Question

使用DSP器件设计DSP系统时，一个重要步骤就是软件的开发调试。影响DSP系统软件设计开发的因素比较多，软件的设计既要考虑DSP硬件系统的结构、DSP器件基本功能，又要考虑应用系统的特殊要求。软件的设计开发必须以应用系统要求为目标，以DSP硬件系统为基础进行开发。

DSP应用系统与单片机应用系统是相同的，都是以CPU为核心的应用系统，也可以说，DSP应用系统是一个比较特殊的计算机系统。

一．带有CPU的系统开发的基本概念

随着电子技术和数字处理技术的发展，CPU已经成为现代数字系统的核心。在数字信号处理系统中，DSP器件是全系统的核心，不仅包括CPU，还包括一些重要的系统电路，例如串行和并行通信接口、存储器接口、外部设备管理接口等。所有数字信号处理系统的电路，全部都在DSP器件控制下进行工作。因此，DSP应用目标系统的开发，实际上就是通过开发系统控制DSP的CPU，来检验所设计的系统能否正常工作。

1．开发系统的CPU也是应用目标系统的CPU

在数字系统中，处于系统核心的CPU是系统控制器，系统中所有电路都是在CPU的控制下工作的。对于处在开发阶段的DSP应用系统，作为一个目标系统，其开发工作的主要内容，就是在开发设备的控制下完成目标系统CPU的功能。因此，开发系统的CPU就是系统的CPU。开发系统的CPU必须同时具有两个功能，一个是完成目标系统CPU的任务（实现对目标系统的控制），另一个是完成对开发系统自身的控制。也就是说，既是目标系统的CPU，也是监控系统的CPU。

2．仿真器的操作系统

所谓仿真器的操作系统，是指仿真开发系统的监控程序。对于一个CPU目标系统的开发工具来说，必须能完成对目标系统软件运行的控制。所以仿真开发系统的操作系统具有如下几个功能：

••提供PC机开发平台与目标系统之间的链接，完成开发平台发出的各种控制命令，例如，断点操作、全速执行用户程序、修改寄存器或存储器内容、控制目标系统处理器外设电路等。

•对用户目标程序的执行实行运行控制，例如，单步执行、全速执行用户程序、断点跳出。在用户程序执行时，监控系统在仿真开发系统的硬件支持下，对用户程序进行监控。所谓监控，就是根据调试人员发出的调试命令，对用户程序进行监视和控制。

实现对用户系统的监控有两种方法。一种方法是通过硬件电路替代处理器的部分功能，实现对用户程序执行的监视与控制。这种方法需要比较复杂的硬件系统，但系统工作速度比较快，调试中的数据能及时发送给PC机。另一种方法是采用分时操作的方法，用户目标程序与监控程序分时操作。这种方法需要的硬件支持比较简单，但执行时间比较长，同时还要求目标系统DSP器件必须支持这种开发系统（这就是所谓的片内仿真系统）。

二．DSP应用系统对开发环境的基本要求

从数字系统的理论和技术上看，DSP应用系统属于复杂数字系统，其复杂性主要表现在DSP器件的处理器结构和DSP系统的工作特征上。

1．DSP应用系统的基本结构

DSP系统的处理器采用哈佛结构，使用了以乘、加器为主和并行总线的CPU结构，处理器处于一种并行工作的状态下（例如对数据同时进行读／写）。对于DSP应用系统来说，需要实现的处理功能也比较复杂，需要实现相应的数字处理程序。因此，DSP应用系统的基本结构一般比较复杂。

2．DSP应用目标系统的开发特征

从目标系统上看，DSP应用系统一般需要比较高的实时性，例如语音处理系统、Internet网络中的压缩与解压缩、动态图像的识别、高速电机的控制等。因此，DSP应用目标系统一般都具有如下的开发特征：

