以高速AD-I/O并數(shù)據(jù)處理為目標(biāo)的多核 DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)*

王一博 余波

摘? 要? 湖南信息學(xué)院面向移動(dòng)通信應(yīng)用，以“高速AD-I/O并數(shù)據(jù)處理”作為DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)的終極目標(biāo)，建設(shè)一間全新的DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)TL138F-TEB型DSP-FPGA-ARM三核教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱作為主要教學(xué)器材，以求盡可能地逼近當(dāng)今移動(dòng)通信處理器的工作模式。同時(shí)，引進(jìn)NI-USRP-2944軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)作為“原料”信號(hào)（OFDM）發(fā)生器，配置三套不同采樣率的AD模塊作為信號(hào)采集裝置；建設(shè)配套的弱電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將高頻模擬信號(hào)引入每臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌。在上述硬件條件下，著力建設(shè)一套重基礎(chǔ)、跟前沿、可擴(kuò)展的DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞? 高速AD-I/O并數(shù)據(jù)處理；DSP應(yīng)用技術(shù)；實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）16-0019-05

0? 引言

DSP（digital signal processor）是一種面向密集計(jì)算且任務(wù)相對(duì)固定的專(zhuān)用微處理器。與通用處理器的復(fù)雜指令集相比，DSP通常采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)，并使用硬件級(jí)譯碼。與X86處理器的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)不同的是，DSP多基于數(shù)據(jù)總線(xiàn)和程序總線(xiàn)分立的哈佛結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)，在執(zhí)行上一條指令的同時(shí)就可取出下一條指令，這大大提高了微處理器的速度。另外，多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行并行傳輸，由此極大地增加了器件的數(shù)據(jù)吞吐帶寬。有測(cè)試結(jié)果表明[1]，以456 MHz運(yùn)行的TI-C674X單核DSP在1 024點(diǎn)FFT中的運(yùn)算性能，達(dá)成以1 GHz運(yùn)行的ARM Cortex-A15單核處理器在同規(guī)模FFT運(yùn)算性能的大致兩倍。

由于運(yùn)算能力很強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低，在過(guò)去的20多年時(shí)間里，DSP已經(jīng)在通信、圖像識(shí)別、視頻處理等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。尤其是移動(dòng)通信進(jìn)入3G、4G時(shí)代以來(lái)，以O(shè)FDM為核心的各類(lèi)復(fù)雜調(diào)制、解調(diào)技術(shù)對(duì)手機(jī)中基帶信號(hào)處理器的運(yùn)算性能提出越來(lái)越高的要求。在此背景下，以TI C6000系列為代表的高性能通用DSP在軟件無(wú)線(xiàn)電（SDR）領(lǐng)域的應(yīng)用，逐漸成為各高校電子信息類(lèi)學(xué)科的研究熱點(diǎn)之一。正是基于手機(jī)基帶信號(hào)處理器這一研究熱點(diǎn)，湖南信息學(xué)院引進(jìn)廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司的TL138F-TEB型DSP+FPGA+ARM三核教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱作為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，并計(jì)劃以“高速AD-IO并數(shù)據(jù)處理”為終極目標(biāo)來(lái)建設(shè)新型的DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。

1? DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)

1.1? 實(shí)驗(yàn)用DSP器件的選型

由于湖南信息學(xué)院新建的DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室是以手機(jī)基帶信號(hào)處理器為代表的軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)為研究目標(biāo)，那么所選擇的DSP實(shí)驗(yàn)器件應(yīng)能仿真、再現(xiàn)當(dāng)今流行的移動(dòng)通信制式中的基帶信號(hào)調(diào)制、解調(diào)過(guò)程。需要指出的是，出于成本、功耗和用戶(hù)開(kāi)發(fā)周期的考慮，當(dāng)今移動(dòng)通信設(shè)備中的主處理器并非TI-C6000系列為代表的高性能通用DSP，而是聚集了DSP、FPGA、ARM三種技術(shù)的片上系統(tǒng)（SOC）。其中，DSP負(fù)責(zé)OFDM解調(diào)算法中的核心計(jì)算部分——FFT，而FPGA作為協(xié)處理器，以流水線(xiàn)的形式完成串并轉(zhuǎn)換、星座映射等環(huán)節(jié)的計(jì)算任務(wù)，DSP與FPGA所構(gòu)成的整體，實(shí)際上就是基帶信號(hào)處理器；ARM作為所解調(diào)出來(lái)的基帶信號(hào)的應(yīng)用端，能夠運(yùn)行Linux/Android操作系統(tǒng)且具有成熟研發(fā)生態(tài)圈，負(fù)責(zé)各種外設(shè)的管理和人機(jī)交互應(yīng)用的運(yùn)行。

