基於MATLAB 的DSP 調試方法

    MATLAB 具有強大的分析、計算和可視化功能，利用MATLAB 提供的數十個專業工具箱，可以方便、靈活地實現對自動控制、信號處理、通信系統等的演算法分析和模擬，是演算法設計人員和工程技術人員必不可少的軟體工具。
    數字信號處理器(DSP)作為一種可編程專用晶元，是數字信號處理理論實用化過程的重要技術工具，在語音處理、圖像處理等技術領域得到了廣泛的應用。但對於演算法設計人員來講，利用彙編語言或C 語言進行DSP 功能開發，對於具有周期長、效率低的缺點，不利於演算法驗證和產品的快速開發。
    由MathWorks 公司和TI 公司聯合開發的MATLAB Link for CCS Development Tools(簡稱CCSLink)是MATLAB6.5 版本(Release13)中增加的一個全新的工具箱，它提供了MATLAB、CCS 和DSP 目標板的介面，利用此工具可以像操作MATLAB變數一樣來操作DSP 器件的存儲器和寄存器，使開發人員在MATLAB 環境下完成對DSP 的操作，從而極大地提高DSP 應用系統的開發進程。
    本文結合具體例證，介紹基於MATLAB 的DSP 應用程序調試方法。

1 CCSLink 初步
    CCSLink 工具通過雙向連接將MATLAB、CCS 和DSP 目標板聯繫起來，允許開發者利用MATLAB 強大的可視化、數據處理和分析函數對來自CCS 的數據進行分析和處理，極大地簡化TI 公司DSP 軟體的分析、調試和驗證過程。三者關係如圖1示。
 
圖1 CCSLink連接關係
    CCSLink 的主要特點為：在MATLAB 環境下完成對DSP器件的調試、數據傳遞和驗證；在MATLAB 和DSP 之間實現數據實時傳遞；支持XDS510 和XDS560 模擬器；提供嵌入式對象，可以訪問C/C++變數；擴展了MATLAB 和eXpressDSP工具調試能力。
    MATLAB 6.5 版集成了CCSLink1.0 工具，支持CCS 能識別的所有板卡及硬體DSP，包括TIC2000、C5000、C6000 DSP及EVM 板、DSK 板、simulator 及任何符合標準的用戶板和第三方板。CCSLink 正常工作除了需要MATLAB 及其信號處理工具箱外，還需要TI 的編譯器(compiler)、彙編器(assembler)、鏈接器(linker)、CCS IDE2.1、CCS 配置工具信其他軟體工具。
在MATLAB 環境下輸入命令
help ccslink
若CCSLink 已正確安裝，則會顯示產品信息及進行CCS 和RTDX 操作的函數列表:
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，需進行重新安裝。

2 CCSLink 對象的建立
    在對DSP 進行操作之前，應該首先建立一個DSP 目標。對於配置了多DSP 系統的用戶，CCSLink 提供了兩種選擇DSP目標的工具：ccsboardinfo 函數和boardprosel 圖形用戶界面，用戶可以根據返回值和自己需求選擇相應的對象。以採用圖形用戶界面為例，若配置有XDS510 Emulator 和C5416 Simulator 二種DSP 系統，運行[boardNum,procNum] = boardprocsel，則MATLAB 通過對CCS 配置的自動檢測，出現圖2 所示的目標選擇界面。本文根據需要選擇硬體模擬器C54xxXDS510Emulator 並點擊Done，則可返回板卡編號和處理器編號：
boardNum=1，procNum=0。
 
圖2 CCSLink對象選擇
    利用ccsdsp 函數可以確立一個DSP 對象。ccsdsp 以板卡編號和處理器編號為參數，並在建立鏈接對象后返回其它屬性，如處理器型號、處理器名稱等。例如，運行cc=ccsdsp('boardnum',boardNum, 'procnum', procNum)，則建立起一個CCS IDE 對象的句柄cc。從而可以通過cc，在MATLAB 下實現對CCS 的操作並控制DSP 晶元。

3 CCSLink 調試DSP 代碼實例
    建立起MATLAB 鏈接之後，就可以通過CCS 為DSP 目標產生可執行代碼，並進行編譯、調試和分析。在以下的介紹中，均以MATLAB 自帶的工程文件為例。
3.1 載入DSP 目標板
    在MATLAB 環境執行以下代碼：
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)%打開工程文件
visible(cc,1)%使CCS IDE 前台可見
cd(cc,projpath)%改變MATLAB 工作路徑
build(cc,'all',60)%編譯工程
load(cc,'ccstut_54xx.out',30)%載入可執行文件
    則如代碼註釋所示，在MATLAB 環境下完成了對工程文件的調入、編譯，生成可執行文件並將其載入到DSP 目標板。利用滑鼠操作切換到CCS 界面，可以看到在MATLAB 下已經完成了對CCS 的各種操作過程，如圖3 所示。
  
