1 DSP实验室建设背景

1.1 实验室建设必要性

根据《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》要求，“深度融合，引领创新”是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。建立嵌入式DSP仿真实验教学系统，利于改变传统教学“重教有余，重学不足”的模式，有助高校创新型人才培养，并达到教学大纲所要求的教学目的。

DSP数字信息处理技术以及数字信号处理器在通讯、数字影音领域的应用越来越普及。数字信号处理器具有灵敏、快速、低功耗和可编程等优点，自它问世以来，得到了广泛的应用。目前，在语音语言处理、信号处理、图像处理、测量分析等领域，DSP技术的身影随处可见。

高校建设满足DSP嵌入式教学需求的实验平台，有助于推动当今形式下教学的改革，有助于提高学生的专业技能与专业素养，培养出符合地方经济和社会发展的应用型和实用型人才；此外，实验平台的建设，也为教师提供了教学平台和科研平台，推动教学和科研工作的开展。

1.2 DSP技术概述

数字信号处理，简称DSP(digital signal processor是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。

DSP有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。

DSP优势在于其有独特乘法器，一个指令就可以完成乘加运算DSP的数据处理能力突出，有乘法器和除法器，可以在一个指令周期内完成乘法指令和除法指令，具有强大的数据处理能力和较高的运算能力。

美国德州仪器（Texas Instruments，TI）是世界上最知名的DSP芯片生产厂商，其产品应用最广泛并且市场占有率高，其生产的TMS320系列DSP芯片已广泛应用于各个领域。DSP是嵌入式解决方案的核心，DSP微处理器作为一种可实现智能应用的载体，其相关软硬件开发资源为嵌入式实践提供了方案支撑。

1.3 DSP教学需求

数字信号处理(Digital Signal Processing)，简称DSP，是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，它是多学科交叉并相互融合的基础上发展起来的一门学科。立足于电子类专业知识培养体系，通过建立支撑专业需要的嵌入式DSP实验室，可以对学生基础知识的掌握、综合素质的提高和应用创新能力培养起到较为重要的作用。

目前，许多院校先后建立了不同规模的实验室，目前大部分嵌入式DSP实验室都存在以下问题：

1、 DSP是一门多学科融合的学科，既要兼顾DSP项目的软件开发和算法设计，还要关注DSP的硬件开发和电路设计。完整的项目开发对两者缺一不可。

2、 学校实验室现有的软硬件环境无法覆盖全面，无法实现准确高效实现项目开发。

3、 DSP开发更注重于基于已有开发板如何快速入门上手，从而更专注于实现系统程序和高度优化的算法模块。但目前大部分的指导教学都缺乏零基础入门的指导。

4、 基础的教学案例无法满足高校科研的需求。

针对以上问题，创龙为高校提供了丰富的教学实验和开发例程，以及相应的视频教程，让高校能够轻松教学和科研。

产品设计及使用上具有以下特点：

1、 创龙的嵌入式实验箱在硬件上引出 CPU 全部资源信号引脚，二次开发极其容易，用户只需要专注上层运用，降低了开发难度和时间成本。

2、 创龙的嵌入式实验箱配备了开发过程中所需的所有配件和完整的平台开发包，节省软件整理时间，同时提供软件安装教程，上手容易。

3、 提供的入门教程实验指导手册包括实验目的、原理、步骤及源码解析等，注重实验的过程，内容详实且丰富，可以帮助学生打好专业基础，快速入门上手，也有利于教师教学计划的开展。

4、 提供项目资源，包括完整的平台开发包，200个以上的例程，满足高校科研的基础需求。还包含核心板引脚定义、可编辑底板原理图、可编辑底板 PCB、芯片 Datasheet，缩短硬件设计周期。

5、 除了提供丰富的 Demo 程序，还提供全面的技术支持和中文数据手册，协助进行底板设计和调试以及 DSP 软件开发。

2 建设目标

2.1 适用课程

数字信号处理DSP是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域,微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具,与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科,如人工智能、模式识别、神经网络等,都与数字信号处理密不可分。可以说,数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础,同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。

C6000 DSP嵌入式实验箱的适用课程主要包括《数字图像处理》、《数字信号处理》、《DSP原理与应用》等课程。

2.2 适用专业

C6000 DSP嵌入式实验箱主要面向电子信息工程专业方向，同时也可适用于通信工程、电子科学与技术、光电信息工程、计算机科学与技术、自动化等专业教学。C6000系列的DSP可以满足控制、通信、信号等领域的应用需求，能够处理包括视频、图像、语音、弱信号等类型的数据，可应用于机器视觉、智能电力系统、航空电子、高性能计算、音视频编解码、生物识别、汽车电子、高精度仪器仪表等领域。

