1?DSP實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景

1.1?實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必要性

根據(jù)《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高〔2012〕4號(hào)）精神和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》要求，“深度融合，引領(lǐng)創(chuàng)新”是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。建立嵌入式DSP仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，利于改變傳統(tǒng)教學(xué)“重教有余，重學(xué)不足”的模式，有助高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，并達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的。

DSP數(shù)字信息處理技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理器在通訊、數(shù)字影音領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及。數(shù)字信號(hào)處理器具有靈敏、快速、低功耗和可編程等優(yōu)點(diǎn)，自它問世以來，得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在語音語言處理、信號(hào)處理、圖像處理、測(cè)量分析等領(lǐng)域，DSP技術(shù)的身影隨處可見。

高校建設(shè)滿足DSP嵌入式教學(xué)需求的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有助于推動(dòng)當(dāng)今形式下教學(xué)的改革，有助于提高學(xué)生的專業(yè)技能與專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)出符合地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用型和實(shí)用型人才；此外，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，也為教師提供了教學(xué)平臺(tái)和科研平臺(tái)，推動(dòng)教學(xué)和科研工作的開展。

1.2?DSP技術(shù)概述

數(shù)字信號(hào)處理，簡稱DSP(digital signal processor是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱道的兩大特色。

DSP有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。由于它運(yùn)算能力很強(qiáng)，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。

DSP優(yōu)勢(shì)在于其有獨(dú)特乘法器，一個(gè)指令就可以完成乘加運(yùn)算DSP的數(shù)據(jù)處理能力突出，有乘法器和除法器，可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法指令和除法指令，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運(yùn)算能力。

美國德州儀器（Texas?Instruments，TI）是世界上最知名的DSP芯片生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品應(yīng)用最廣泛并且市場(chǎng)占有率高，其生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。DSP是嵌入式解決方案的核心，DSP微處理器作為一種可實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用的載體，其相關(guān)軟硬件開發(fā)資源為嵌入式實(shí)踐提供了方案支撐。

1.3?DSP教學(xué)需求

數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)，簡稱DSP，是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，它是多學(xué)科交叉并相互融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科。立足于電子類專業(yè)知識(shí)培養(yǎng)體系，通過建立支撐專業(yè)需要的嵌入式DSP實(shí)驗(yàn)室，可以對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握、綜合素質(zhì)的提高和應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到較為重要的作用。

目前，許多院校先后建立了不同規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室，目前大部分嵌入式DSP實(shí)驗(yàn)室都存在以下問題：

1、?DSP是一門多學(xué)科融合的學(xué)科，既要兼顧DSP項(xiàng)目的軟件開發(fā)和算法設(shè)計(jì)，還要關(guān)注DSP的硬件開發(fā)和電路設(shè)計(jì)。完整的項(xiàng)目開發(fā)對(duì)兩者缺一不可。

2、?學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境無法覆蓋全面，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)。

3、?DSP開發(fā)更注重于基于已有開發(fā)板如何快速入門上手，從而更專注于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序和高度優(yōu)化的算法模塊。但目前大部分的指導(dǎo)教學(xué)都缺乏零基礎(chǔ)入門的指導(dǎo)。

4、?基礎(chǔ)的教學(xué)案例無法滿足高校科研的需求。

針對(duì)以上問題，創(chuàng)龍為高校提供了豐富的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和開發(fā)例程，以及相應(yīng)的視頻教程，讓高校能夠輕松教學(xué)和科研。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)及使用上具有以下特點(diǎn)：

1、?創(chuàng)龍的嵌入式實(shí)驗(yàn)箱在硬件上引出 CPU 全部資源信號(hào)引腳，二次開發(fā)極其容易，用戶只需要專注上層運(yùn)用，降低了開發(fā)難度和時(shí)間成本。

2、?創(chuàng)龍的嵌入式實(shí)驗(yàn)箱配備了開發(fā)過程中所需的所有配件和完整的平臺(tái)開發(fā)包，節(jié)省軟件整理時(shí)間，同時(shí)提供軟件安裝教程，上手容易。

3、?提供的入門教程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟及源碼解析等，注重實(shí)驗(yàn)的過程，內(nèi)容詳實(shí)且豐富，可以幫助學(xué)生打好專業(yè)基礎(chǔ)，快速入門上手，也有利于教師教學(xué)計(jì)劃的開展。

