该快速原型化目标与用户的物理系统连接在一起。用户可使用Simulink模型作
为连接物理目标的接口，完成对系统的测试和观测。生成模型后，用户可使用
Simulink模型作为连接物理目标的接口，完成对系统测试和观测。生成模型后用
户可以用RTW将模型转化为C或Ada代码，并使用RTW扩展的程序创建和下
载过程生成模型的可执行程序，再将其下载到目标系统当中。最后使用Simulink
外部模式，用户可以在模型运行在目标环境下的同时进行实时的监视和调整参
数。

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MATLAB-DSP集成开发环境的研究与设计

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