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1、第 3 1卷 第 l期 2 0 1 0年 3月 渤海 大学学报(自然科 学版)J o u r n a l o f B o h a i Un i v e r s i t y(Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n)V0I 3 l NO 1 M a r 2 01 0 MAT L AB在C C S集成编程环境中应用的研究 李 波，王冬霞(辽宁工业大学 电子与信息工程学院，辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1)摘要：介 绍 了MA TI AB在 C C S集成编程 环境 中应 用 的技 术。以数 字信 号处理 中常 见的 F I R低通数字滤波器为例，具体说明 了
2、两者无缝连接的方法，表 明了该技 术在 实际DS P设计 中的有效性和可靠性，为D S P应用系统的开发提供 了参考，最后指 出了该技术的应用前景。关键 词：MAT I AB；C C S；滤 波 器 中图分类 号：TN9 1 1 7 2 文献 标识 码：A 文 章编号：1 6 7 3 0 5 6 9(2 0 1 0)0 1 0 0 8 4 0 5 0 引 言 随着 电子信息技术的发展，如何提高 DS P应用系统 的开发速度已成为大多程序员 日益关注的问 题。在通常情况下，研发一个嵌入式系统，8 0 9，5 的复杂程度和 7 O 的工作量都取决于软件的设计 1 。那 么如何更有效、更快捷的使用D
3、S P的开发软件并加以广泛的推广和应用，则是DS P程序设计人员 当前 面临的一个首要 问题。美国T e x a s I n s t r u me n t s 公 司针对TMS 3 2 O系列DS P推出了C C S开发环境。它集 成了S i mu l a t o r和E mu l a t o r 仿真器的驱动程序。利用C C S可以对D S P工程文件进行编译、汇编、链接和 生成可执行文件等操作。C C S是 目前广泛使用的DS P软件，不仅提供了便捷的调试方法和操作环境，而 且与 C语言类程序有着较好的数据交互接 口。美 国Ma t h w o r k s 公司推出的MAT I AB应用程
4、序是集数值计算、符号运算和图像处理等功能于一 体的科学计算语言。作为强大的计算平 台，它几乎能够满足包括数值分析、矩阵分析、数字信号处理和系 统控制等各个领域复杂计算的要求，并具有 出色的图像处理能力 2 ，能准确而美观地绘制出各种图形。目前，MATL A B 以编程 调 试简 单、智 能化 程度 高 和交 互性 好 等优 点 已在 科研 领域 被 广泛 使 用。MAT I AB软件的接 口资源非常丰富，其中包含了MAT I AB l a n k f o r C C S工具组件，不仅可以提供控 制和操作嵌入式系统的机制，还能辅助D S P的编程与调试。在实际的D S P工程中，往往需要进行复杂
5、的参数计算。作为有力的数学支持，MA TI AB是不可缺 少的应用软件。用 MAT I AB解决数字信号处理中的常见问题，不仅可以简化大量的手工计算，还能提 高运算的精度。于是，利用MATI AB求解参数，并和原始信号的数值一 同手工添加到C C S的 a s m或 C文件 中进行编程便是 很 自然 的想法。这 种编程思想 较为简单，即分别 运行两个 独立 的应用 程序 MA TI AB和 C C S，但在两者的数据传输 中需手工键人大量的数据，很容易出现错误，从 而导致程序调 试难度的增大，时间的增长。基于上述问题，结合 MA TI AB和C C S各 自的特点，本文提出了MATI A B在
6、C C S集成环境中编程 技 术的思想：首先，在 MAT I AB应用程序 中完成算法的参数求解部分；然后，在 MATI AB应用程序中 调用C C S的操作命令，将计算出的各项参数传送 到C C S环境中；最后，在C C S应用程序中自动调用来 自 收稿 日期：2 0 0 9 一 l l O 6 作 者简介：李波(1 9 7 7 一)男，讲 师，硕士 从事 计算机教学科研工作 第1 期 李 波，王冬霞：MAT I AB在C C S集成编程环境 中应用的研究 8 5 MATL AB的数据，进行数字信号处理，给出可视化的运算结果。1 MATL AB在C C S集成环境 中的编程方法 利 用 MA