4、?提供項(xiàng)目資源，包括完整的平臺(tái)開發(fā)包，200個(gè)以上的例程，滿足高?？蒲械幕A(chǔ)需求。還包含核心板引腳定義、可編輯底板原理圖、可編輯底板 PCB、芯片 Datasheet，縮短硬件設(shè)計(jì)周期。

5、?除了提供豐富的 Demo 程序，還提供全面的技術(shù)支持和中文數(shù)據(jù)手冊(cè)，協(xié)助進(jìn)行底板設(shè)計(jì)和調(diào)試以及 DSP 軟件開發(fā)。

2?建設(shè)目標(biāo)

2.1?適用課程

數(shù)字信號(hào)處理DSP是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域,微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具,與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。近來新興的一些學(xué)科,如人工智能、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f,數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ),同時(shí)又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。

C6000 DSP嵌入式實(shí)驗(yàn)箱的適用課程主要包括《數(shù)字圖像處理》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《DSP原理與應(yīng)用》等課程。

2.2?適用專業(yè)

C6000 DSP嵌入式實(shí)驗(yàn)箱主要面向電子信息工程專業(yè)方向，同時(shí)也可適用于通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、光電信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)教學(xué)。C6000系列的DSP可以滿足控制、通信、信號(hào)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，能夠處理包括視頻、圖像、語音、弱信號(hào)等類型的數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于機(jī)器視覺、智能電力系統(tǒng)、航空電子、高性能計(jì)算、音視頻編解碼、生物識(shí)別、汽車電子、高精度儀器儀表等領(lǐng)域。

2.3?預(yù)期目標(biāo)

DSP?嵌入式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)擬達(dá)成的預(yù)期教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)如下：

??學(xué)生掌握嵌入式DSP編程語言應(yīng)用；

??學(xué)生掌握DSP的CCS軟件開發(fā)方法；

??學(xué)生掌握DSP的數(shù)字信號(hào)處理器接口與應(yīng)用方法；

??學(xué)生掌握嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3?創(chuàng)龍優(yōu)勢(shì)

3.1?企業(yè)介紹

廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司(Tronlong)始創(chuàng)于2013年，是國內(nèi)最大的嵌入式產(chǎn)品平臺(tái)提供商之一，業(yè)務(wù)主要涵蓋核心板、評(píng)估套件、項(xiàng)目服務(wù)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，總部設(shè)在廣州科學(xué)城，并在北京、上海、深圳、西安等地設(shè)有業(yè)務(wù)及技術(shù)服務(wù)中心。

Tronlong專注于DSP、ARM、FPGA多核異構(gòu)技術(shù)開發(fā)，作為TI、Xilinx中國官方合作伙伴，產(chǎn)品線覆蓋TI C2000/C6000/DaVinci/Sitara、Xilinx SPARTAN/ARTIX/KINTEX/ZYNQ等處理器系列，產(chǎn)品平臺(tái)廣泛應(yīng)用于工控、電力、通信、儀器儀表、醫(yī)療器械與圖像音視頻等領(lǐng)域。

Tronlong以“提供高可靠性產(chǎn)品、快速響應(yīng)需求和有效解決問題”為宗旨，已成功幫助超過10000家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)及高等院校完成產(chǎn)品的快速開發(fā)與上市。

3.2?服務(wù)體系

創(chuàng)龍通過一個(gè)全方位、多維度的服務(wù)體系，使服務(wù)能夠更精準(zhǔn)地匹配客戶的需求，更及時(shí)地解決客戶的問題，更有效地幫助客戶實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

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3.3?學(xué)習(xí)資源

創(chuàng)龍?zhí)峁┊a(chǎn)品的配套推薦教材以及課外的學(xué)習(xí)資源，課外學(xué)習(xí)資源包括在線視頻學(xué)習(xí)網(wǎng)站和技術(shù)交流論壇。

地瓜派（Digoboy）視頻網(wǎng)可提供教學(xué)視頻上傳、視頻觀看、資料下載、技術(shù)交流等功能。地瓜派囊括了豐富的學(xué)習(xí)資源，如ARM、DSP、FPGA、MCU、開發(fā)語言等，致力于營造最活躍的嵌入式學(xué)習(xí)社區(qū)，可供學(xué)生課后自我學(xué)習(xí)提升。

技術(shù)論壇聚集了嵌入式開發(fā)者，創(chuàng)建了技術(shù)學(xué)習(xí)交流的場(chǎng)所，在嵌入式開發(fā)者社區(qū)可以了解到行業(yè)的最新進(jìn)展，學(xué)習(xí)最前沿的技術(shù)，認(rèn)識(shí)有相同愛好的朋友，在一起學(xué)習(xí)和交流。

