Tài liệu Cài đặt và sử dụng ccs4

2013 CCS4 DSP Workshop Training Guide Document for student Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Xử lý số tín hiệu trên phiên bản CCS mới 4.x của Texas Instruments. Tài liệu dành cho sinh viên chuyên nghành điện tử ,ĐH Công Nghiệp TP HCM. Draft version Hoang Nguyen, Electronic Faculty Industrial University of Ho Chi Minh City 12/1/2013 CCS4 DSP Workshop DSK6416 Labs workshop with CCS4 Contents 1 2 3 Giới thiệu về DSP Development Kit ......................................................................................... 2 1.1 Giới thiệu ....................................................................................................................... 2 1.2 DSK TMS320C6713 và TMS320C6416 .............................................................................. 3 1.3 Code Composer Studio ................................................................................................... 5 Cài đặt môi trường thí nghiệm cho Kít DSP DSK6416 .............................................................. 6 2.1 Cài đặt CCS4 IDE ............................................................................................................. 8 2.2 Cài đặt thư viện và môi trường phát triển code cho DSK6416 ....................................... 10 Các bài thí nghiệm DSP trên kit DSK6416 .............................................................................. 11 3.1 Lab 1 – Làm quen với CCS4 ........................................................................................... 11 3.2 Lab 2 – Thuật toán tạo sóng sin trên DSP ...................................................................... 30 3.3 Lab 3 - Giao tiếp AIC23 – Xử lý tín hiệu âm thanh trên Kit DSK6416 ............................... 36 3.4 Lab 4 - Thiết kế bộ lọc FIR trên DSK6416 ....................................................................... 42 3.5 Lab 5 - Thiết kế bộ lọc IIR trên DSK6416 ........................................................................ 53 3.6 Lab 6 - Thuật toán biến đổi Fourier FFT (Optional) ........................................................ 61 Reference ................................................................................................................................ 68 Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 1 CCS4 DSP Workshop 1 Giới thiệu về DSP Development Kit 1.1 Giới thiệu Bộ TMS320C6416 và TMS320C6713 Digital Signal Processing Starter Kit (DSK) của Texas Instrument là nền tảng phát triển giá thành thấp cho các ứng dụng xử lý tín hiệu số thời gian thực. Mỗi bộ bao gồm một mạch phát triển với bộ xử lý tín hiệu số dạng số thực dấu chấm động TMS320C6713 hoặc bộ xử lý tín hiệu số dạng số thực dấu chấm tĩnh TMS320C6416 , một bộ Audio Codec TLV320AIC23 và một Emulator kết nối tới PC qua cổng USB. Phần mềm chạy trên máy tính là Code Composer Studio (CCS) được cung cấp bởi TI để hỗ trợ viết các chương trình C hay ngôn ngữ assembly và được biên dịch, dowload , chạy trên kit DSK. Bộ xử lý tín hiệu số (DSP) là một dạng vi xử lý chuyên dụng. Nó có cấu trúc và tập lệnh của DSP được tối ưu hóa cho quá trình xử lý tín hiệu số thời gian thực. Kit DSK6416 sử dụng dòng DSP họ TMS320C6000 (C6x). Cấu trúc của bộ xứ lý tín hiệu số C6x rất thích hợp trong các tính toán mở rộng. Dựa trên kiến trúc tập lênh cực dài (VLIW), C6x được xem là một trong những họ vi xử lý mạnh mẽ nhất của TI. Bộ xử lý tín hiệu số được sử dụng tương đối rộng rãi, từ communication và điều khiển đến xử lý giọng nói và hình ảnh... Chúng ta có thể thấy chúng trong các thiết bị điện thoại di động, máy fax/modem, đĩa cứng, radio, máy in, tai nghe, máy chơi nhạc mp3, HDTV, máy ảnh kỹ thuật số…đặc biệt DSPs được sử dụng phổ biến trong điều khiển động cơ và các ứng dụng trong nghành công nghiệp ô tô và các ứng dụng công nghiệp. Nhìn chung, DSPs được quan tầm chủ yếu khi chúng ta cần xử lý tín hiệu thời gian thực. Xử lý thời gian thực có nghĩa là quá trình phải theo kịp với các sự kiện xảy ra ngoài. Hình 1.1 : Các ứng dụng của DSP Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 2 CCS4 DSP Workshop 1.2 DSK TMS320C6713 và TMS320C6416  DSK TMS320C6713 Hình 1.2 : Kit C6713 DSK Thông số chính : • A Texas Instruments TMS320C6713 DSP operating at 225 MHz. