基于LabVIEW中DSP目标文件加载的实现

基于LabVIEW中DSP目标文件加载的实现

数据采集卡(DAQ)的存储空间是系统设计的一个重要的硬件资源,对采样速率、实时处理性与系统功能都有很大的影响。在虚拟频谱仪设计中,信号采样数据的存储、DSP分析、处理信号程序,都需要有足够内存空间。由于该仪器信号采集数据量大,DSP所实现的功能多,导致出现存储空间不足。针对上述问题,本文谈谈怎样基于LabVIEW通过CLFN调用DLL加载DSP 目标文件(*.out),从而在一定的程序存储空间情况下来完成基于DSP数据采集卡的虚拟仪器的研制。

LabVIEW中的CLFN
LabVIEW程序由三部分组成：前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入量和观测量,模拟真实仪器的前面板;每一个程序前面板都有相应的框图程序与之对应,框图程序用图形编程语言编写。图标/连接端口可以让用户把VI程序定义为一个子程序,从而实现模块化编程。
调用库函数节点(Call Library Function Node,CLFN)是一个图形化节点,是LabVIEW调用C语言编写的可执行程序代码的一个通用的方法,常用于调用动态连接库(DLL),这种方式特别适合于用户创建实现自己特定功能的DLL。但是对C语言的编译必须通过外部的开发平台环境,在Win9x/NT下可以使用Microsoft Visual C++软件平台。
用CLFN调用DLL来实现DSP 目标文件加载,简要步骤如下：
(1)在LabVIEW程序框图中放置一CLFN节点。对CLFN设置,建立函数原型：unsigned char dspload(CStr coffname)。其中coffname 是被加载的DSP 目标文件名(*.out),unsigned char 是函数dspload返回值error的类型,返回值为0,表明DSP目标文件加载成功,其它值表明加载失败。
(2)在Microsoft Visual C++环境下建立DLL工程,从而生成dspload.dll文件。
在源程序中必须包含头文件：extcode.h和evm6xdll.h。前者是LabVIEW调用外部代码管理函数集的头文件,后者是DSP数据采集卡的DLL的头文件。
(3)设置前面板参数并完成框图程序,将DSP目标文件加载的前面板与相应的框图程序,保存为dspload.vi。执行程序dspload.vi前,输入目标文件名(*.out)。

DSP数据采集卡
所用的数据采集卡是美国TI公司的TMS320C6701 DSP数据采集卡,方框图如图1所示。
DSP数据采集卡的特点有：
PCI总线接口,支持即插即用;通过HPI(Host Port Interface)访问DSP内存;16-bit音频编解码器,支持5.5kHz～48kHz采样率;三种DSP boot 模式：无自举模式,HPI 自举模式,ROM 自举 模式;256kB同步突发静态RAM (SBSRAM);8MB同步动态RAM (SDRAM)。
TMS320C6701是浮点型DSP,片内有8个并行的处理单元,分为相同的两组。8个独立的功能单元采用加载/存储(load/store)体系结构,数据在多处理单元之间的传输依靠32个32bit通用寄存器。
DSP的体系结构采用甚长指令字(VLIW)结构,8个指令组成一个指令包,总字长为256 bit。芯片内部设置了专门的指令分配模块,可以将每个256bit的指令包同时分配到8个处理单元,并由8个单元同时运行。芯片最大处理能力可以达到2400MIPs。
C6701的存储器寻址空间为32bit,片内RAM被分为内部程序/Cache存储器和内部数据/Cache存储器。当片内的RAM容量不满足系统的程序/数据空间要求时,可利用外存储器接口(External Memory Interface,EMIF)在片外进行存储器扩展。EMIF整个外部空间最大容量为64MB,分为4个空间CE0~CE3。
HPI(Host-Port Interface)是一个16bit 的并行接口,外部主机可以通过HPI直接访问CPU的存储空间。外部的主机是该接口的主控者。
HPI存取的接口由一套寄存器来实现。HPI控制寄存器HPIC(HPI Control Register)完成对接口的设置,主机和CPU都可以访问HPIC;外部主机进一步通过主机地址寄存器HPIA(Host Address Register)和主机数据寄存器HPID(Host Data Register)来完成对CPU存储空间的访问。主机对这些寄存器的访问是通过外部的控制信号实现的。
HPI到CPU的存储空间的连接由DMA控制器完成。在C6701中有专门的DMA辅助通道完成数据传输任务。

软件设计
在DSP数据采集卡与LabVIEW 的接口应用中主要利用CLFN来实现此功能：PC机通过HPI接口把文件名为*.out可执行文件装载到DSP程序存储空间,之后DSP执行该文件。
DSP boot模式设置为HPI 自举。HPI自举工作原理如下：在自举时,核心CPU停留在复位状态,硬件其余部分均保持正常状态。在这期间,外部主机通过HPI初始化CPU的存储空间。主机完成所有的初始化工作后,将HPI控制存储器中的DSPINT设置为1,结束自举过程。此时CPU退出复位状态,开始执行地址0处的指令。HPI自举过程中,主机可以对DSPs所有的存储空间进行读和写。
在软件设计中,打开数据采集卡,以获取采集卡的句柄;复位DAQ卡之后,设置HPI自举模式,使DSP处于复位状态;这时如果DSP与HPI建立了连接,并且DMA辅助通道的优先级比DSP高,通过调用函数evm6x_coff_load把coffname所指定的目标文件加载到DSP内存中。一旦DSP不处于复位状态时,DSP就开始执行被加载的文件。

结语
通过CLFN调用DLL加载DSP目标文件从而节省数据采集卡的内存空间的方法已经应用到吉林大学-TI DSPs实验室的虚拟频谱分析仪中。由于DSP加载程序是C语言程序,因此可移植性好。另外,可看出通过调用库函数节点CLFN,将C语言同LabVIEW中编程直观方便的图形化G语言结合起来,以加快程序运行速度,提高软件性能,并方便程序模块共享,节省编程时间。■

参考文献：
1. TMS320C6201/6701 Evaluation Module Technical Reference, Texas Instruments, 1998.
2. 任丽香,马淑芬,李方慧,TMS320C6000系列DSPs的原理与应用,北京：电子工业出版社,2000.
3. 张雄伟,曹铁勇,DSP芯片的原理与开发应用(第2版),北京：电子工业出版社,2001.
4. Using External Code in LabVIEW, National Instruments, 2000.
5. 袁渊,古军,虚拟仪器基础教程,电子科技大学出版社,2000.

图1 TMS320C6701 DSP数据采集卡方框图