7、T I AB I i n k f o r C C S可 以 使 MAT I AB与 C C S两 个应 用 程 序 相 互链 接，即 在 实 现 MATI AB对 C C S中文件的编译、链接、加 载和运行等操作的同时，还可以对 DS P存储器中的内容进行 读写操作 3 。以下详细的给出了MA TI AB 6 5在C C S 2(C 5 0 0 0)环境中的编程方法，并以数字信号处理 中常见的F I R低通数字滤波器为例，说明了两者的混合编程的步骤，其原理示意图如图 1所示。在图 1 中，MATI AB的控制命令对 C C S进行初始化等相关操作，生成计算原始信号数值 n l 文件和F I R
8、数字 滤 波器 参数 的 m 文 件，C C S中的 a s m 或 c文 件 自动调 用前 者生 成 的 m 数 据 文件 后运 行，并在 MAT I AB的控制命令下得出仿真结果，进而达到两者的无缝连接。例如，某模拟信号的时域表达式为 Y(t)：0 2 s i n(2 7 1 5 0 0 t)十 0 2 s i n(2 丁 c 3 0 0 0t)+0 4 s i n(D r 3 5 0 0 t)，要求设计一个阶数为 1 5，截止频率 为 2 0 0 0 Hz，采样频率为 8 0 0 0 Hz 的F I R低通数字滤波器，将原合成信号 中频 率为 3 0 0 0 Hz 和 3 5 0 0 H
9、z的成分滤除掉，仅保 留频率为1 5 0 0 Hz的分量。利用MATL AB在 C C S集成环境中的编程方法具体如下。控制命令 图1 两者无缝连接 的示意(1)在MATL A B 的 命 令 窗 键 入 c c s b o a r d i n f o命令，选择C C S中所安装 的目标板类型。使用 c c s d s p命令创建与C C S目标板的连接，并查 看 目标板的相关信息 4 ，图2给出了下述程序片段在MATI AB中运行后的界面。MAT I AB程序：F o r C 5 0 0 0 查询 C C S处理器 的相关信息 c c s b o a r di n f o -b o a r
10、d n u m，p r o c n u m=b o a r d p r o c s e l fi r mc f i r mc s d s p(b o a r d n u m，b o a r d n u m，p r o c n u m。p r o c n u m)v i s i bl e(f i r mc。1)l i n k i n f o i n f o(f i r mc)(2)在MATI AB中分别编 写产生信号数值的 m 文件和求 解 F I R数字 滤波器参数的 I n文 件，将它们 自动 的保存在 已设定 的 目录中，以供随后的 C C S应用 程序 自动调用。由于在DS P汇编 语言
11、程序中不能直接输入十进制 的 小 数，所 以 还 应 在 MA Tl AB 中进行数据类型转换，将采样点 信号和滤波器系数均转换为适合 图 2 查询 目标板 的界 面 于TMS 3 2 0 VC 5 4 0 2 DS P芯片的Q1 5格式 的定点小数。图3和图4是分别运行下述程序片段后所得到 的 F DA TA 1 1 1 文件窗 口和 F C OE F m文件窗 口。生成数字信号 y n的 F DATA m文件，对原始信号采样 2 5 6 点 Y 一0 2*s i n(2 p i*1 5 0 0*1：2 5 6 J 8 o o 0)+o 2*s i n(2 p i*3 0 0 0*1：2 5
12、 6 3 8 o o o)+O 4*C O S (2 p i*3 5 0 0*1：2 5 6 8 0 0 0)；8 6 渤海大学学报(自然科学版)第3 1 卷 y n 一 s p r i n t f(wo r d 9，5 0 f n ，r o u n d(y 2 1 5)；f i f o p e n(D：MATI AB 6 p 5 w o r k f i r F D ATA m，w)；f p r i n t f(f i，y n)；f c l o s e(f i)；求解 F I R数字滤波器系数 b n的F C 0E F m文件 b=f i r 1(1 5，2 0 0 0*2 8 0 0 0)；
13、b n=s p r i n t f(w o r d O f n ，r o u n d(b*2 1 5)；f i f o p e n(D：MAT I AB 6 p 5 w o r k f i r F C OE F m，w)；f p r i n t f(f i，b n)；f c l o s e(f i)；_Fi l e_Edi t T_ex t w I n dow wl p D|l j 6 色 国赫，一 1 I w o r d 一 1 4 2 1 2 W O r d 7 3 4 9 3 W O r d一 2 8 9 0 4 W O r d-6 5 5 4 5 W O r d-2 1 2 6 6 W
