DSP工程師的經(jīng)驗(yàn)分享

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　　我是已經(jīng)從事DSP開發(fā)有幾年了，看到許多朋友對(duì)DSP的開發(fā)非常感興取，我結(jié)合這幾年對(duì)DSP的開發(fā)寫一寫自己的感受，一家之言，歡迎指教。我上研究生的第一天起根據(jù)老板的安排就開始接觸DSP，那時(shí)DSP開發(fā)在國內(nèi)高校剛剛開始，一臺(tái)DSP開發(fā)器接近一萬還是ISA總線的，我從206開始240、2407A都作過產(chǎn)品，對(duì)5402、2812、5471在產(chǎn)品方案規(guī)劃制定和論證時(shí)也研究過。由于方向所限對(duì)6X、8X系列沒有接觸。

　　我發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)無論在公司或高校許多地方為了加快開發(fā)周期往往把一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)分為硬件和軟件兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分，由不同的人完成。這在具有一定技術(shù)和管理基礎(chǔ)的公司，由總設(shè)計(jì)師統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)，分任務(wù)并行完成的情況下是可行的，也是符合現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)規(guī)律的。但是在高校人員的流動(dòng)很大，研究生的有效科研時(shí)間很短、基礎(chǔ)差(許多研究生起步時(shí)對(duì)電熔、電阻、三極管的分類和選型都很困難，我也是這樣過來的)更不用說系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)了，況且許多老板自己也不太懂，師兄有自己的任務(wù)，他們搞明白時(shí)也畢業(yè)了。在許多高校做DSP就是找一個(gè)算法加到自己的主程序里，在板子上跑一下，基本達(dá)到效果就可以了，至于可靠性是次要的，產(chǎn)業(yè)化無從談起，這已經(jīng)算不錯(cuò)的了。

　　其實(shí)我覺得一個(gè)系統(tǒng)的完成，系統(tǒng)的規(guī)劃是最重要的，在規(guī)劃時(shí)對(duì)硬件設(shè)計(jì)的知識(shí)和認(rèn)識(shí)是決定性的，它可以讓你知道什么是可行的，什么是不可行的，當(dāng)你同時(shí)具有軟件設(shè)計(jì)能力時(shí)，就可以合理的分配系統(tǒng)功能，完成使用VHDL進(jìn)行系統(tǒng)行為描述-—系統(tǒng)功能劃分—— 系統(tǒng)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這樣的自頂向下的設(shè)計(jì)規(guī)劃流程，成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家、項(xiàng)目經(jīng)理，否則只是硬件工程師、軟件工程師。無論作51、196、還是DSP都是這樣。

　　下面分別談?wù)勎覍?duì)硬件和軟件設(shè)計(jì)的感受

　　硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，國內(nèi)和國外產(chǎn)品的差距往往是硬件設(shè)計(jì)水平高低決定的，任何軟件設(shè)計(jì)思想沒有可靠的物理載體都是空中樓閣，紙上談兵。學(xué)校的研究生很多都想避開硬件設(shè)計(jì)，對(duì)于一個(gè)全新的設(shè)計(jì)與其說不屑不如說不敢。試想一下燒幾個(gè)片子的壓力要比跑飛幾段程序的壓力大的多，尤其是功率器件，一旦燒掉，弄不好火光沖天，人的自信都沒了。況且改一次板周期長，經(jīng)費(fèi)高，還不知行不行。其實(shí)在國外實(shí)力一般的公司也是盡量避免硬件的更新設(shè)計(jì)，產(chǎn)品一旦定型往往通過軟件升級(jí)，這是公司的發(fā)展策略，對(duì)個(gè)人而言物以希為貴，培養(yǎng)一個(gè)硬件設(shè)計(jì)師往往要比軟件設(shè)計(jì)師時(shí)間長花費(fèi)多。在設(shè)計(jì)dsp硬件時(shí)，開始設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)板，系統(tǒng)按功能分板設(shè)計(jì)調(diào)試，注意分板電路的穩(wěn)定性可能不如整板電路，要多加入抗干擾環(huán)節(jié)，分板間的引線包括電源線地線要短，盡量在10公分以內(nèi)，實(shí)在不行加入光耦隔離、采用隔離電源。切記電源線、地線的干擾遠(yuǎn)比信號(hào)干擾對(duì)系統(tǒng)的危害大得多，又常常被人忽視。電路板工作正常的先決條件就是電源正常!當(dāng)分板電路正常后再更居情況設(shè)計(jì)整板電路。在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題一定要找到原因解決，即使是飛線，割線，不要寄希望于下一板改了再看，除非原理性錯(cuò)誤。每一個(gè)功能環(huán)節(jié)多準(zhǔn)備幾套方案。DSP的選型要根據(jù)系統(tǒng)功能而定，2000是一個(gè)功能比較全的控制器，但運(yùn)算性能相對(duì)低，但目前大部分控制類、家電類包括中低層次的工業(yè)總線通信產(chǎn)品足夠了，281X不錯(cuò)但太貴，而且開發(fā)技術(shù)不成熟。54XX更像一個(gè)協(xié)處理器，其實(shí)高端產(chǎn)品5471就很好，功能完*，但BGA封裝對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)有一定難度。如果沒有從事過嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的朋友其實(shí)可以從51看起，許多思想是共通的，51很經(jīng)典沒有哪一款微處理器像51那樣使用持久和普遍。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)更多的精力放在外圍電路設(shè)計(jì)上，外圍電路設(shè)計(jì)的靈活性要比DSP本身高得多，難度大得多。建議多考慮CPLD。

