李 莉

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京 211188）

數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）是一種用來實現(xiàn)某種數(shù)字信號處理任務(wù)的專用處理器。該型處理器能夠進行模擬信號的高速采樣和模電信號轉(zhuǎn)換，并進行快速時頻處理。DSP在自動控制、信號處理等領(lǐng)域發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。近年來，隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展和市場需求不斷擴大，人們對機器人控制功能、精度和時效性方面的要求也越來越高。在機器人控制系統(tǒng)中大量采樣DSP處理器進行環(huán)境感知和機器人自身工作狀態(tài)控制正在變得越來越普遍。因此，在機器人系統(tǒng)中大量采用DSP處理平臺對各種信號進行高速處理和分析也變得非常迫切。為了提高DSP處理器的工作效率，有必要采用實時操作系統(tǒng)對DSP資源進行有效管理。DSP操作系統(tǒng)有專用和通用兩大類。專用操作系統(tǒng)性能穩(wěn)定，但可移植性差。通用操作可移植性好，但一般都由商業(yè)公司開發(fā)維護，因此使用成本較高[1]。因此，本文設(shè)計了一種基于開源uC/OS II系統(tǒng)的DSP處理器接口驅(qū)動程序，在此基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)DSP的高效管理。

1 uC/OS II系統(tǒng)接口驅(qū)動框架

μC/OS-II是一款開源、實時性好、移植性好的多任務(wù)操作系統(tǒng)。μC/OS-II提供了完善的接口驅(qū)動框架，如圖1所示。

圖1 μC/OS-II接口驅(qū)動框架

其中，上層訪問抽象接口層對設(shè)備訪問操作進行了封裝，為上層應(yīng)用提供了5個訪問接口，分別包括打開設(shè)備、讀和寫設(shè)備、設(shè)備控制和關(guān)閉設(shè)備。設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層通過為硬件設(shè)備分配設(shè)備名，從而確定相應(yīng)設(shè)備的核心管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最終定位到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動模塊。硬件設(shè)備驅(qū)動模塊層負(fù)責(zé)實際訪問硬件設(shè)備，實現(xiàn)了打開設(shè)備、讀和寫設(shè)備、設(shè)備控制和關(guān)閉設(shè)備接口的具體功能。DSP接口驅(qū)動程序的設(shè)計必須遵循μC/OS-II的驅(qū)動程序框架[2-3]。

2 DSP接口驅(qū)動

2.1 DSP接口

DSP處理器的接口取決于處理器的類型，本文選擇為DSP處理器型號為TMS320LF2407A。該型處理器采用SPI接口。SPI是一種同步串行接口，能工作于主動和從動方式[4]。其接口電路示意如圖2所示。

圖2 SPI接口電路示意

2.2 DSP接口驅(qū)動

DSP接口驅(qū)動的基本任務(wù)就是實現(xiàn)對SPI接口的訪問接口，然后基于SPI訪問接口和DSP核心控制器進行交互，完成相應(yīng)的數(shù)字信號處理任務(wù)[5]。其基本思路框架如圖3所示。

圖3 DSP接口驅(qū)動設(shè)計思路示意

DSP接口驅(qū)動的代碼模塊如下。

2.2.1 UDFOpen

該接口負(fù)責(zé)打開DSP設(shè)備，具體包括DSP處理器初始化，存儲空間設(shè)置等。

2.2.2 UDFRead

該接口負(fù)責(zé)讀取DSP設(shè)備中指定存儲空間內(nèi)的數(shù)據(jù)，具體包括DSP存儲器尋址和數(shù)據(jù)讀取。

2.2.3 UDFWrite

該接口負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)寫入DSP設(shè)備中指定存儲空間內(nèi)，具體包括DSP存儲器尋址和寫數(shù)據(jù)。

2.2.4 UDFIoctrl

該接口負(fù)責(zé)控制DSP設(shè)備的運行狀態(tài)，具體包括DSP設(shè)備激活、掛起、可讀寫狀態(tài)控制等。

2.2.5 UDFClose

該接口負(fù)責(zé)控制DSP設(shè)備的關(guān)閉，具體包括DSP設(shè)備注銷流程實現(xiàn)。

3 實驗

為了驗證本文DSP驅(qū)動設(shè)計方法的有效性，將其運行于TMS320LF2407A處理器上，進行汽油機轉(zhuǎn)速信號（電磁感應(yīng)模擬信號）采樣和FFT實驗。并將其結(jié)果和Matlab環(huán)境下的實驗結(jié)果進行比對[6]。

實驗環(huán)境搭建：對編寫的DSP驅(qū)動程序文件dsp.c和dsp.h文件進行編譯，并鏈接到uC/OS II內(nèi)核的鏡像文件中。然后將其燒寫入TMS320LF2407A的固化存儲器中。汽油機轉(zhuǎn)速信號通過車載OBD信號采樣裝置來獲取。本文所用實驗車輛為長安福特2011款?？怂蛊?。圖4所示為某一樣本集合。

圖4 某采樣樣本

對于DSP而言，信號處理速度是非常重要的指標(biāo)[7]。圖5所示的是200次FFT轉(zhuǎn)換實驗的時間（對隨機選取的汽油機轉(zhuǎn)速信號）。

圖5 FFT實驗時間

整個DSP信號處理精度如表1所示。

表1 DSP信號處理精度結(jié)果

由表1可知，本文所提算法的平均正確率達(dá)到了98.4%，取得了較好的結(jié)果。

4 結(jié)語

本文在uC/OS II系統(tǒng)上設(shè)計了一種型號為TMS320 LF2407A的DSP處理器驅(qū)動程序。該程序能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號的采樣和各種數(shù)字計算，實驗結(jié)果表明該驅(qū)動程序具有有效性。

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