•需要考虑单步和全速执行用户程序的区别，要保证单步执行的结果与全速执行的结果完全相同。单步执行用户程序时，往往会把硬件电路和软件处理的时间问题隐藏起来，所以，一些对外部电路要求高或实时性强的DSP目标系统，会出现单步执行能够实现的用户功能，而全速执行时就会出现一些问题。

•目标系统以高速数字接口电路为主。由于这些高速数字电路在工艺和系统链接方式上与DSP有所不同，再加上分布参数的影响，所以，会成为限制DSP行为特性的主要因素。这种硬件上的特点，会形成开发系统的“不完全硬件仿真特性”。所谓不完全硬件仿真特性，是指在高速和低速运行下硬件电路具有不同的响应，从而使仿真系统在低速仿真时无法观察到硬件系统的高速运行特征。

3．DSP应用目标系统对开发环境的要求

从DSP应用目标系统的开发特征可以看出，DSP应用目标系统对开发环境有一些基本要求，这些要求也是用户在使用DSP器件设计应用系统和对其进行开发时需要注意的问题：

•必须具有全速执行的能力。所谓全速执行，就是要求仿真开发系统能达到目标系统独立运行的效果。只有全速运行通过的目标系统，才具有比较高的调试通过率，也就是当目标系统独立工作时能够具有与仿真开发期间基本相同的运行效果。对于高速DSP系统来说，正确的全速执行是目标系统开发成功的重要标志。

•能控制软件的执行。所谓能控制软件的执行，就是控制用户目标系统软件的执行过程，可以单步执行用户软件中的指令，可以指定用户程序起始执行和终止执行的地址，能够观察和调整处理器中寄存器的内容，能够观察和调整存储器的内容，能够设置I／O口等等。

•能够在软件运行时对其进行监视。监视用户软件的执行过程是仿真开发系统的重要特性。一个良好的仿真开发系统，不仅能保证开发过程中用户程序的执行与目标系统独立运行时相同，还必须保证用户程序的执行一直处于仿真开发系统的监视之下，这样才能实现对目标系统的调试以及对处理器／CPU的应用开发。

三．DSP仿真开发系统的基本结构

DSP仿真开发系统一般包括主机（PC机或工作站）、仿真器以及开发系统软件平台。

1．仿真开发系统的基本组成

主机的任务是运行开发系统软件平台，提供开发系统的人机交互接口，提供必要的软件资源和程序编制工具，提供仿真开发控制软件工具等。

仿真器实际上也是一个DSP系统，由相应型号的DSP器件和一些通信接口电路和I／O口控制电路组成。仿真器有两个信号链接电缆，一个是与PC机链接的通信电路，这样就可以在PC机控制下执行仿真开发命令和用户程序；另一个是与目标系统链接的目标链接线，通过目标链接线将自带JTAG链接器的DSP芯片提供到仿真器的接口　DSP器件的管脚全部引到目标系统的DSP器件对应的管脚上，使得仿真器的硬件资源对目标系统开放。

开发软件平台则提供一个完整的系统DSP开发支持软件环境，通过软件的操作实行DSP系统的开发调试。

2．DSP仿真器的一般结构

DSP仿真器一般具有并行和串行两种结构：

•并行结构是指仿真开发系统监控程序与目标系统软件并行运行，这样可以保证仿真器上的处理器的硬件和软件资源全部向目标系统开放，并能使仿真开发过程中用户软件的执行条件与目标系统独立运行时的执行条件完全相同。DSP嵌入式系统的开发，必须使用并行结构才能保证系统开发结果的正确。

•串行结构中仿真系统的处理器也是用户目标系统的处理器，所以，仿真监控系统的软件和处理器的硬件资源，与目标系统在时间上分开运行，系统硬件资源也是分时使用。由于串行运行需要仿真开发系统也能监视用户程序的执行，所以仿真开发系统往往会占用一部分处理器的系统硬件和软件资源。为保证开发正确，就必须实行资源的确开放，所以，串行结构的开发系统一般开发速度比较低。