基于LabVIEW的DSP設(shè)計(jì)

1 引言
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美國NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。LabVIEW DSP模塊，它包含了用于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和分析DSP算法的系統(tǒng)工具。它將LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境擴(kuò)展至嵌入式信號(hào)處理應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，提供了一個(gè)易于使用的、現(xiàn)成的方法來學(xué)習(xí)信號(hào)處理技術(shù)，使得DSP開發(fā)者擁有了一個(gè)圖形化和系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)開發(fā)選擇。隨著我們的設(shè)備在性能和復(fù)雜度方面的提升，圖形化和系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和開發(fā)工具的作用起到越來越重要的作用。

　　本文以TMS320C6713EVM開發(fā)板為硬件平臺(tái)，利用LabVIEW DSP模塊和LabVIEW DSP Test Toolkit for TI DSP工具包實(shí)現(xiàn)LabVIEW與DSP的整合，完成了基于TMS320C6713EVM硬件平臺(tái)的自適應(yīng)濾波器系統(tǒng)辨識(shí)應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

　　2 DSP在虛擬儀器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　數(shù)字信號(hào)處理是一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）與在嵌入式系統(tǒng)中常用的其它微處理器（如單片機(jī)、通用處理器）相比，DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的數(shù)據(jù)吞吐率使其在圖像處理、語音處理等方面的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它微處理器。同時(shí)，隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，DSP解決方案在嵌入式圖像、語音處理這樣的數(shù)字信號(hào)處理典型應(yīng)用中已成為工程師的首選。

　　虛擬儀器在很多情況下采用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，微機(jī)也可以進(jìn)行數(shù)字處理，并且微機(jī)可以直接采用浮點(diǎn)運(yùn)算，其運(yùn)算精度也可以做得很高。但是與用微機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬儀器相比，采用DSP芯片實(shí)現(xiàn)虛擬儀器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）DSP芯片特有的存儲(chǔ)及總線結(jié)構(gòu)可以保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間及在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，滿足了數(shù)字信號(hào)處理中的并行運(yùn)算要求；（2）在數(shù)據(jù)采集和輸出時(shí)，都要用到A/D和D/A，其刷新是通過定時(shí)器來完成的，DSP芯片內(nèi)置在片定時(shí)器，用戶可以通過控制程序?qū)Χ〞r(shí)器進(jìn)行精確的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)和采樣處理，這在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)中是做不到的。

　　通常作為虛擬儀器硬件部分的數(shù)據(jù)采集卡所完成的僅僅是采集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)，而虛擬儀器中最耗時(shí)最復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理卻留給計(jì)算機(jī)的CPU去完成，從而導(dǎo)致了虛擬儀器實(shí)時(shí)性和精確性的不足。DSP可以從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理再到數(shù)據(jù)的傳輸，把數(shù)據(jù)分析處理的工作留給DSP來完成，那么計(jì)算機(jī)的工作就僅僅是完成數(shù)據(jù)的簡單整理、顯示、存儲(chǔ)和輸出，這樣很好地彌補(bǔ)了以往虛擬儀器速度和精度方面的不足。

　　此外，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在Windows等多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，特別是在處理如FFT等大容量、高精度的運(yùn)算時(shí)，CPU資源會(huì)造成嚴(yán)重不足，這給虛擬儀器的應(yīng)用帶來一定的不便。虛擬儀器能借助DSP處理系統(tǒng)，將采集來的數(shù)據(jù)在DSP中進(jìn)行預(yù)處理，然后再將數(shù)據(jù)傳遞給軟件部分，這樣不但沒有增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，而且可以讓系統(tǒng)用更多的時(shí)間來處理其他事情。因此，把DSP技術(shù)有機(jī)地應(yīng)用到虛擬儀器中是虛擬儀器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

　　3 基于LabVIEW 的DSP系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)

　　3.1 LabVIEW DSP模塊

　　LabVIEW DSP模塊是一個(gè)全功能可視化數(shù)字信號(hào)處理器算法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與分析的工具。該模塊與LabVIEW集成，功能強(qiáng)大，可生成專為DSP優(yōu)化的應(yīng)用程序，是DSP開發(fā)的新思路。其特點(diǎn)有如下：

　?。?）將LabVIEW核心性能擴(kuò)展至可直接利用信號(hào)處理函數(shù)和編程組件對(duì)NI SPEEDY-33、TI C6416 DSK、TI C6713 DSK以及TI C6711 DSK進(jìn)行編程，無需單獨(dú)的DSP編譯器，且不必重寫代碼即可在支持的DSP目標(biāo)之間切換，具有多DSP目標(biāo)的代碼移植性。

　?。?）全面支持Express VI功能，具有圖形化和系統(tǒng)級(jí)的選擇對(duì)DSP設(shè)備進(jìn)行編程，具有面向未來設(shè)計(jì)的代碼模塊性和獨(dú)立應(yīng)用開發(fā)能力等。

　　（3）可更快地減少反復(fù)的設(shè)計(jì)周期和總體的開發(fā)時(shí)間，并且在實(shí)時(shí)地對(duì)目前的DSP硬件作出改變的同時(shí)馬上顯示結(jié)果。

　?。?）具有易于訪問DSP目標(biāo)的模擬和數(shù)字I/O線以及滿足實(shí)時(shí)交互需要的交互式GUI，可以建立實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序。

　　同時(shí)，LabVIEW DSP模塊集成了最新的NI LabVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包，可以將使用LabVIEW設(shè)計(jì)的濾波器下載至TI和NI DSP硬件設(shè)備。LabVIEW DSP模塊非常適合通信、自定義控制算法、數(shù)字和最小方均根（LMS）濾波以及音頻處理和分析等領(lǐng)域的應(yīng)用。