　　軟件設(shè)計(jì)上，著眼點(diǎn)不要僅局限于某種算法和控制策略，而是軟件系統(tǒng)框架的制定，即操作系統(tǒng)的選擇和實(shí)現(xiàn)，算法和控制策略只是其中技巧性很強(qiáng)的子程序和子程序間參數(shù)相互關(guān)系，建議設(shè)計(jì)軟件時(shí)能具有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編譯原理方面的知識(shí)，特別是使用C。對(duì)DSP的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)一定要掌握，特別是中斷結(jié)構(gòu)和流程、流水線操作，不然飛都不知道怎么飛的。在語言選擇上我當(dāng)時(shí)是這么給自己規(guī)定的先編20個(gè)左右的匯編程序，每個(gè)代碼量超過4K，使用語句范圍覆蓋全部語句的60%-70%，在此基礎(chǔ)上使用C?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)用C構(gòu)建程序的主體框架(操作系統(tǒng))比較快而其不容易出錯(cuò)，(我現(xiàn)在正在用ASM根據(jù)UCOSII的思想重寫自己的操作系統(tǒng))但對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性影響比較大的運(yùn)算算法一般采用MATLAB——C——ASM的辦法仿真調(diào)試優(yōu)化，這里的優(yōu)化不單單是利用優(yōu)化器優(yōu)化，而是根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)改變運(yùn)算方法，以除法為例C里的/號(hào)其實(shí)掩蓋了許多技巧，當(dāng)除數(shù)為常數(shù)時(shí)就可以放大倒數(shù)移位相乘移位的辦法進(jìn)行，精度高速度快。這些辦法只有掌握了ASM語言并用ASM語言思考才會(huì)熟練應(yīng)用。另外我想告訴一些作算法特別是控制算法的朋友，千萬不要隨意評(píng)判一個(gè)算法的優(yōu)劣，在程序中程序和代碼優(yōu)化的程度往往影響了控制效果好壞，而不是算法本身的思想。其實(shí)在實(shí)際中往往PID甚至PI、PD就夠了，神經(jīng)元、模糊、小波適用于研究和寫論文，模糊在實(shí)際中用的多一點(diǎn)，主要是小日本用的比較成熟，我再恨日本人，這點(diǎn)也服氣，小日本就是滑，許多物理現(xiàn)象搞不透，就用這法，還管用，題外話。

　　最后我想說的是，當(dāng)我們面對(duì)市場(chǎng)要求時(shí)，產(chǎn)品往往考慮的是可靠性、性能、價(jià)格而不是你用的什么芯片，在滿足性能的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單就越可靠，芯片越通用價(jià)格就越低，能用51就不用196，能用2407就不用2812，除非把芯片本身作買點(diǎn)利用高成本贏取高利潤。無論2000還是5000、6000系列都有市場(chǎng)前景，關(guān)鍵是要做深做透。