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4?C6000 DSP圖像處理教學(xué)平臺(tái)

4.1?產(chǎn)品特點(diǎn)

TL6748-PlusTEB 是創(chuàng)龍一款基于 TI TMS320C6748 的定點(diǎn)/浮點(diǎn) DSP C674x 新型嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，提供了豐富的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、開發(fā)例程以及相應(yīng)的視頻教程，適合高校以及研究所等實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)。

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其中，C6748-DSP是一款具備浮點(diǎn)和定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式的低功耗、實(shí)時(shí)信號(hào)處理引擎的處理器。芯片設(shè)計(jì)和開發(fā)特點(diǎn)主要是高效的浮點(diǎn)和定點(diǎn)信號(hào)處理以及系統(tǒng)低功耗。主要用于音頻設(shè)備、專用移動(dòng)無線電、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器視覺、生物特征識(shí)別、便捷式醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療設(shè)備等。德州儀器（TI）推出的具有無與倫比連接選項(xiàng)與定點(diǎn)和浮點(diǎn)功能TMS320C6748處理器，這是業(yè)界功耗最低的浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），可充分滿足高能效、連通性設(shè)計(jì)對(duì)高集成度外設(shè)、更低熱量耗散以及更長電池使用壽命的需求。

它結(jié)合了一系列獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)化特性和外設(shè)，能顯著降低工業(yè)、通信、醫(yī)療診斷和音頻等多種產(chǎn)品的總體系統(tǒng)成本。對(duì)諸如測(cè)量測(cè)試、公共安全無線電、音樂特效以及智能家居傳感器等需要高速數(shù)據(jù)傳輸和高容量存儲(chǔ)的應(yīng)用而言，它不僅具備通用并行端口（uPP），同時(shí)也是TI首批集成串行高級(jí)技術(shù)附件（SATA）的器件。

處理器主頻高達(dá)456MHz，可通過動(dòng)態(tài)電壓與頻率縮放（DVFS）及多種省電模式管理片上電源，可與所有TMS320C6000器件實(shí)現(xiàn)代碼兼容， CPU的資源框圖如下所示：

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TL6748-PlusTEB的產(chǎn)品特點(diǎn)如下：

??基于TI TMS320C6748定點(diǎn)/浮點(diǎn)DSP C674x處理器，主頻456MHz，高達(dá)3648MIPS和2746MFLOPS的運(yùn)算能力；

??實(shí)驗(yàn)箱采用核心板+底板結(jié)構(gòu)，含工業(yè)級(jí)TMS320C6748 DSP核心板、實(shí)驗(yàn)底板、DSP仿真器、7 寸LCD電阻觸摸屏和CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭模塊，可選模擬攝像頭模塊；

??實(shí)驗(yàn)箱標(biāo)配7寸可觸摸電阻屏，可選10寸可觸摸電阻屏，支持RS232、RS485、VGA、SD、SATA、USB、USB OTG、EMIF、VPIF、SPI、I2C、ADC、DAC、音頻輸入輸出、百兆以太網(wǎng)口、RTC 座、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)（有刷和無刷二選一）、4*4 矩陣鍵盤、蜂鳴器、交通燈、數(shù)碼管等接口；

??實(shí)驗(yàn)底板上板載波形發(fā)生器，采用AD9833芯片，可輸出三種波形：正弦波、方波、三角波；

??實(shí)驗(yàn)板上支持安裝可拆卸亞克力保護(hù)板，保護(hù)實(shí)驗(yàn)電路；

??工業(yè)級(jí)核心板，尺寸僅 55mm*33mm，主板采用精密工業(yè)級(jí) B2B 連接器，可用于科學(xué)研究、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子競賽、產(chǎn)品開發(fā)使用；

??適用于圖像處理、音頻處理、信號(hào)處理、通信、測(cè)控、自動(dòng)化等教學(xué)領(lǐng)域。

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4.2?硬件參數(shù)

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4.3?軟件資源

TI的DSP開發(fā)資源包括操作系統(tǒng)、演示、組件和開發(fā)包等，以及豐富的文檔資料來加速開發(fā)。創(chuàng)龍提供了TMS320C6748的中文數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以幫助更加快速開發(fā)。同時(shí)TI提供了優(yōu)化的多種算法庫，例如圖像和視頻處理庫（IMGLIB、VLIB）。創(chuàng)龍?zhí)峁┙虒W(xué)資源，主要包含完整的實(shí)驗(yàn)代碼、視頻教程和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)等。