14、 O r d 1 9 2 0 7 wo r d 1 3 5 3 0 8 w o r d一 1 3 1 0 7 9 W O r d 1 0 6 8 9 1 0 w o r d-2 0 4 5 6 S c d p t L n l Co12 图 3 F DATA m 文件 窗 口 图 4 FC OEF m 文 件 窗 口 (3)在 MA TL AB中依次使用 o p e n、b u i l d和l o a d命令运行C C S程序，在C C S中观察运算结果和图 形。再在MATI AB中使用wr i t e或r e a d命令修改部分参数变量，在 C C S中重复观察。查询工 程 文件 F I R
15、p i t p r o j f i l e f u l l f i l e(ma t l a b r o o t，F I R，F I R p j t )p r o j p a t h=：f i l e p a r t s(p r o j f i l e)o p e n(f i r me，p r o j f i l e)c d(f i r me，p r o j p a t h)生成、加载、运行程序 F I R o u t b u i l d(f i r mc，a l l )l o a d(f i r mc，FI R o u t )r u n(f i r me)读取变量数据 x d a t a d
16、 e e 2 h e x(a d d r e s s(f i r me，X )查询 变量 地址 x v a r r e a d(f i r mc，a d d r e s s(f i r mc，x )，i n t l 6 ，n)修改变量数据 w r i t e(f i r mc，a d d r e s s(f i r mc，x )i n t l 6()(4)在C C S中添加上面生成的MA TI AB文件，其程序的片段如下所示 引。；C C S程 序：F o r MAT I AB 6 p 5 t i t l e”FI R a s m”m m re gs 51 2 4 8 4 45 5 4 2 7
17、 3 9 8 3 7 O 3 4 1 3 1 3 2 8 4 2 5 8 2 2 0 1 9 9 1 7 1 1 4 2 l 1 4 8 51 5 0 9 2 8 4 0 第1 期 李 波，王冬 霞：MATI AB在C C S集成编程环境 中应用的研究 8 7 ND NT d e f F I R s e t 25 6 s e t 1 6 COEF s e c t ”C OEF ，c o p y ”F C OE F m；调用产生 F I R数字滤波器系数 的F C OE F m文件 da t a I N P UT c o p y ”F D ATA m”；调用产生数字信号 的F DATA m文件
18、F I R ；F I R数字滤波器子程序段(5)在MA TI AB中使用c l e a r 命令清除所使用到的变量，并用 c l o s e命令关闭已打开的工程文件。关闭工程文件F I R p j t c l e a r f i r me c v a r c f i e l d u i e v a r c s t r i n g c l o s e(f i r mc，p r o j f i l e，p r o j e c t )经实验仿真可知，原始的输入信号为两个正弦信号及一个余弦信号的合成，其信号的频谱分量主要 集中在 1 5 0 0 Hz，3 0 0 0 Hz和3 5 0 0 Hz，在 C
19、 C S中可观察到如图 5 所示的频谱。当该合成信号通过采样频率 为 8 0 0 0 Hz，截止频率为 2 0 0 0 Hz的 F I R低通数字滤波器后，最终输 出的信号只剩下频率为 1 5 0 0 Hz的分 量，而频率大于 1 5 0 0 Hz 的成分则被全部的滤除掉了，其滤波后的频谱如图6所示。0 3 3 3 6 6 7 1 0 0 0 1 3 3 3 1 6 6 7 2 0 0 0 2 3 3 3 2 6 8 7 3 0 0 0 3 3 3 3 3 6 6 7 3 9 6 9 图 5 滤波前的频谱 2 结 论 21 5 2 1-3 2 0 O 1 8 8 1 7 5 1 6 3 1 5
