数字电子基础技术应用 16

MCU和FPGA

实现算法比较基于Matlab_Simulink调试及直接生成目标代码（代码直生）2/40数字信号处理基本框架A/DConverterD/AConverter数字信号处理(Discrete-timesystem)？InputOutputx[n]y[n]x(t)y(t)ΣAi×Xi(SOP)3/40用MCU传统实现方法（1）通用的计算机上软件实现；（2）单片机实现；（3）通用或专用的DSP芯片实现.实现方法基于FPGA的DSP（技术）实现（硬件实现）4/40TIDSP的软件设计微处理器硬件设计经验可移植性很强！软件设计占总设计时间的约80％（包括熟悉开发工具）很多的创新来自于软件汇编语言实现DSP程序设计

用C语言或C与汇编语言混合编程

基于DSP/BIOS的DSP设计

基于Matlab的DSP系统级的设计方法

是自底向上的设计虽然有系统级的仿真，但是仿真与实现环节是脱节的！ACInACtoDCConverterThreePhase

InverterGateDriversDCBusGateDriverPowerSuppliesAnalogConditioningSerialInterfaceF2803x12BitADCTriggerFaultePWMModuleSyncIsolationeQEPModuleCommandedSpeedActualSpeed+-PIControllerFieldOrientedControllerCommandediqCommandedidPhaseCurrentReconstructioniciaSpaceVectorModulationVαVβibusBusOver-VoltageGPIOorPWMSpeedCalculationibVbusMotorPWMsOvercurrentBusCurrentBusVoltageProcessorGroundPMSMMotorθ(t)θ(t)TypicalACDrive比如，PMSM控制，研究生一般要提出策略提高某些指标？一般先仿真

permanentmagnetsynchronousmotor6/40

基于Matlab的DSP系统级的设计方法德州仪器与MathWorks联合推出DSP开发工具。设计者无需了解DSP的指令系统和硬件结构。基于Matlab/Simulink的设计方法，完成了从概念设计、软件仿真、硬件测试全过程。

7/40RelationshipDiagramTherelationshipbetweenMATLAB,CCSandaTexasInstrumentsDSPisshownbelow:实现从Simulink环境到CCSIDE环境的无缝连接MATLABCodeComposerStudio(CCS)TexasInstrumentsDSPEmbeddedTarget

forTIDSP+Real-TimeWorkshop两种联系方式8/40

SimulinkModel用户在MATLAB/Simulink环境中设计仿真系统功能，Simulink—EmbeddedTarget转换*.mdl为CCS工程文件；编译链接下载到DSP上执行。即包括信号处理的算法模型级系统仿真下载到硬件平台上评估算法的性能；实现了自上而下的设计。9/40RTDX-Real-TimeDataExchangeDSP的实时数据交换(RTDX)允许系统设计者在PC和DSP之间进行实时的数据传输，且不影响DSP程序的运行。使用MATLAB的强大的数据分析和可视化功能对实时数据进行处理，实现了对复杂DSP数据处理的有效验证。10/40Eg:RTDXImageProcessingExample

AbitmapimagefileissentfromPCtotheDSP.TheoutputofprocessingbytheDSPissenttothePCdisplay.11/40Summary

CodeComposerStudioprovidesaseamlessinterfacebetweenMATLABandaTexasInstrumentsDSP.Itallowsprojectsto:bedesignedandtestedusingSimulink.generatecodeforTexasInstrumentsC2000/C5000/C6000DSPdirectlyfromthemodel.havetheirperformanceevaluatedandoptimized.参考：SPRU509.CodeComposerStudio™v3.1IDEGettingStartedGuide12/40基于MATLAB的C2000设计举例eZdsp

F2812eZdsp

F2812plusZwickauAdapterBoard8xLED8xswitch2xpush-button2potentiometers1SPIDAC(TLV5617)1SPIEEPROM(M95080)1I2CSensor(DS1621)1SCI-Transceiver(MAX232)1CAN-Transceiver(TJA1054)1CAN-Transceiver(SN65HVD230)1Loudspeaker13/40举例：用GPIOF.14控制eZdsp2812上DS2LEDJP9PLL控制位置功能1-2PLL使能2-3PLL禁用14/40基于MATLAB的C2000设计举例——LED控制SimulinkLibraryBrowser——“EmbeddedTargetforTIC2000DSP”my_model.mdlC2000TargetPreferences——“F2812ezDSP”.C281xDSPChipSupport——“DigitalOutput”.GPIOF的Bit14控制DS2LEDof