由于手機(jī)處理器實(shí)際上是面向商業(yè)應(yīng)用的SOC，其開(kāi)發(fā)文檔往往只向大客戶(hù)（手機(jī)制造商）開(kāi)放，不適于實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用，因此必須在市面眾多型號(hào)的通用處理器中選擇一款可以仿真手機(jī)處理器的型號(hào)。該處理器應(yīng)當(dāng)基于（DSP+ARM）的結(jié)構(gòu)（實(shí)驗(yàn)箱制造商加入配套的FPGA部分），應(yīng)當(dāng)具備3G/4G主流移動(dòng)通信制式所要求的計(jì)算能力。最重要的，作為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用，該處理器應(yīng)當(dāng)具備健全的開(kāi)發(fā)文檔體系。基于此需求，TI推出的雙（多）核異構(gòu)處理器OMAPL138和66AK，成為新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的候選器件。綜合考慮成本、文檔豐富度、開(kāi)發(fā)難易度，選擇OMAPL138作為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)核心器件。

OMAPL138內(nèi)部集成一個(gè)C674x定、浮點(diǎn)DSP核心和一個(gè)ARM9核心。其C674x-DSP核心提供了2.7 GFLOPS的計(jì)算能力[2]，按照1 000∶1的比例推算，它可以滿(mǎn)足基帶數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬為2 Mb/s的OFDM信號(hào)的解調(diào)運(yùn)算需求[3]。從TI官方網(wǎng)站OMAPL138器件主頁(yè)上數(shù)量眾多的中文技術(shù)文檔來(lái)看，當(dāng)時(shí)（2010年起）TI的確做了大量工作以期其成為3G手機(jī)的主處理器，但由于隨后（2013年）迅速普及的4G移動(dòng)通信（基帶數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬150 Mb/s）對(duì)手機(jī)基帶信號(hào)處理器提出更高的要求（150 GFLOPS），僅靠多核DSP并行計(jì)算本身已經(jīng)很難同時(shí)達(dá)成計(jì)算力和功耗這兩個(gè)要求（C66系列計(jì)算力達(dá)標(biāo)，但功耗超標(biāo)）。能夠定制流水線(xiàn)的FPGA協(xié)處理核心，加上面向大尺寸數(shù)組FFT計(jì)算的高性能DSP核心，逐漸成為手機(jī)基帶信號(hào)處理器的基本結(jié)構(gòu)。

“不謀全局者，不足以謀一域。”在當(dāng)今各種移動(dòng)通信技術(shù)蓬勃發(fā)展背景下，DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)也應(yīng)當(dāng)緊隨時(shí)代潮流。志在通信研發(fā)崗位就業(yè)的學(xué)生，不僅需要學(xué)習(xí)以TI-C6000為代表的高性能DSP軟硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)，也要學(xué)習(xí)DSP與FPGA、ARM的核間通信技術(shù)。TL138F-TEB型DSP-FPGA-ARM三核教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱[4]可以滿(mǎn)足學(xué)生的這種需求，學(xué)生在本科階段先掌握這三種核心相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)操作和編程開(kāi)發(fā)技能，在隨后的研究生階段可以在后繼引進(jìn)的66AK實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)一步掌握多核并行、核間通信知識(shí)，最終完成某一具有相當(dāng)復(fù)雜度的軟件無(wú)線(xiàn)電裝置設(shè)計(jì)。

湖南信息學(xué)院新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室所引進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括后繼的軟硬件建設(shè)，均兼顧教學(xué)和科研兩個(gè)功能。

1.2? “原料”信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)源的解決

如前所述，湖南信息學(xué)院新引進(jìn)的TL138F-TEB型三核教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的任務(wù)之一，是盡可能地在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中再現(xiàn)以O(shè)FDM技術(shù)為核心的移動(dòng)通信基帶信號(hào)調(diào)制、解調(diào)過(guò)程。自然的，在解調(diào)鏈條的起點(diǎn)上需要一臺(tái)能夠產(chǎn)生OFDM調(diào)制信號(hào)的儀器。經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研，引進(jìn)NI-USRP-2944軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)[5]作為實(shí)驗(yàn)室的綜合信號(hào)發(fā)生器，并利用高頻模擬信號(hào)分配系統(tǒng)將其產(chǎn)生的OFDM調(diào)制信號(hào)分配到32臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌上，如圖1所示。