20、 O 1 3 O 1 2 5 1 1 3 1 0 0 8 7 7 7 5 2 6 2 6 5 01 3 7 6 2 5l 1 2 5 O 1 0 3 3 3 6 6 7 l 0 o O1 3 3 3 l 6 6 7 2 0 0 o2 3 3 32 6 B 73 0 0 03 3 3 33 6 6 73 9 6 9 图 6滤 波 后 的 频 谱 综 上所述，将 MATI AB应 用于 C C S集成编程环境 中的方法，其 实质是通过 MAT I AB L i n k f o r C C S为桥梁，两个基于C语言类应用程序间的数据通信。两者的无缝连接的方法即可以简化编程，又能 达到提高准确度的 目
21、的。它对于缩短软件的开发周期、简化数字信号处理等复杂算法的操作都有十分重 要的意义，同时也为在 D S P和电子通信领域中的研发提供 了一种有效而实用的编程方法。参考文献：1 彭启琮，李玉柏，管庆 D S P技术的发展与应用(第二版)M 北京：高等教育出版社，2 0 0 7：1 6 8 2 陈怀琛，吴大正 高西全 MAT LAB及在电子信息课程 中的应用(第 3版)M 北京：电子工业 出版社，2 0 0 6 2 3 3 3陈曙光，袁德明基 于MATI AB与 C C S的联合算法仿真 口 电子工程 师，2 0 0 5，3 1(1 1)：4 5 4 7 4 T h e Ma t h Wo r k
22、 s I n c MATI AB R e l e a s e 1 3 Z 2 0 0 2 5 戴明祯，周 建江T MS 3 2 0 C5 4 x D S P结构、原理及应用(第 2版)M 北京：北京航空航天大学 出版社 2 0 0 7：2 4 7 2 5 9 6 T e x a s I n s t r u me n t s I n c TMS 3 2 0 C5 4 x DS P R e f e r e n c e S e t Vo l u mn 4 Ap p l i c a t i o n Gu i d e z ，1 9 9 6 8 8 渤海大学学报(自然科学版)第3 l 卷 Re s e a
23、 r c h o n a p p l i c a t i o n o f M ATLAB i n CCS i n t e g r a t e d pr ogr a m m i ng e nvi r onm e nt LI Bo。W ANG Do n g-xi a (Col l e g e o f El e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g，Li a o n i n g Un i v e r s i t y o f Te e h n o l o gy，j i n z h o u 1 2 1 0 0 1，
24、Ch i n a)Ab s t r a c t：The a p pl i c a t i o n t e c hn ol o g y of M ATI AB i n CCS i n t e g r a t e d p r og r a m mi n g e nv i r o nme n t i s i n t r o d u c e d B y t a k i n g a s e x a mp l e t h e c o mmo n FI R l o w p a s s d i g i t a l f i l t e r i n d i g i t a l s i g n a l p r o
25、c e s s i n g，t h e s e a ml e s s c o n n e c t i o n me t h o d i s e x p l a i n e d i n d e t a i l c o n c e r n i n g M ATI AB a n d CS S，a n d i t s h o ws t h a t t h e t e c h n o l o g y i s e f f e c t i v e a n d r e l i a b l e i n DS P d e s i g n，f o r wh i c h t h e t e c h n o l o g y p r o v i d e s a g o o d r e f e r e n c e a n d f i n a l l y t h e a p p l i c a t i o n p o t e n t i a l o f t h e t e c h n o l o g y i s p o i n t e d o u t Ke y wor ds：M ATI AB；CCS；f i l t e r