F2812EzDSP.Doubleclickonthe“GPIOD0”block.设置GPIOF.14SettingtheConstantParameters,Makethedatatype“Boolean”.Changethe“Constantvalue”to0.connectthetwoblockstogether.SelectTools->Real-TimeWorkshop->BuildModel.15/40基于MATLAB的C2000设计举例——LED控制MATLABwillcreateanewprojectinCodeComposerStudioandgeneratethecodeforit.——my_project.pjtRunningtheModel。ThemodelhasnowbeenbuiltandisrunningontheF2812EZDSP.TheDS2LEDontheezDSPboardshouldnowbeoff.16/402812_eZdsp下载验证GPIOF.14输出逻辑0，DS2熄灭；GPIOF.14输出逻辑1，DS2点亮。DS2和反相斯密特触发器U12；DS2亮和灭与JP9无关。17/40SettingtheInputParameters

GPI0A“Bit0”18/40基于MATLAB的C2000设计举例——SCI、CANTosetupthedatacommunicationsrate,doubleclickonthe“F2812eZdsp”icon.19/40CommandWindow>>demo

Version7.10(R2010a)20/40HILVerificationofIIRFilterviaSCI21/40算法库

在应用开发中，应该尽可能使用已经比较成熟的库。以下是2000系列的一些开发包SPRC097C281XC/C++头文件声明和外设例子SPRC081FFT库SPRC082滤波库SPRC085定点数学库SPRC083信号发生库SPRC664-FloatingPointUnitFastRun-TimeSupport(RTS)librarySPRC215-F280xDigitalMotorControlLibrarySPRC080-F281xDigitalMotorControlLibrarySPRC910-C28xControlLawAccelerator(CLA)MathMacroLibrarySPRC101图像处理库22/40

基于Matlab的DSP系统级的设计方法CCSLink的主要特点：Matlab函数可以自动完成调试、数据传递和验证。在Matlab和DSP之间实时传递数据，而不用停止DSP中程序的执行。支持XDS510/XDS560仿真器。提供嵌入式对象，可以访问C/C++变量和数据。对测试、验证和可视化DSP代码提供帮助。扩展了Matlab和eXpressDSP工具的调试能力。符合TIeXpressDSP标准。23/40基于FPGA的DSP技术（此处DSP是指算法）——现代DSP技术24/40最新FPGA的DSP性能介绍

随着运算越来越复杂、实时要求越来越高，FPGA的应用日益凸显。其一，作为传统DSP协处理，满足系统设备对DSP超高性能的要求；其二，直接取代传统DSP，面市时间短——SOPC。电信网、互联网和电视网25/40FPGA的特性FPGA是并行处理结构，所以Xilinx的产品MAC单元从84到640。从21最多到352个GMAC/s，最低速产品可以运行到250MHz，高速产品运行到550MHz。26/40FPGA与DSP运算速度比较

——8位224阶FIR滤波器表中DSP的MAC单元是极限数，而FPGA却不仅有224个，还可由逻辑宏单元组成。6416与EP1S120售价相当。27/40FIRFilterExample*–16XCost/PerformanceImprovementDeviceSolutionFIRPerformance(MHz)DeviceCost****CostperFIRMHzTIC6713-20064cycles**@200MHz3.125$24.59$7.87TIC6416-60032cycles**@600MHz18.75$160$8.53Altera1C3-88cycles***@230MHz28.75$14$0.49Altera1C12-81Cycles***@170MHz170$84$0.49*FIR128Tap,16bitdata,14bitcoefficients**DSPLibOptimizedAssemblyLibrariesfromTexasInstruments***MegaCoreOptimizedFIRCompilerfromAltera****Pricinginquantityof100a