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4.4?經(jīng)典應(yīng)用

4.4.1?DSP基礎(chǔ)外設(shè)應(yīng)用

DSP基礎(chǔ)外設(shè)應(yīng)用包括以下：

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4.4.2?音頻采集與音頻編解碼應(yīng)用

音頻類的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用主要包括以下：

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4.4.3?DSP算法應(yīng)用

TI提供了獨(dú)立于操作系統(tǒng)且優(yōu)化的多種算法庫，例如基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和信號(hào)處理庫（MathLIB和DSPLIB）。DSP算法應(yīng)用包括以下算法：

??有限沖激響應(yīng)濾波器算法（FIR）。

??無限沖激響應(yīng)濾波器算法（IIR）。

??快速傅里葉變換算法（FFT）。

??矩陣（Matrix）運(yùn)算。

??信號(hào)的抽樣定理。

??多路信號(hào)混頻。

??信號(hào)卷積算法。

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4.4.4?圖像處理算法應(yīng)用

TI提供了獨(dú)立于操作系統(tǒng)且優(yōu)化的多種算法庫，例如圖像和視頻處理庫（IMGLIB和VLIB）。圖像處理算法應(yīng)用包括以下算法：

??圖像旋轉(zhuǎn)、縮放和反色。

??灰度圖像直方圖、直方圖均衡化。

??邊緣檢測(cè)。

??灰度圖像二值化、線性變換。

??RGB24圖像灰度轉(zhuǎn)換、圖像離散余弦變換。

??數(shù)字、文字、字母識(shí)別。

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4.4.5?基于攝像頭的圖像處理實(shí)驗(yàn)

??采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮點(diǎn)微控制單元(MCU)，主頻高達(dá)456MHz，高達(dá) 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的運(yùn)算能力。

??采用OV2640數(shù)字?jǐn)z像頭或者模擬攝像頭進(jìn)行圖像的采集。

??數(shù)字?jǐn)z像頭可支持?200 萬像素，分辨率支持?800x600，幀率可達(dá)?30 幀/秒。

??模擬攝像頭采用1200 線高清攝像機(jī)，分辨率 1200TVL，像素 720x576。

??采集到的圖像視頻數(shù)據(jù)通過VPIF（Video Port Interface）視頻接口傳輸。

??圖像處理由DSP核和算法庫完成，可實(shí)現(xiàn)邊緣檢測(cè)等功能。

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4.4.6?人臉識(shí)別追蹤

??采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮點(diǎn)微控制單元(MCU)，主頻高達(dá)456MHz，高達(dá) 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的運(yùn)算能力。

??l采用OV2640進(jìn)行人臉圖像的采集，可支持?200 萬像素，分辨率支持?800x600，幀率可達(dá)?30 幀/秒。

??采集到的圖像視頻數(shù)據(jù)通過VPIF（Video Port Interface）視頻接口傳輸。

??圖像處理由DSP核和算法庫完成，采用?OpenCV 封裝的算法進(jìn)行人臉檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)人臉圖像預(yù)處理、特征提取以及匹配與識(shí)別等功能。

??可廣泛用于安防監(jiān)控、多媒體管理、人機(jī)交互等應(yīng)用場(chǎng)景。

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4.4.7?網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集與顯示

??采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮點(diǎn)微控制單元(MCU)，主頻高達(dá)456MHz，高達(dá) 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的運(yùn)算能力。

??l通過CMOS圖像傳感器采集視頻信息，OV2640攝像頭模塊可支持 200 萬像素，分辨率支持 800x600，幀率可達(dá) 30 幀/秒。

??使用TI的SYS/BIOS系統(tǒng)，具有非?？焖俚捻憫?yīng)時(shí)間，可用于實(shí)時(shí)的設(shè)備。可以最大限度地減少對(duì)內(nèi)存和CPU的要求，SYS/BIOS 是一個(gè)可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。

??通過搭建搭建Web服務(wù)器，傳輸圖像數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)獲取的 IP 地址可以在瀏覽器上實(shí)時(shí)查看攝像頭采集的圖像。

??適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、金融系統(tǒng)、道路交通監(jiān)控等應(yīng)用場(chǎng)合。

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4.5?推薦教材

5?實(shí)驗(yàn)室配置

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6?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

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附件1：設(shè)備采購清單

附件2：實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例

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