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 3 CCS4 DSP Workshop • An AIC23 stereo codec • 16 Mbytes of synchronous DRAM • 512 Kbytes of non-volatile Flash memory (256 Kbytes usable in default configuration) • 4 user accessible LEDs and DIP switches • Software board configuration through registers implemented in CPLD • Configurable boot options • Standard expansion connectors for daughter card use • JTAG emulation through on-board JTAG emulator with USB host interface or external emulator • Single voltage power supply (+5V)  DSK TMS320C6416 Hình 1.3 : Kit 6416 DSK Thông số board C6416 DSK : • A Texas Instruments TMS320C6416T DSP operating at 1 Gigahertz. • An AIC23 stereo codec • 16 Mbytes of synchronous DRAM • 512 Kbytes of non-volatile Flash memory • 4 user accessible LEDs and DIP switches • Software board configuration through registers implemented in CPLD • Configured boot options and clock input selection • Standard expansion connectors for daughter card use • JTAG emulation through on-board JTAG emulator with USB host interface or external emulator • Single voltage power supply (+5V) Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 4 CCS4 DSP Workshop 1.3 Code Composer Studio CCS cung cấp một môi trường phát triển tích hợp (IDE) dựa trên ngôn ngữ C cho các ứng dụng xử lý thời gian thực. Nó còn tích hợp cả một trình dịch C , assembler và liker , phiên bản CCS4 cũng hỗ trợ các emulator cho phép phát triển nhanh các ứng dụng DSP trên nhiều nền tảng khác nhau. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ khả năng hiển thị đồ họa và hỗ trợ gỡ lỗi thời gian thực. Hình 1.4 CCS phiển bản mới nhất V5.x Một project trên CCS sẽ bao gồm tất cả các file cần thiết, để tạo ra file thực thi .out . CCS cho phép chúng ta tùy chỉnh các option, các define như rất nhiều các công cụ IDE thông dụng khác, Bản CCS3.x thì chỉ tương thích với hệ điều hành Win XP trở về trước. Trong khi các phiên bản mới hơn như CCS4.x hay CCS5.x hỗ trợ Windows 7 và Win Vista cả 32 và 64-bit. Các phiên bản CCS4.x trở lên sử dụng nền tảng java và có giao diện đổi mới và phức tạp hơn bản CCS 3. Bù lại, chúng tích hợp hầu hết các dòng MCU, DSP và OMAP của TI vào một công cụ phát triển duy nhất. Trong phạm vi tài liệu thí nghiệm này, chúng ta sẽ sử dụng phiên bản CCS 4.x và nền tảng phần cứng là DSK6416. Tuy vậy , Nếu chúng ta phát triển các ứng dụng này trên DSK6713, thì cũng không có sự khác biệt nhiều lắm về mặt thuật toán, ngoại trừ việc hiệu suất thực thi của chúng có thể khác nhau do C6416 có kiến trúc số thực dấu chấm tĩnh, so với C6713 với kiến trúc số thực dấu chấm động. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 5 CCS4 DSP Workshop 2 Cài đặt môi trường thí nghiệm cho Kít DSP DSK6416 Trong đĩa CD đi kèm theo kit có phiên bản CCS3.1 . Tuy nhiên, hiện CCS3.x chỉ chạy trên hệ điều hành Win XP mà không hỗ trợ Win 7 hoặc Vista. Do đó, trong tài liệu này, chúng ta sẽ sử dụng bản 4.x mới hơn, có hỗ trợ Windows 7 và Vista. Bộ kit phát triển DSK6416 và DSK6713 của Texas Instruments . Môi trường phát triển cần yêu cầu tối thiểu :      CPU Tối thiểu Pentum 4 1.8Ghz trở lên Window XP , Win 7 hoặc Vista CCS phiên bản 4.x đi kèm theo tài liệu. Cài đặt Matlab phiên bản 2006 trở lên. Kit TMS320C6416 hoặc TMS6713 Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 6 CCS4 DSP Workshop Trong phần này, chúng ta sẽ cài đặt chương trình CCS 4.x. Sau đó, chúng ta sẽ phải thực hiện một số thao tác cài đặt và setup môi trường phát triển DSP trên CCS4.x của Texas Instruments. Phần tiếp theo chúng ta sẽ thực hiện các bài thí nghiệm về các thuật toán xử lý tín hiệu số, bộ lọc số … Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 7 CCS4 DSP Workshop 2.1 Cài đặt CCS4 IDE Click vào chương trình cài đặt để cài đặt CCS4. Hình 2.1 : Cài đặt CCS4 Sau đó ta chọn Next, giao diện sẽ hiện ra như sau : Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 8 CCS4 DSP Workshop Hình 2.2 : Click custom, để bỏ các phần không cần thiết Bước tiếp theo ta chọn dòng chip C54x, C55x, C6000 DSP, còn lại đều bỏ chọn, nhấn next qua mục Select Components. Trong mục này ta chọn tất cả. Hình 2.3 : Chọn các dòng chip và components cần thiết. Sau đó chọn next để tiến hành cài đặt. Chú ý, trong quá trình cài đặt, CCS4 sẽ tự cài đặt Driver cho bộ emulator. Do đó, chúng ta phải xác nhận yes cho một số hộp thoại trong quá trình cài đặt. Nếu trong quá trình cài không xảy ra lỗi gì, thì CCS4 setup sẽ hiện ra bảng thông báo hoàn tất như sau : Hình 2.4 : Cài đặt hoàn tất, nhấn Finish để kết thúc. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 9 CCS4 DSP Workshop 2.2 Cài đặt thư viện và môi trường phát triển code cho DSK6416 Sau khi đã cài đặt song CCS, ta tiến hành cài đặt thư viện và môi trường phát triển cho CCS. Đầu tiên, ta copy ba thư mục : BIOS, CSL, DSK6416 vào thư mục cài đặt CCS4 Hình 2.5 : Cài đặt hoàn tất, nhấn Finish để kết thúc. Tùy vào hệ điều hành , và tùy vào thư mục ta chọn lúc cài đặt, thì thư mục cài sẽ khác nhau. Hình sau ví dụ cho hệ điều hành win 7, cài đặt ở thư mục mặc định Hình 2.6 : Cài đặt hoàn tất, nhấn Finish để kết thúc. Trong thư mục chính, ta còn có hai file : c6416dskinit.c và c6416dskinit.h , Hai file này là hai file cấu hình các thiết lập cơ bản dành cho Kit DSK, hai file này sẽ được dùng khi ta tạo project mới. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 10 CCS4 DSP Workshop 3 Các bài thí nghiệm DSP trên kit DSK6416 3.1 Lab 1 – Làm quen với CCS4 Trong bài Lab này, chúng ta sẽ  Được làm quen với môi trường phát triển CCS4.  Học cách tạo một project mới, import một project đã tồn tại,  Biên dịch một chương trình và debug trên phần cứng DSK6416… Tạo Project mới với CCS4 Đầu tiên khởi động CCS4 bằng cách click vào biểu tượng CCS4 desktop, hoặc trong Programs. trên Hình L-1.1 : Cài đặt hoàn tất, nhấn Finish để kết thúc. Sau đó là màn hình hiển thị yêu cầu chọn Workspace, là không gian làm việc của CCS4. Ta có thể chọn mặc định tại ổ đĩa C. Chú ý, Địa chỉ thư mục workspace không nhất thiết phải là thư mục chứa các projects của ta sau này. Do đó, ta có thể chọn mặc định địa chỉ này , và sau này khi tạo project ta sẽ chỉ định cho chúng ở thư mục khác nếu muốn. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 11 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.2 : Chọn OK để cài mặc định, hoặc nhấn browse để chọn thư mục khác Bước tiếp theo sẽ là phần cài đặt bản quyền cho CCS4. Bởi vì chúng ta không có license chính thức, do đó ta sẽ chọn bản Evaluate 30 days. Chúng ta cũng có thể tạo tài khoản TI trên website www.ti.com để đăng ký một license free để sử dụng. Hình L-1.3 : Chọn Evaluate 30 days Sau đó vào Menu File -> New-> CCS Project như hình sau : Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 12 CCS4 DSP Workshop Hình L1.4 : Chọn Evaluate 30 days Tại hộp thoại, ta đặt tên cho project và chọn nơi lưu trữ cho project. Nếu chọn Use default location, CCS4 sẽ lưu vào thư mục của workspace. Hình L-1.5 : Chọn Evaluate 30 days Chọn dòng DSP sử dung, cụ thể ở đây là C6000 family. Sau đó click Next Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 13 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.6 : Chọn dòng chip DSP Family cho project Và tiếp tục chọn Next Hình L-1.7 : Additional Project Setting Thiết lập như trong hình L-1.8 và Finish . Nếu muốn chọn các example có sẵn, thì chọn Next rồi chọn các example như hình L-1.9 Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 14 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.8 : Chọn các option cho C6416 Hình L-1.9 : Chọn các example có sẵn trong CCS4 Sau đó, ta đã có một project trắng như hình L-1.10, nếu CCS4 không hiện ra như vậy, chúng ta click vào View -> C/C++ project Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 15 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.10 : New Project with CCS4 Bước tiếp theo là thiết lập môi trường phát triển cho project. Click phải vào project helloworld > Properties như hình L-1.11. Hình L-1.11 : Project Properties Chọn C/C++ Build > Include Options > Thêm ba đường dẫn tới thư mục DSK6416, CSL và BIOS mà chúng ta đã copy ở phần trước. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 16 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.12 : C/C++ Include Options Tại mục Predefined Symbols, chúng ta sẽ định nghĩa tên chip sử dụng là CHIP_6416 Hình L-1.13 : C/C++ Include Options Tại mục File Search Path chúng ta thêm các thư viện và đường dẫn chứa các thư viện đó . Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 17 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.14 : C/C++ Include Options Trong phần C6000 Linker > Basic Option , Thêm Stack Size và Heap Size là 0x400 như hình L-1.15. Và khai báo Data model là kiểu far trong mục C6000 Compiler > Runtime Model Options > Data Access Model như hình L-1.16. Hình L-1.15 : Khai báo Stack Size và Heap Size Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 18 CCS4 DSP Workshop Hình L-1.16 : Khai báo Stack Size và Heap Size Bước tiếp theo là viết một chương trình C helloworld. Click phải vào project helloworld > New > Source File như hình L-1.17. Hình L-1.17 : New Project with CCS4 Chọn thư mục lưu file cùng với thu mục chứa project. Đặt tên file là Helloworld.c . Nhấn Finish để kết thúc. Nguyễn Thế Hòang, Bộ môn Viễn Thông, ĐH CN TP HCM Page 19