圖3 CCSLink調試DSP代碼實例
3.2 利用CCSLink 連接調試訪問DSP 內存
    在編譯並載入.out 文件后，可以直接由CCSLink 讀取目標符號表並獲取變數在DSP 內存中的地址。如輸入ddatA =dec2hex(address(cc,'ddat'))，將返回變數ddat 的地址和所在頁：
23AC，0000。
    在MATLAB 中，可以控制CCS IDE 中程序的顯示及斷點的增加和刪除，並控制程序代碼的執行和暫停，讀寫DSP 的內存變數。例如，執行以下程序:
open(cc,'ccstut.c','text')%在CCS 中打開ccstut.c 文件
open(cc,'ccstut_54xx.cmd','text')%在CCS 中打開ccstut_54xx.cmd 文件
activate(cc,'ccstut.c','text')%將ccstut.c 作為當前的活動文件
insert(cc,'ccstut.c',64)%在第64 行加入斷點
halt(cc)%暫停CPU
restart(cc) %繼續與CCS 保持聯繫
run(cc,'runtohalt',20)%DSP 程序執行到斷點
ddatV = read(cc,address(cc,'ddat'),'single',4) %(1)讀取C 代碼初始化數據ddat
idatV = read(cc,address(cc,'idat'),'int16',4) %(2)讀取C代碼初始化數據idat
write(cc,address(cc,'ddat'),single([pi, 12.3, exp(-1), sin(pi/4)])) % (3)修改DSP 內存中的數據ddat
write(cc,address(cc,'idat'),int16([1:4]))% (4)修改DSP 內存中的數據idat
run(cc,'runtohalt',20) %從斷點處繼續執行
ddatV = read(cc,address(cc,'ddat'),'single',4)% (5)讀取修改後的數據ddat
idatV = read(cc,address(cc,'idat'),'int16',4) %(6)讀取修改後的數據idat
    閱讀本例工程文件可知，在C 代碼中，變數初始化值為ddat=[16.3,-2.13,5.1,11.8]，idat=[1,508,647,7000]。執行上述(1)、(2)兩語句，在MATLAB 中獲得了這兩個變數的值ddatV 和idatV。經過(3)、(4)兩語句的修改，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)兩語句的執行在MATLAB 中得到驗證，同時也可在CCS IDE 下通過變數觀測器進行證實。
    在MATLAB 下，同樣可以通過regread 和regwrite 來對CPU寄存器進行讀寫操作。如
tReg = regread(cc,'AL','2scomp') % 按二進位補碼方式讀取AL
regread(cc,'TRN','binary') % 按無符號二進位數讀取TRN
regwrite(cc,'AH','FFFF','binary') % 按無符號二進位數讀寫AH
3.3 利用CCSLink 嵌入式對象調試訪問DSP 內存
    利用MATLAB 的面向對象編程技術和CSLink，可以為目標程序中的所有C 符號創建嵌入式對象，並通過對象來操作該C 符號。
    仍以上述程序為例，首先複位DSP，並創建一個嵌入式對象：
restart(cc) % 複位程序，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)為操作嵌入式對象idat 創建MATLAB 對象
cvar
    語句(7)創建了指向DSP 中C 符號的MATLAB 對象，從而可以在MATLAB 環境下實現對其全部或部分讀取和修改。
read(cvar)%(8)將嵌入式數組讀入到MATLAB 工作空間
read(cvar,2)%只讀取第2 個元素
write(cvar,4,7001)%(9)將第4 個元素修改為7001
set(cvar,'size',[2])%(10)將對象減小到2 個元素
    語句(8)將指向idat 的嵌入式數組cvar 讀入MATLAB，在語句(9)中對其第4 個元素進行了修改，而在語句(10)中對數組的大小進行了改變。
    通過CCSLink，不僅可以為數組變數創建對象，而且也可以為結構體變數創建對象並進行相應的操作，如：
cvar = createobj(cc,'myStruct')%創建指向C 結構體的MATLAB 對象
write(cvar,'iz', 'Simulink') %修改結構體的字元串iz 域為Simulink
cstring = getmember(cvar,'iz')%讀取該域到MATLAB
write(cstring,1,'s')%該寫字元串的首字元
readnumeric(cstring)%按數值方式讀取字元串
    上述5 條語句，均通過MATLAB 環境下的對象cvar，實現了對DSP 的C 語言程序中結構體變數myStruct 的讀寫操作和修改，具有很大的方便性。
    通過CCSlink，無論對CCS IDE 建立了連接對象還是嵌入式對象，均可在MATLAB 環境下進行操作，達到了DSP 內部各種變數的讀寫和修改，並進行相關的調試過程，具有很大的方便性。對於上述示例所有的操作執行結果，均可以在MATLAB和CCS IDE 環境下進行觀測和驗證。

4 結束語
    本文簡要討論了基於MATLAB 的DSP 程序調試方法，描述了CCSLink 與CCS IDE 的基本概念，介紹了建立CCS 對象的過程，並以MATLAB 提供的實際工程文件為例，演示了利用CCSLink 連接和嵌入式對象進行C 變數操作的實際過程，並對其執行過程和結果進行了簡要解釋。
    應該說明的是，MATLAB提供了大量的進行DSP程序調試的函數，本文只涉及到了其中極少的一部分。要充分利用MATLAB的強大功能進行更深層次的DSP程序調試，應進一步參考MathWorks公司提供的技術資料MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools。