MATLAB与DSP使用RTDX的实时数据交换 解决方案, 工作原理

yuchengze

摘要：采用MATLAB辅助DSP程序的开发和调试，能加快DSP应用程序的开发。实时数据交换(RTDX)为设计、验证DSP算法提供了一个快速、方便的解决方案。本文对RTDX的工作原理进行了分析，讨论了MATLAB与DSP使用RTDX插件实现双向数据传输的实现方式，并通过一个简单的实例说明RTDX的具体实现过程。 引言
在传统的DSP(Digital Signal Processor)应用程序开发过程中，涉及的算法一般先用MATLAB语言进行仿真，仿真结果满意后，再进入产品的实现阶段。仿真实现后的算法用 C/C++或汇编语言实现，首先在硬件DSP目标板上调试，将中间结果通过DSP开发工具保存到PC机的硬盘上，然后调用到MATLAB工作空间，与 MATLAB仿真算法的中间结果进行比较，以发现DSP程序中由于设计或精度导致的结果偏差。如此反复进行，应用程序开发十分不便。
鉴于DSP应用开发的传统设计方法十分不便，Math Works公司和TI公司联合开发了MATLAB Link for CCS Development Tools(简称CCSLink)。CCSLink将MATLAB、CCS(TI DSP集成开发环境)和目标DSP三者连接起来，开发人员可以在MATLAB环境中像操作MATLAB变量一样操作TI公司DSP的存储器和寄存器，实现对CCS的控制，极大地方便了TI DSP应用程序的开发。
本文所做的研究是以MATLAB2010b、CCS3.3以及基于TMS320VC5509A的开发板进行的。目前大多数书籍就CCSLink的描述主要是基于MATLAB6.5的，而后续的MATLAB版本对CCSLink做了一定的修改和完善。RTDX插件作为CCSLink的重要组成部分之一，有其独特的优势。在接下来的内容中将对RTDX做详细介绍，旨在向DSP研发人员提供一种更快捷的RTDX使用方式。
1 CCSLink的构成
CCSLink由3部分组成：
①与CCS IDE的连接对象。利用此对象可以创建CCS与MATLAB的连接，执行相应的MATLAB命令就可以运行CCS中的应用程序，与目标DSP的存储器和寄存器进行双向数据交换。其优点在于：
(a)用户可以利用MATLAB强大的数据分析和可视化功能，节省设计和调试程序的时间。
(b)可以编写用于调试数字信号处理程序的MATLAB语言批处理脚本，实现调试和分析的自动化。
②与RTDX的连接对象。提供了MATLAB与目标DSP之间的实时通信通道，利用此通道可以实时地与目标DSP进行数据交换而不用停止DSP上正在执行的程序。Link for RTDX实现了对实时数据的自动化高级分析和可视化，同时也实现了对复杂DSP程序的有效验证。
RTDX包括主机和目标DSP两部分，如图1所示。在DSP上有一个小的RTDX库(RTDX Target Library)，其使用一个基于扫描的仿真器，通过增强型JTAG接口在主机和DSP之间传输数据。DSP应用程序则通过调用RTDX库的API函数来完成主机和DSP之间的通信。主机方运行CCS软件，CCS软件同样带有一个RTDX库(RTDX Host Library)，通过一个COM接口将实时数据在主机上显示。这样，MATLAB中设计的参数可以通过RTDX输入通道写入DSP的存储单元，而算法的最后结果也可以通过RTDX的输出通道上传到MATLAB中，通过编写MATLAB程序来显示、分析信号处理的结果。