　　獲取知識(shí)的方法、處理項(xiàng)目的能力是相通的，具體的說就是不要把目光盯在做硬件還是做軟件上，用ASM還是C，要勤動(dòng)手打好基礎(chǔ)，提高自己對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的能力，從系統(tǒng)的眼光看問題。為什么都是做DSP的有的畢業(yè)拿3000，有的5000、8000，除了運(yùn)氣和關(guān)系外，重要的是你對(duì)事物的認(rèn)識(shí)深度和高度。我一直都記住這句話：有前途的人做什么都有前途，沒前途的人做什么都沒前途。

　　與其說是鉆在里面，畢業(yè)設(shè)計(jì)是搞240，在老師的壓力做出了一點(diǎn)東西，這期間主要是對(duì)DSP的各種基礎(chǔ)知識(shí)的熟悉與理解，對(duì)DSP的真正深入是在公司工作以后。當(dāng)初進(jìn)公司，因?yàn)檎幸粋€(gè)項(xiàng)目需要用5410要我接手。說實(shí)話，在學(xué)校期間我5000的書都沒有看過一眼，可沒辦法，只能靠自己了。不過好的是我2000DSP的基礎(chǔ)很好。接過項(xiàng)目后，我第一個(gè)星期就全部看的是5000的指令，DSP的結(jié)構(gòu)倒沒怎么看，因?yàn)轫?xiàng)目硬件已成型，主要是算法。這樣，花了一個(gè)星期熟悉指令與項(xiàng)目相關(guān)的程序，第二個(gè)星期也就開始編程了。半個(gè)月以后我對(duì)5410也就用很熟了的，當(dāng)然主要還是講在算法方面。這個(gè)項(xiàng)目太概做了四個(gè)月吧，系統(tǒng)程序是我編寫的，主要有如64位加減乘除乘方開方、及時(shí)域方面的一些算法?，F(xiàn)在又做一個(gè)控制系統(tǒng)，用2407開發(fā)的，硬件主要有直交變頻，并把2407的所有外設(shè)資源全部用到了?，F(xiàn)在我可以這樣自夸一句吧：TI的2000系列與5000系列的我都熟悉，要我去以此做個(gè)系統(tǒng)，沒問題。上面是把我搞DSP的經(jīng)歷簡(jiǎn)單說了一下的吧，在這里我想對(duì)正在學(xué)及想學(xué)DSP的難兄們說一句的是，DSP并不是很難。當(dāng)然，這個(gè)前提是你的基礎(chǔ)要好，我單片機(jī)，接口都還行，當(dāng)初就是從單片機(jī)改成DSP的。有了單片機(jī)的基礎(chǔ)再去學(xué)2000第列的DSP(下面的DSP單指2000系列，另有說明為止)，你就可以把DSP看成一個(gè)super microcontroller了。相比之下，DSP除了比單片機(jī)多了更豐的外設(shè)接口(SPI,SCI、CAN、PWM、CAP、QEP等等)，他就是一塊單片機(jī)，只不過在單片機(jī)來說你要另加芯片的工作，DSP全部把它做在一塊芯片去了，我現(xiàn)在看DSP也真就這么簡(jiǎn)單。前面有人提到DSP主要是做算法，這句話有一定的片面性： TI有很多系列的DSP，現(xiàn)在主流的DSP主要為2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列。除了2000與5000系列是定點(diǎn)DSP外，其余的均為浮點(diǎn)系列。 TI的2000系列主要長處是在用于控制系統(tǒng)，因?yàn)樗馁Y源非常豐富，前面提到，在控制系統(tǒng)中用到的一些外設(shè)2000系列均在片內(nèi)集成了。 TI的5000系列主要長處是用于數(shù)字信號(hào)的算法處理，這里所講算法處理主要是指在數(shù)字信號(hào)處理時(shí)的一些算法，如FIR、IIR、FFT等等。5000系列的DSP的速度比2000快，2407最快只能到40M，2800系列除外，5410的DSP可以達(dá)到160M，如現(xiàn)在我們主要用來做數(shù)字信號(hào)方面的處理以及簡(jiǎn)單的靜態(tài)圖像處理等這樣一些在資源需要處于中等的一些算法。 TI的6000系列主要是用在實(shí)時(shí)圖像處理，這個(gè)就更則重于算法處理。一般的硬件很少自制，我們是用TI的DSK板再加上自主板相結(jié)合。