2.3 预期目标

DSP 嵌入式实验室建设拟达成的预期教学培养目标如下：

Ø 学生掌握嵌入式DSP编程语言应用；

Ø 学生掌握DSP的CCS软件开发方法；

Ø 学生掌握DSP的数字信号处理器接口与应用方法；

Ø 学生掌握嵌入式DSP数字信号处理器的硬件系统设计。

3 创龙优势

3.1 企业介绍

广州创龙电子科技有限公司(Tronlong)始创于2013年，是国内最大的嵌入式产品平台提供商之一，业务主要涵盖核心板、评估套件、项目服务和教学实验箱，总部设在广州科学城，并在北京、上海、深圳、西安等地设有业务及技术服务中心。

Tronlong专注于DSP、ARM、FPGA多核异构技术开发，作为TI、Xilinx中国官方合作伙伴，产品线覆盖TI C2000/C6000/DaVinci/Sitara、Xilinx SPARTAN/ARTIX/KINTEX/ZYNQ等处理器系列，产品平台广泛应用于工控、电力、通信、仪器仪表、医疗器械与图像音视频等领域。

Tronlong以“提供高可靠性产品、快速响应需求和有效解决问题”为宗旨，已成功帮助超过10000家企业、研究机构及高等院校完成产品的快速开发与上市。

3.2 服务体系

创龙通过一个全方位、多维度的服务体系，使服务能够更精准地匹配客户的需求，更及时地解决客户的问题，更有效地帮助客户实现价值。

 

 

3.3 学习资源

创龙提供产品的配套推荐教材以及课外的学习资源，课外学习资源包括在线视频学习网站和技术交流论坛。

地瓜派（Digoboy）视频网可提供教学视频上传、视频观看、资料下载、技术交流等功能。地瓜派囊括了丰富的学习资源，如ARM、DSP、FPGA、MCU、开发语言等，致力于营造最活跃的嵌入式学习社区，可供学生课后自我学习提升。

技术论坛聚集了嵌入式开发者，创建了技术学习交流的场所，在嵌入式开发者社区可以了解到行业的最新进展，学习最前沿的技术，认识有相同爱好的朋友，在一起学习和交流。

 

4 C6000 DSP图像处理教学平台

4.1 产品特点

TL6748-PlusTEB 是创龙一款基于 TI TMS320C6748 的定点/浮点 DSP C674x 新型嵌入式教学实验箱，提供了丰富的教学实验、开发例程以及相应的视频教程，适合高校以及研究所等实验机构。

 

 

其中，C6748-DSP是一款具备浮点和定点数据格式的低功耗、实时信号处理引擎的处理器。芯片设计和开发特点主要是高效的浮点和定点信号处理以及系统低功耗。主要用于音频设备、专用移动无线电、工业自动化、机器视觉、生物特征识别、便捷式医疗设备医疗设备等。德州仪器（TI）推出的具有无与伦比连接选项与定点和浮点功能TMS320C6748处理器，这是业界功耗最低的浮点数字信号处理器（DSP），可充分满足高能效、连通性设计对高集成度外设、更低热量耗散以及更长电池使用寿命的需求。

它结合了一系列独特的应用优化特性和外设，能显著降低工业、通信、医疗诊断和音频等多种产品的总体系统成本。对诸如测量测试、公共安全无线电、音乐特效以及智能家居传感器等需要高速数据传输和高容量存储的应用而言，它不仅具备通用并行端口（uPP），同时也是TI首批集成串行高级技术附件（SATA）的器件。

处理器主频高达456MHz，可通过动态电压与频率缩放（DVFS）及多种省电模式管理片上电源，可与所有TMS320C6000器件实现代码兼容， CPU的资源框图如下所示：

 

 

 

TL6748-PlusTEB的产品特点如下：

Ø 基于TI TMS320C6748定点/浮点DSP C674x处理器，主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；

Ø 实验箱采用核心板+底板结构，含工业级TMS320C6748 DSP核心板、实验底板、DSP仿真器、7 寸LCD电阻触摸屏和CMOS数字摄像头模块，可选模拟摄像头模块；

Ø 实验箱标配7寸可触摸电阻屏，可选10寸可触摸电阻屏，支持RS232、RS485、VGA、SD、SATA、USB、USB OTG、EMIF、VPIF、SPI、I2C、ADC、DAC、音频输入输出、百兆以太网口、RTC 座、步进电机、直流电机（有刷和无刷二选一）、4*4 矩阵键盘、蜂鸣器、交通灯、数码管等接口；