NI-USRP-2944提供了一個(gè)用于高性能無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的集成軟硬件解決方案。USRP RIO基于LabVIEW可重配置I/O架構(gòu)，可以在10 MHz～6 GHz頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出（MIMO）、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同步、LTE繼電保護(hù)、RF壓縮采樣、頻譜感知、認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電、波束形成和測(cè)向等功能。可以判定，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，NI-USRP-2944將是新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的主要信號(hào)發(fā)生設(shè)備。

OMAPL138內(nèi)部的C674X-DSP核心除了可以勝任通信領(lǐng)域內(nèi)以FFT為代表的密集浮點(diǎn)乘法運(yùn)算外，還可以兼容C64X-DSP的定點(diǎn)運(yùn)算指令，具備一定的視頻編碼、解碼能力。因此，實(shí)驗(yàn)室還計(jì)劃引入有線(xiàn)電視機(jī)頂盒高頻頭所輸出的中頻信號(hào)，該信號(hào)可作為那些視頻信號(hào)處理相關(guān)科研項(xiàng)目或畢業(yè)設(shè)計(jì)的信號(hào)源。

利用高頻模擬信號(hào)分配系統(tǒng)向每臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌投送模擬信號(hào)，是湖南信息學(xué)院新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的重要亮點(diǎn)之一。鑒于OMAPL138是面向3G移動(dòng)通信基帶解碼應(yīng)用的DSP，其配套的AD采樣率不會(huì)超過(guò)100 MPS，故高頻模擬信號(hào)分配系統(tǒng)采用10片深圳市勝海微科技有限公司的SHWPD4型信號(hào)分配器[6]達(dá)成1分32的效果。該信號(hào)分配器的通帶頻率為150 kHz～1 GHz，可以在很寬的頻率單位內(nèi)適應(yīng)NI-USRP-2944所產(chǎn)生的OFDM調(diào)制信號(hào)。即使未來(lái)實(shí)驗(yàn)室引入面向4G移動(dòng)通信基帶信號(hào)處理任務(wù)的TI-C66系列DSP（典型AD采樣率為200 MPS），這套高頻模擬信號(hào)分配系統(tǒng)依然可以沿用。

對(duì)于150 kHz以下的模擬信號(hào)，這套信號(hào)分配系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生可觀(guān)的禁帶衰減。不過(guò)此頻率范圍內(nèi)的“原料”信號(hào)問(wèn)題，將由實(shí)驗(yàn)用PC音頻輸出口和TL138F-TEB型教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱自帶信號(hào)發(fā)生器填補(bǔ)。

1.3? 配套AD器件

應(yīng)用于移動(dòng)通信基帶信號(hào)處理的DSP，基本上需要配置外部AD器件來(lái)采集各種類(lèi)型的模擬信號(hào)。為此，湖南信息學(xué)院新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，為T(mén)L138F-TEB型教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱配置三種不同采樣率的AD器件。實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的外設(shè)擴(kuò)展板上集成一顆采樣率為200 kHz的AD7606，該器件用于MP3編碼實(shí)驗(yàn)，初學(xué)者據(jù)此可以熟悉AD采樣的基本原理。此外，還向廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司定制兩款外接于uPP擴(kuò)展接口的中、高速AD模塊，如圖2所示。中速AD模塊（AD8568，500 kHz）用于FPGA-DSP-ARM三核通信實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是學(xué)生掌握核間通信技術(shù)的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)。高速AD模塊（AD9226，65 MHz）用于FPGA-DSP雙核通信實(shí)驗(yàn)。該高速AD模塊的采樣率十分接近3G移動(dòng)通信處理器的典型AD采樣率，將是仿真3G基帶信號(hào)處理任務(wù)（OFDM解調(diào)）的關(guān)鍵部件。

