Blonstein S., Katorgi M. EXpressDSP для чайников

Подождите немного. Документ загружается.

Разумеется, вся эта гибкость оборачивается увеличением размеров. Шаблон

приложений 5 занимает около 28 килослов памяти. Но так же, как и для разработ-

чика особняка, это увеличение размера приемлемо для получения той гибкости,

которой обладает данный шаблон приложений.

Гибкий шаблон приложений – RF3

К счастью, есть и промежуточное решение между коттеджем с одной

спальной комнатой и дворцом-особняком. В случае шаблонов приложений - это

гибкий шаблон приложений RF3.

RF3 является хорошим компромиссом между шаблонами приложений дру-

гих двух уровней – RF1 и RF5. RF3 предназначен для большого количества сис-

тем, от простых до средней сложности. TI рекомендует применять RF3 для систем

числом каналов выполнения от 1 до 10 и числом алгоритмов также от 1 до 10.

Это не обязательные границы, а лишь рекомендуемые.

RF3 подразумевает статическую конфигурацию, но также позволяет приме-

нять динамическое управление памятью. Этот шаблон приложений построен на

основе принципа организации потоков через программные прерывания

(DSP/BIOS SWI, SoftWare Interrupt). Как объяснялось в главе 2, программные пре-

рывания разрешают использование

приоритетов потоков, но не блокируют задачи

(TSK’и). Это означает, что программное прерывание с наивысшим приоритетом

будет всегда обрабатываться полностью, прежде чем следующее программное

прерывание, с более низким приоритетом, может быть запущено. В результате

важным свойством этой системы является экономия используемой памяти из-за

уменьшенного использования стека и применения более маленьких

, более легко

организуемых объектов.

RF3, как и RF5, поддерживает ускоренное выполнение команд и также

обеспечивает специализированный поток для внешнего интерфейса/управления.

Эта дополнительная гибкость по сравнению с RF1 достигается небольшим увели-

чением размеров. RF3 занимает около 11 килослов на процессоре семейства

TMS320C54x.

Примером приложения, для которого необходим одновременно минималь-

ный размер и структурированный шаблон приложения,

является цифровой слухо-

вой аппарат, показанный на рисунке 4-1. Пользователю надо, чтобы батареек хва-

тало на десятки часов, и готовое приложение, включая необходимые алгоритмы

обработки звука, полностью помещалось во внутренней памяти дешевого DSP.

Отказ от использования внешней памяти приводит к уменьшению физических

размеров и снижению энергопотребления и стоимости до минимума. RF1 являет-

ся идеальным

решениям для этой задачи.

Блок питания

Кварцевый

генератор

512К х 16-бит

флэш-память

TMS320C5401

eXpressDSP

совместимые

алгоритмы

спектральное

адаптивное

снижение шума

Цифровой слухо-

вой аппарат

Стерео

кодек

Понижаю-

щий DC-DC

регулятор

Повыщаю-

щий DC-DC

регулятор

Стерео

усилитель

Микрофон

Рисунок 4-1. Слуховой аппарат с использованием RF1

В Части II данной книги показано, как создать реально работающее устрой-

ство для записи/воспроизведения звука, взяв за основу гибкий шаблон приложе-

ний RF3. Преимущества шаблонов приложений станет вам понятным, когда Вы

увидите, как мало времени надо, чтобы создать и запустить вашу программу, как

легко вносить изменения и как легко подключать и

отключать различные версии

ключевых алгоритмов. Только реально создавая приложение, Вы сможете увидеть

все плюсы хорошо структурированного, устойчивого, предварительного написан-

ного программного обеспечения для DSP семейства TMS320.

Часть II

Создание реального

приложения

“Да, он беспроводной. Да, он весит меньше

фунта. Ну да, он поддерживает и многопользова-

тельский режим… Но ведь это стэплер.”

Пятая волна

В этой части…

Да, наступило время закатать рукава и заняться созда-

нием своего приложение.

Вас когда-нибудь интересовало, как работают эти циф-

ровые музыкальные плееры? В этой части мы покажем

вам пример настройки недорогой отладочной платы и

затем, собственно, разработки программы, которая ра-

ботает в записывающем/воспроизводящем устройстве.

По завершении этой работы Вы

будете иметь музыку,

струящуюся сквозь ваше приложение.

Глава 5

Введение в стартовый набор DSP.

Руководство по разработке прило-

жений

В этой главе

• Обеспечение обработки звука в реальном режиме времени

• Понимание основ обработки сигналов

• Преодоление синдрома чистого листа

• Создание вашего приложения на основе синьки

Мы надеемся, что после прочтения первой части, Вам стало интересно про-

верить то, о чем мы говорили. Что может быть лучшим способом проверки, как не

создание простого приложения для DSP, на основе которого можно убедиться,

насколько это легко?