Ø 实验底板上板载波形发生器，采用AD9833芯片，可输出三种波形：正弦波、方波、三角波；

Ø 实验板上支持安装可拆卸亚克力保护板，保护实验电路；

Ø 工业级核心板，尺寸仅 55mm*33mm，主板采用精密工业级 B2B 连接器，可用于科学研究、毕业设计、电子竞赛、产品开发使用；

Ø 适用于图像处理、音频处理、信号处理、通信、测控、自动化等教学领域。

 

4.2 硬件参数

 

4.3 软件资源

TI的DSP开发资源包括操作系统、演示、组件和开发包等，以及丰富的文档资料来加速开发。创龙提供了TMS320C6748的中文数据手册，可以帮助更加快速开发。同时TI提供了优化的多种算法库，例如图像和视频处理库（IMGLIB、VLIB）。创龙提供教学资源，主要包含完整的实验代码、视频教程和实验指导手册等。

 

4.4 经典应用

4.4.1 DSP基础外设应用

DSP基础外设应用包括以下：

 

 

4.4.2 音频采集与音频编解码应用

音频类的实验应用主要包括以下：

 

 

4.4.3 DSP算法应用

TI提供了独立于操作系统且优化的多种算法库，例如基础数学和信号处理库（MathLIB和DSPLIB）。DSP算法应用包括以下算法：

Ø 有限冲激响应滤波器算法（FIR）。

Ø 无限冲激响应滤波器算法（IIR）。

Ø 快速傅里叶变换算法（FFT）。

Ø 矩阵（Matrix）运算。

Ø 信号的抽样定理。

Ø 多路信号混频。

Ø 信号卷积算法。

 

4.4.4 图像处理算法应用

TI提供了独立于操作系统且优化的多种算法库，例如图像和视频处理库（IMGLIB和VLIB）。图像处理算法应用包括以下算法：

Ø 图像旋转、缩放和反色。

Ø 灰度图像直方图、直方图均衡化。

Ø 边缘检测。

Ø 灰度图像二值化、线性变换。

Ø RGB24图像灰度转换、图像离散余弦变换。

Ø 数字、文字、字母识别。

 

4.4.5 基于摄像头的图像处理实验

Ø 采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮点微控制单元(MCU)，主频高达456MHz，高达 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的运算能力。

Ø 采用OV2640数字摄像头或者模拟摄像头进行图像的采集。

Ø 数字摄像头可支持 200 万像素，分辨率支持 800x600，帧率可达 30 帧/秒。

Ø 模拟摄像头采用1200 线高清摄像机，分辨率 1200TVL，像素 720x576。

Ø 采集到的图像视频数据通过VPIF（Video Port Interface）视频接口传输。

Ø 图像处理由DSP核和算法库完成，可实现边缘检测等功能。

 

4.4.6 人脸识别追踪

Ø 采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮点微控制单元(MCU)，主频高达456MHz，高达 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的运算能力。

Ø l采用OV2640进行人脸图像的采集，可支持 200 万像素，分辨率支持 800x600，帧率可达 30 帧/秒。

Ø 采集到的图像视频数据通过VPIF（Video Port Interface）视频接口传输。

Ø 图像处理由DSP核和算法库完成，采用 OpenCV 封装的算法进行人脸检测，实现人脸图像预处理、特征提取以及匹配与识别等功能。

Ø 可广泛用于安防监控、多媒体管理、人机交互等应用场景。

 

4.4.7 网络摄像头采集与显示

Ø 采用TI高性能低功耗C6000系列TMS320C6748 32/64位浮点微控制单元(MCU)，主频高达456MHz，高达 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的运算能力。

Ø l通过CMOS图像传感器采集视频信息，OV2640摄像头模块可支持 200 万像素，分辨率支持 800x600，帧率可达 30 帧/秒。

Ø 使用TI的SYS/BIOS系统，具有非常快速的响应时间，可用于实时的设备。可以最大限度地减少对内存和CPU的要求，SYS/BIOS 是一个可扩展的实时的操作系统。

Ø 通过搭建搭建Web服务器，传输图像数据，通过自动获取的 IP 地址可以在浏览器上实时查看摄像头采集的图像。

Ø 适用于远程监控、金融系统、道路交通监控等应用场合。

 

4.5 推荐教材

5 实验室配置

 

6 实验内容及要求

 

附件1：设备采购清单

附件2：实验室建设案例