1.4? 實(shí)驗(yàn)室弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湖南信息學(xué)院原有的DSP實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)PC機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的弱電線(xiàn)纜連接采用直連，沒(méi)有任何弱電中轉(zhuǎn)措施。實(shí)驗(yàn)者在每次實(shí)驗(yàn)中都需要搬動(dòng)電腦進(jìn)行連線(xiàn)。帶電插拔不僅會(huì)增加設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，各種橫跨線(xiàn)纜還會(huì)嚴(yán)重干擾實(shí)驗(yàn)操作。由于新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)計(jì)劃將高頻模擬信號(hào)分配到每臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌的桌面，因此，完全可以順勢(shì)將實(shí)驗(yàn)PC機(jī)的各種弱電接口延伸至實(shí)驗(yàn)桌面，這樣可以完美地避免線(xiàn)纜橫跨的問(wèn)題，如圖3所示。

在上述弱電系統(tǒng)設(shè)置下，各種線(xiàn)纜被限制在實(shí)驗(yàn)桌有限的面積內(nèi)，有效地避免了大跨度接線(xiàn)的設(shè)備損壞隱患，而且不會(huì)侵犯鍵盤(pán)、鼠標(biāo)的操作空間，最大限度地留住初學(xué)者對(duì)于復(fù)雜的DSP應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)積極性。此外，實(shí)驗(yàn)用PC機(jī)均設(shè)置雙網(wǎng)卡：內(nèi)置千兆網(wǎng)卡用于組建高速局域網(wǎng)，實(shí)驗(yàn)者在做完每次實(shí)驗(yàn)后，現(xiàn)場(chǎng)提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為評(píng)價(jià)依據(jù)，有效地解決抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的頑疾；外接百兆網(wǎng)卡用于與TL138F-TEB型教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱運(yùn)行的Linux系統(tǒng)通信，為開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集前端方面的設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)提供網(wǎng)絡(luò)硬件支持。

2? DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的軟件建設(shè)

2.1? 軟件建設(shè)的必要性

在湖南信息學(xué)院人才培養(yǎng)方案的相關(guān)課程中，DSP技術(shù)與應(yīng)用的授課難度是位居前列的。DSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，匯編指令系統(tǒng)比較煩瑣，教學(xué)課時(shí)和教學(xué)條件有限，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)起來(lái)比較枯燥、困難，無(wú)法將相關(guān)課程的內(nèi)容有效地聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到融會(huì)貫通。湖南信息學(xué)院現(xiàn)有的DSP課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為陳舊，且多為原理性或驗(yàn)證性?xún)?nèi)容，進(jìn)而阻礙學(xué)生提升實(shí)踐能力。而且，以往的DSP教學(xué)中理論課與實(shí)驗(yàn)課分立而行，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。計(jì)劃新引入的TL138F-TEB實(shí)驗(yàn)箱固然帶來(lái)更接近領(lǐng)域發(fā)展前沿的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但隨之而來(lái)的理論難度、操作復(fù)雜性也顯著提升。

通過(guò)與實(shí)驗(yàn)箱制造商的前期溝通，獲得實(shí)驗(yàn)箱配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[4]。該實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)多達(dá)1 300余頁(yè)，具有200多個(gè)實(shí)驗(yàn)。基于ARM+DSP+FPGA三核構(gòu)架實(shí)驗(yàn)箱的操作復(fù)雜性，相對(duì)于學(xué)校原有DSP實(shí)驗(yàn)室的5509實(shí)驗(yàn)箱，有了數(shù)量級(jí)上的提高。在1 300余頁(yè)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中，ARM9通用處理器、高性能674X DSP以及Xilinx Spartan-6 FPGA處理器各自占據(jù)300余頁(yè)的篇幅（另有近100頁(yè)論述開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，近300頁(yè)論述雙核、三核間通信）。而且，該實(shí)驗(yàn)箱所構(gòu)建的硬件體系的最高AD-I/O速率已經(jīng)達(dá)到65 MHz級(jí)別（面向3G移動(dòng)通信基帶信號(hào)處理），I/O線(xiàn)程與數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程的有效協(xié)調(diào)也成為固件程序開(kāi)發(fā)時(shí)必須考慮的問(wèn)題，這是大部分DSP通行教材都沒(méi)有討論的問(wèn)題。

顯然，擬引進(jìn)的TL138F-TEB實(shí)驗(yàn)箱應(yīng)定位于教學(xué)、科研兩用。作為對(duì)上述結(jié)論的取證，經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，知網(wǎng)上關(guān)于OMAP138處理器的應(yīng)用研究論文[7-8]多集中于2015—2018年，具有相對(duì)較高的前沿性。同時(shí)，OMAP138系列處理器應(yīng)用方面也累積了大量的中文資料，實(shí)驗(yàn)箱制造商[4]也提供了成體系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔。與之對(duì)應(yīng)的是，2018年開(kāi)始，知網(wǎng)上陸續(xù)刊登了性能更為強(qiáng)大的C66X多核異構(gòu)處理器的應(yīng)用研究論文[9-10]，但目前（2022年3月）C66X列處理器相關(guān)的成體系實(shí)驗(yàn)教學(xué)中文文檔較少，更適合作為研究生教學(xué)內(nèi)容。

與TL138F-TEB實(shí)驗(yàn)箱厚達(dá)1 300余頁(yè)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)以及急劇增大的操作難度相對(duì)應(yīng)的是，湖南信息學(xué)院開(kāi)設(shè)的DSP技術(shù)與應(yīng)用（本）課程中的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)僅有8次、16課時(shí)（專(zhuān)科班的DSP技術(shù)與應(yīng)用課程為16次，32課時(shí)）。單憑如此少的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，無(wú)法讓學(xué)生走完從開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建到高速I(mǎi)/O并數(shù)據(jù)處理這樣一個(gè)完整教學(xué)流程。因此，與學(xué)校新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室所引進(jìn)的各種新型硬件相配套的是，相關(guān)的軟件建設(shè)也應(yīng)跟進(jìn)，必須建設(shè)一個(gè)考慮理論授課內(nèi)容進(jìn)度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該體系必須有效降低原實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的教學(xué)難度，同時(shí)也應(yīng)盡量保證對(duì)原有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)預(yù)設(shè)教學(xué)內(nèi)容的完整覆蓋；針對(duì)部分對(duì)數(shù)字信號(hào)處理感興趣的拔尖學(xué)生，應(yīng)該為他們提供一個(gè)各種保障條件較為完善的DSP應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，同時(shí)要兼顧數(shù)量居多的中等學(xué)力學(xué)生群體，探索研究激勵(lì)型DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革，力求課程學(xué)習(xí)者的整體進(jìn)步。

2.2? 建設(shè)重基礎(chǔ)、跟前沿、可擴(kuò)展的DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系包含課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案、授課教案、操作視頻、過(guò)程及結(jié)果考核方案等。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)充分考慮湖南信息學(xué)院大部分學(xué)生的實(shí)際情況，能在授課信息量顯著增長(zhǎng)的情況下留住學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。更重要的是，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系更應(yīng)為那些學(xué)有余力的學(xué)生設(shè)置足夠的發(fā)揮空間，讓他們充分接近DSP應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展前沿。此外，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系還應(yīng)包含針對(duì)所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的綜合性保養(yǎng)、維護(hù)方案。

2.3? 打造面向信號(hào)處理課程群服務(wù)的DSP應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)

根據(jù)新建的DSP技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的軟硬件環(huán)境，詳細(xì)構(gòu)建DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信號(hào)處理課程群中的各前導(dǎo)、后繼課程的聯(lián)動(dòng)；以“即學(xué)即用”為目標(biāo)，從信號(hào)處理課程群中總結(jié)出具有挑戰(zhàn)性的驗(yàn)證性DSP實(shí)驗(yàn)課題，作為新進(jìn)實(shí)驗(yàn)箱原有預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（廠(chǎng)商提供）所配套的進(jìn)階訓(xùn)練，推動(dòng)學(xué)生展開(kāi)自主學(xué)習(xí)；從相關(guān)科研、競(jìng)賽項(xiàng)目中提煉出具有一定研究性質(zhì)的綜合設(shè)計(jì)型課題，作為課程考核改革方案的一部分，全力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，使其在努力尋求通過(guò)課程考核的基礎(chǔ)上，深度參與DSP應(yīng)用技術(shù)方面的創(chuàng)新活動(dòng)。

2.4? 探索研究激勵(lì)型DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

探索中等學(xué)力學(xué)生群體（人數(shù)最多）的專(zhuān)業(yè)交流語(yǔ)境，以期找到激發(fā)這部分學(xué)生展開(kāi)自主研究學(xué)習(xí)的共同話(huà)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)的研究型實(shí)驗(yàn)課題的引導(dǎo)；探索預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案中的操作難點(diǎn)，根據(jù)中等學(xué)力學(xué)生的既有認(rèn)知水平來(lái)確定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)策略，既要防止粗放式指導(dǎo)所帶來(lái)的學(xué)生思維脫線(xiàn)，也要防止精細(xì)式指導(dǎo)對(duì)于學(xué)生主觀(guān)思考能動(dòng)性的壓制；探索實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式改革，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前的一段時(shí)間內(nèi)生成電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，既能夠有效解決學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的頑疾，又能夠?yàn)閷W(xué)生的課后自主學(xué)習(xí)騰出充裕的時(shí)間。