В этой главе мы познакомим вас со стартовым набором DSP (DSK). Старто-

вый набор DSP включает

программное и аппаратное обеспечение для быстрого и

легкого создания специализированных приложений для DSP по вашим требова-

ниям.

Начинаем работать над проектом устройства для

воспроизведения/записи аудио

Для демонстрации работы стартового набора мы написали руководство, ко-

торое проведет вас по пути создания простого устройства для воспроизведе-

ния/записи звука с использованием стартового набора в качестве аппаратной час-

ти. Звуковое устройство для воспроизведения/записи звука – хорошая модель для

демонстрации работы приложений DSP, потому что при простоте создания эта

модель требует

использования основных возможностей DSP.

Функции воспроизведения и записи требуют применения алгоритма сжа-

тия/декомпрессии данных, чтобы звуковой сигнал не занимал слишком много па-

мяти DSP. В системе также необходима функция «сквозного» воспроизведения

(play through), то есть система должна уметь получать аудио сигнал в реальном

времени и почти сразу выводить его на громкоговоритель, даже когда происходит

процесс записи. Как-никак, получение данных и вывод их из системы является

основной функцией систем на DSP.

На рисунке 5-1 показана функциональная схема

устройства для воспроизве-

дения/записи звука.

Рисунок 5-1. Система воспроизведения/записи звука

Рассмотрение системных требований

Прежде чем углубляться в этапы разработки устройства для воспроизведе-

ния/записи звука в главах 6 и 7, давайте уделим несколько минут обсуждению

системных требований данной системы.

Ввод и вывод (I/O)

Очевидным требованием является способность получать данные и выводить

их. Этот процесс осуществляется драйвером устройства, который инициализирует

и управляет работой звукового кодека на стартовом наборе DSP и

периферийными устройствами, подключенными к DSP (I/O Чтение/Запись).

Драйверы устройств есть везде, где «колеса встречаются с дорогой» в сис-

темах DSP, или, по крайней мере, где программное обеспечение встречается

с ап-

паратным. Драйверы устройств позволяют разработчикам систем создавать при-

ложения, которые не зависят от «железа», на котором будет выполняться прило-

жение. Эта особенность позволяет разработчикам быстро переносить приложения

с одной аппаратной платформы на другую.

Обработка

Что Вы будете делать со звуковым сигналом, после того, как он, сигнал, по-

лучен? В устройстве для воспроизведения/записи звука с функцией «сквозного»

воспроизведения Вам нужны две важные функции:

• Собственно «Сквозное» воспроизведение. Для этого режима приложе-

нию потребуется, чтобы был алгоритм, который скопирует данные, по-

ступившие во входные буферы, на выход так, чтобы звук, зафиксиро-

ванный на входе, мог быть отправлен на выход для воспроизведения че-

рез громкоговоритель.

• Запись и воспроизведение. Для этого режима приложению необходимо,

чтобы алгоритмы

сжимали (компрессировали) и сохраняли звук (запись)

и распаковывали (декомпрессовали) звук (воспроизведение). Здесь будет

использоваться простой модуль хранения для сохранения кодированных

данных и извлечения декодированных данных из памяти DSP.

Пользовательское управление

Необходимо, чтобы система предоставляла пользователю возможность вы-

бора режима работы: «сквозное» воспроизведение или воспроизведение/запись.

Преодоление ужасающего чистого листа

Ну вот, теперь, когда Вы представляете, что Вам необходимо, Вы уже почти

готовы к началу проектирования.

Если бы Вы открыли Code Composer Studio, интегрированную систему раз-

работки TI, и создали бы новый проект, Вы бы, вероятно, увидели что-то наподо-

бие того, что показано на рисунке 5-2.

Рисунок 5-2. Синдром ужасающего чистого листа

Кто хочет начинать таким образом? Какому художнику нравится присталь-

но смотреть на пустой холст? Какому писателю нравится состояние, когда в голо-

ву ничего не приходит, а надо писать? Кто сказал, что разработка систем на DSP

чем-то отличается? Разве сидеть и писать программу не такой же творческий про-

цесс, как написание

стихов? Ни в коем случае!

И хорошей новостью является то, что Вам не придется начинать таким спо-

собом.

Спокойное начало работы с шаблонами приложений

В мире строительства синьки позволяют строить дома одного и того же ти-

па снова и снова. Они также предоставляют хорошую основу для начала строи-

тельства подобного дома, с некоторыми модификациями.

А что, если бы у вас были такие же заранее созданные «синьки» для про-

грамм, и которые Вы бы могли

применять в качестве основы вашего приложения?

Синьки, которые:

• Делают что-нибудь полезное.

• Легко приспосабливаются и изменяются для удовлетворения ваших

требований.

• Определяют модули, которые могут быть повторно использованы.

• Включают документацию и комментарии.

• Написаны на переносимом языке высокого уровня.

• Имеют хорошо организованную структуру файлов.