③嵌入对象。在MATLAB环境中能够创建一个代表嵌入在目标C程序中的变量对象，利用嵌入式对象可以像处理MATLAB的变量那样直接访问嵌入在目标DSP的存储器和寄存器中的变量。
上述3种连接对象的实现方式略有不同，与CCS IDE的连接对象和嵌入式对象在数据的传递时可以不在目标DSP程序中添加额外的语句，而与RTDX的连接对象在进行数据传递时则需要在目标DSP程序中添加操纵RTDX通道的语句。
2 RTDX的工作原理
实现MATLAB和目标DSP之间的实时数据交换，既需要在目标DSP程序中添加特定的语句，又需要MATLAB使用特定的语句实现与目标DSP的数据传递。
2.1 DSP对RTDX的配置使用
2.1.1 设置RTDX输入输出通道
首先向工程文件中添加头文件“rtdx.h”、主程序文件“main.c”和其他使用到RTDX的文件。
基于工程是否有与主机通信的需要，在“main.c”中添加输入或输出通道。通道的声明采用全局变量的形式，不得包括在任何函数之中。
RTDX_CreateInputChannel(ichan);
/*创建名为ichan的输入通道*/
RTDX_CreateOutputChannel(ochan);
/*创建名为ochan的输出通道*/
默认情况下，这些通道是不能在DSP中直接使用的，但可以在函数体内使能这些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文件中使用已经声明过的RTDX通道，必须再次声明。
Extern RTDX_input_channel ichan;
Extern RTDX_output_channel ochan;
最后，单击CCS软件Tools->RTDX->Configuration Control，在弹出的窗口中选择“Enable RTDX”，手动使能RTDX接口。
2.1.2 使用RTDX读写数据
DSP中的RTDX目标库提供了一些C函数发送和接收数据：
①RTDX_readNB()读数据函数包括3个参数：第1个是输入通道的指针，第2个是存储数据的数组指针，第3个是数据字长。这是非连续读，即如果没有数据可读将直接返回。
②RTDX_read()函数的3个参数和RTDX_readNB()一样，不同的是RTDX_read()是连续读，即它将不返回直到读完数据。如果通道忙或未使能，它将返回RTDX_READ_ERROR。
③RTDX_write()写数据函数也包括3个参数：第1个是输出通道的指针，第2个是要传输的数组指针，第3个是数据字长。执行后会返回一个整数，非0代表成功。
④RTDX_sizeofInput()包含输入通道指针的一个参数，并返回从缓冲器中读取的字长，一般在RTDX_read NB()完成一次读操作后使用它。
⑤RTDX_channelBLasy()包含输入通道指针的一个参数，并返回一个整数指示通道状态，0表示通道不忙。
它通常与RTDX_readNB()结合使用，用于检查是否有其他读数据请求。
2.2 MATLAB对RTDX的配置使用
2.2.1 发送数据
在传输数据之前，MATLAB需要知道目标DSP板的信息，完成MATLAB和CCS以及目标DSP的连接，使用下面这条指令实现：
h=actxserver(‘RTDX’);
此指令要在DSP加载了可执行文件并使能RTDX接口之后才能使用，使用这条指令还创建了与RTDX的连接对象，h为连接对象的句柄。
在MATLAB中打开并使能RTDX输入通道之前，必须在DSP目标程序中已经创建了该输入通道，调用下面这条指令实现：
invoke(h，‘open’，‘ichan’，‘W’);
传输数据用下面这条指令实现：
invoke(h，‘Write’，intl6(v));
数据通过最近打开的输入通道由MATLAB向DSP写数据，intl6(v)表示对数据v做强制数据类型转换，因为使用的TMS320VC5509A是16位定点DSP。
在完成数据传输或读数据之前，应该将此接口关闭，使用下面这条指令实现：
invoke(h，‘close’);
2.2.2 接收数据
在MATLAB接收数据部分并没有采用发送数据使用的那种最新的RTDX实现方式，因为新方法的实现难度较大，这里介绍通用的实现方法，具体步骤如下：
①cc=ticcs()实现MATLAB和CCS以及DSP三者的连接，并创建连接对象，对象句柄为cc。
②打开并使能RTDX通道：
cc.rtdx.open(‘ochan’，‘r’);%打开名为ochan的RTDX读通道(MATLAB从DSP读)
cc.rtdx.enable(‘ochan’);%使能通道ochan
cc.rtdx.enable;%使能RTDX接口
③读取数据：
cc.rtdx.readmsg(‘ochan’，‘intl6’);%读取16位字的数据
3 应用实例
列举一个简单的求和运算来说明RTDX的具体实现方法，旨在让读者掌握如何使用RTDX实现MATLAB和DSP之间的双向数据传递。整个程序的实现思路是：首先MATLAB通过RTDX输入通道向DSP中写入10个数据，然后DSP对这10个数据求和，最后将这个和值经RTDX输出通道传递给MATLAB。整个过程的实现流程如图2所示。

3.1 DSP程序实现

3. 2 MATLAB程序实现
MATLAB向DSP写数据

结语
RTDX技术巧妙地实现了MATLAB和目标DSP之间的数据交换，使开发者能够在算法仿真和实时处理之间进行多次反复，以确定最佳算法和参数，极大地方便了DSP应用程序的设计，缩短了开发周期。

关键字：MATLAB  DSP  实时数据交换