3? 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今DSP的主要應(yīng)用多集中在以軟件無(wú)線(xiàn)電編碼解碼、圖像視頻采集處理等領(lǐng)域。顯而易見(jiàn)，這些領(lǐng)域內(nèi)所使用的DSP都涉及高速的數(shù)據(jù)吞吐。而在低速應(yīng)用領(lǐng)域，如音頻處理等，DSP的角色正逐漸被MCU或通用處理器所取代。在高速應(yīng)用中，作為“原料”的數(shù)據(jù)多由高速AD器件所采集。因此，當(dāng)今DSP應(yīng)用技術(shù)中的主要難點(diǎn)，就是DSP與高速AD器件之間的配合，以及各核心之間的協(xié)調(diào)與通信，這是當(dāng)今國(guó)內(nèi)很多DSP應(yīng)用技術(shù)方面的通行教材所缺失的。相反，通行教材卻把教學(xué)重點(diǎn)劃定在硬件結(jié)構(gòu)、指令體系中，教學(xué)內(nèi)容與信號(hào)處理實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，與示例源程序代碼解析脫節(jié)。

為此，湖南信息學(xué)院面向移動(dòng)通信應(yīng)用，新建DSP應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，將“高速AD-I/O并數(shù)據(jù)處理”作為湖南信息學(xué)院DSP應(yīng)用技術(shù)教學(xué)的終極目標(biāo)。根據(jù)此目標(biāo)，引進(jìn)TL138F-TEB型DSP+FPGA+ARM三核教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，同時(shí)引進(jìn)相應(yīng)的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)作為“原料”信號(hào)發(fā)生器，配置不同采樣率的AD模塊，并建設(shè)配套的弱電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將高頻模擬信號(hào)引入每臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌。在如此硬件條件下，建設(shè)重基礎(chǔ)、跟前沿、可擴(kuò)展的DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，既針對(duì)部分對(duì)數(shù)字信號(hào)處理感興趣的拔尖學(xué)生，打造一個(gè)各種保障條件較為完善的DSP應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，又兼顧數(shù)量最多的中等學(xué)力學(xué)生群體，探索研究激勵(lì)型DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革，力求課程學(xué)習(xí)者的整體進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 路錦正，張紅英，李強(qiáng).C674x-DSP嵌入式開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2019.

[2] TI. OMAP-L138 DataSheet[EB/OL].[2022-01-02].https：//www.ti.com.cn/product/cn/OMAP-L138#tech-docs.

[3] 崔穎，劉佩林.面向無(wú)線(xiàn)基帶處理的多核處理器的基準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)集[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（4）：142-147.

[4] 廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司.TL138F-TEB型教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱[EB/OL].[2022-01-02].https：//www.tronlong.com/Product/show/153.html.

[5] 趙晶怡.基于NI USRP-RIO的MIMO-OFDM系統(tǒng)物理層關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2017.

[6] 150KHz-1000MHz超低頻 超寬帶 高指標(biāo) 射頻微波?SMA一分四功分器[EB/OL].[2022-01-02]https：//item.taobao.com/item.htm？spm=a1z0d.6639537.1997196601.37.337b7484x4BHiz&id=643087450821.

[7] 謝維波，賀文強(qiáng).基于OMAPL138的視頻監(jiān)控?zé)熿F檢測(cè)系統(tǒng)[J]計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2015，51（20）：183-187.

[8] 卜云祥.基于DSP-ARM雙核CPU的塞拉門(mén)控制器研制[D].江蘇：江蘇科技大學(xué)，2018.

[9] 陳術(shù)濤.多核DSP與FPGA高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].嵌入式技術(shù)，2018，44（12）：40-43.

[10] 李赫.基于TMS320C6678多核DSP的LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2019.

*項(xiàng)目來(lái)源：湖南信息學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)研究項(xiàng)目“基于研究激勵(lì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型多核DSP應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：XXY021ZXYB08）。

作者：王一博，湖南信息學(xué)院電子科學(xué)與工程學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)殡娏d波通信技術(shù)；余波，湖南信息學(xué)院電子科學(xué)與工程學(xué)院（410151）。