• Используют вместе

различные инструменты разработки.

• Не являются чистым листом.

Шаблоны приложений от Texas Instruments являются такими синьками. Они

входят в состав программного обеспечения eXpressDSP и поставляются для об-

легчения начала разработки приложений, использующих DSP/BIOS стандарт ал-

горитмов для DSP TMS320 (также известный как XDAIS).

Шаблоны приложений являются основой ваших приложений. Они гибкие, и

разработаны с мыслью, что кто-

то (как Вы) собирается приспособить эти шабло-

ны для удовлетворения своих специфичных требований.

Вперед с обучающей программой

Для вашего приложения - устройства воспроизведения/записи звука - Вы

будете использовать шаблон приложений третьего уровня (RF3). RF3 позволяет

проектировщикам создавать приложения, использующие многочисленные каналы

и алгоритмы, но в то же время с минимизацией размеров используемой памяти за

счет применения только статической конфигурации (см. часть I для более под-

робного объяснения).

Главной целью разработки RF3 была легкость

применения. RF3, раз-

работан так, чтобы новые разработчики программ под DSP могли

создавать компактные продукты с несколькими каналами и алгорит-

мами. RF3 обеспечивает больше гибкости, чем шаблоны приложений

более низкого уровня. Поэтому, RF3 выполняет любой алгоритм

XDAIS просто и эффективно.

Однако RF3 не предназначен для крупномасштабных систем на DSP с де-

сятками алгоритмов и каналов. Напротив, назначение

RF3 – системы средней сте-

пени сложности, в которых благодаря статической конфигурации RF3 удается со-

хранять малый размер занимаемой памяти.

Глава 6

Начинаем работать с шаблонами

приложений

В этой главе

• Настройка вашей платы стартового набора DSP

• Исследование RF3

• Знакомство с исходными текстами шаблона RF3

Наконец настало время заняться реальным делом. Как мы представили в

Части I и обсудили более подробно в главе 5, шаблоны приложений обеспечивают

начало работы с вашим приложением для DSP, и представляют собой синьки, ко-

торые могут быть подстроены под ваши специфичные задачи благодаря хорошей

проработке и подробной документации.

Основной процесс создания приложения с

применением шаблонов прило-

жений eXpressDSP выглядит примерно следующим образом: вначале Вы выби-

раете уровень шаблона приложений, который в наибольшей степени подходит для

вашей системы и будущих потребностей. Затем Вы можете приспосабливать эту

основу и развивать ее добавлением eXpressDSP-совместимых алгоритмов. Так как

общие элементы, такие как управление памятью, драйверы устройств и инкапсу-

ляция каналов, предварительно сконфигурированы в шаблонах приложений eX-

pressDSP, Вы можете сфокусироваться на специфических требованиях вашей сис-

темы и достичь большей суммарной продуктивности. После этого Вы сможете

надстроить над шаблоном общую структуру вашего приложения, будучи уверен-

ными, что глубинные фрагменты являются устойчивыми и соответствуют харак-

вашего целевого приложения. теристикам

Так как шаблон

приложений RF3 обладает хорошим балансом между

быстродействием, легкостью разработки приложения и гибкостью, мы

будем использовать RF3 при описании процесса разработки устройства

воспроизведения/записи звука.

Знакомство с основами шаблона приложений уровня

По умолчанию, приложение на основе RF3, как показано на рисунке 6-1,

преобразует входящий аудио сигнал в цифровые данные с заданной частотой дис-

кретизации. Сигнал разделяется на пары знаковых 16-битных сэмплов (отсчетов),

один для левого и один для правого каналов. (Для стерео кодека сигнал разделя-

ется. Для моно кодека два канала эмулируются путем отправки

в левый и правый

каналы одного и того же сэмпла.) Затем приложение независимо обрабатывает

данные обоих каналов посредством пропускания данных левого канала через

фильтр нижних частот и данных правого канала через фильтр верхних частот. За-

тем для каждого канала отдельно устанавливается уровень громкости. В конце

концов, оба канала объединяют в

один перед отправкой на выход. Громкость ка-

ждого канала может быть установлена во время выполнения приложения.

Рисунок 6-1. Стандартное приложение на основе RF3

Работа этого стандартного приложения является простым примером работы

любого приложения, работающего на основе RF3. Логика приложения может

быть легко модифицирована, в тоже время поток данных остается неизменным.

Установка и запуск приложение на RF3

В этом подразделе описано, как создать новое приложение на основе RF3 и

запустить его «как есть». В последующих подразделах описаны работа приложе-

ния и то, как это приложение можно приспособить для реализации устройства

дения/записи звука. воспроизве

Следующая последовательность действий является общей. Для получе

ния более подробных инструкций по установке программного и аппа

ратного обеспечения обратитесь к документации, которая поставляется

вместе с вашим стартовым набором DSK.

Подготовка аппаратных средств