【正文】 FIR 濾波器的仿真結(jié)果 圖 34 的上圖為輸入信號(hào)的頻譜圖，包括 fl、 f f3 三個(gè)頻率成分，下 圖是輸出信號(hào)的頻譜圖，只剩下了 f1 的頻率成分。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代， DSP 己成為通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)和其它 電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)器件。 1． 哈佛總線結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)可分為兩種。這種結(jié)構(gòu)允許取指令和取操作數(shù)并行進(jìn)行，增加了器件的運(yùn)算速度 。 4． 高效指令集 數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的特點(diǎn)之一就是單一運(yùn)算的重復(fù)執(zhí)行，在通用的處理器中，一般采用軟件的方法來(lái)解決，基本方法是采用循環(huán)控制或指令重復(fù)，循環(huán)控制除了在判斷行 環(huán)次數(shù)及操作轉(zhuǎn)向上需要指令開(kāi)銷(xiāo)外，還會(huì)因 DSP 流水線的頻繁中斷而造成相當(dāng)大的開(kāi)銷(xiāo) ： 指令重復(fù)的代價(jià)是增加了程序代碼長(zhǎng)度，占用更多的存儲(chǔ)空間。 3． PAB， CAB， DAB 和 EAB 這 4 條地址總線傳輸指令執(zhí)行所需要的地址。 2． CPU 狀態(tài)和控制寄存器 TMS320C54x 共有三個(gè)控制和狀態(tài)寄存器，對(duì) CPU 的控制是通過(guò) CPU 狀態(tài)和控制寄存器來(lái)完成的。在調(diào)用子程序或中斷服務(wù)子程序時(shí)，可以將它們保存下來(lái)，返回時(shí)再恢復(fù)。 4． 定標(biāo)移位器 定標(biāo)移位器的 40 位的輸入來(lái)自累加器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (通過(guò) DB 或 CB)，其40 位的輸出則通過(guò) EB 傳至 ALU 或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。乘法器有兩個(gè)輸入一個(gè)輸入來(lái)自暫存寄存器 T，或一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)，或者是累加器 A；另一個(gè) 輸入來(lái)自程序存儲(chǔ)器，或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，或累加器 A，或者是一個(gè)立即數(shù)。 內(nèi)部存儲(chǔ)器 TMS320C54x 共有 192K*16bit 的尋址空間?？梢栽谙到y(tǒng)中給這些外圍芯片分配不同的地址，DSP 可以根據(jù)不同的地址來(lái)訪問(wèn)這些外設(shè)。 DARAM 一般由若干塊構(gòu)成，由于每塊DARAM 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以被訪問(wèn) 2 次，中央處理單元和片內(nèi)外設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一次讀和一次寫(xiě)操作 [32]。當(dāng)計(jì)數(shù)減到 0 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)器中斷。鎖相環(huán)電路通過(guò)將外部頻率乘以一個(gè)因子而產(chǎn)生內(nèi)部 CPU 工作頻率。 TMS320C54x 具有 8 位增強(qiáng)型的主機(jī)接口 [34]。這個(gè)額外的周期通過(guò)在其他器件開(kāi)始驅(qū)動(dòng)總線前允許存儲(chǔ)器釋放總線來(lái)避免總線競(jìng)爭(zhēng)。 2．編程方便 ： DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片，能靈活方便地進(jìn)行修改和升級(jí)。 6．集成方便 ： DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 1． 根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)要求，確定系統(tǒng)處理精度要求、速度要求、實(shí)時(shí)性要求等性能指標(biāo)。軟件設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)系統(tǒng)的要求和選用的 DSP 芯片編寫(xiě)相應(yīng)的程序?，F(xiàn)在所有 TI 的DSP 都可以使用 CCS 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但是其中的 DSP/BIOS 功能只有 C5000 和C6000 的 CCS 中才提供。 RTDX(Real Time Data Exchange)插件是 CCS 中另一個(gè)十分重要的插件。 x ( n )h ( 0 )Z 1Z 1h ( N 1 )Z 1h ( 1 ) h ( 2 )h ( N 2 )y ( n ) 圖 43 FIR 數(shù)字濾波器的直 接 型結(jié)構(gòu) FIR 匯編程序及 CCS 調(diào)試 1． 編制的 FIR 低通濾波器的匯編程序 [36][37][38](文件名 :)如下 ： ； TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED ． mmregs ． def begin,N N ． set 32 ； THE length OF fir filtering coff K_FIR_BFFR ． set N 。perform FIR filtering ． def begin ；_______________________________________________________________________________ ； Functional Description ； This routine initializes circular buffers both for data and coeffs. 19 ； ？ ． asg ． asg ． asg begin ． sectfir_prog SSBX OVM SSBX FRCT SSBX SXM RPTZ A.K_FIR_BFFR STL A.*FIR_DATA_P+ ； reset the buffer ； ； Functional Description ； ； This subroutine performs FIR filtering using MAC instruction. ； accumulator A(filter output)=h(n)*x(n1) for l=0， 1， 2.....32 ； ． asg ． asg ． sect fir_prog fir_task： STM STM INLOOP： NOP STM STM LD * ； load the input value fir_filter： STL A.*FIR_DATA_P ； replace oldest sample with newest sampleNOP RPTZ A.(K_FIR_BFFR1) MAC *FIR_DATA_P+.*FIR_COFF_P+.A； filtering STH A.*OUTBUF_P ； output the result of the filtering STM d_data_buffer+ RPTZ A.(K_FIR_BFFR2) DELAY *FIR_DATA_P ； x(n16)=x(n15)， x(n15)=x(n14)， … fir_filter_loop B INLOOP 20 2． 程序的編譯、連接和調(diào)試 在 CCS 環(huán)境下對(duì)所編制的匯編程序進(jìn)行匯編、連接，生成 DSP 芯片的可執(zhí)行文件代碼 [27]。 FIR 濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) 將編譯產(chǎn)生的可執(zhí)行文件下載到 DSP 芯片中，經(jīng)過(guò)運(yùn)行得到如圖 45(b)所示的輸出信號(hào)頻 譜圖，圖 45(a)為輸入信號(hào)的頻譜圖。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 DSP 的基本特征、結(jié)構(gòu)、及其設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行 FIR 數(shù)字濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn)。第二，理論基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。例如 MATLAB 軟件，它是集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算及圖形處理等強(qiáng)大功能為一體的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言，己被算法研究人員、工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用。 23 參考文獻(xiàn) 1 陳后金 .數(shù)字信號(hào)處 理 .北京高等教育出版社， 2021： 34~56 2 Sanjit Digital Signal Processing： A ComputerBased Hill Companies， ~426 3 周利清，蘇菲 .數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ) .北京郵電大學(xué)出版社， 2。 數(shù)字濾波是數(shù)字信號(hào)處理中應(yīng)用比較廣泛的一個(gè)領(lǐng)域，有了本課題的研究基礎(chǔ)，在以后的工作中，可以設(shè)計(jì) FIR 高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和 IIR 濾波器等。第三，掌握各種設(shè)計(jì)軟件的必要性。 通過(guò)對(duì)本課題的研究，關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理方面的理論知識(shí)得到了豐富和提高，熟悉了課題研究的整體思路和方法，認(rèn)識(shí)到進(jìn)行課題研究應(yīng)具備的素質(zhì)。 圖 45(a) 圖 45(b) 圖 45 輸入 /輸出信號(hào)的頻譜圖 21 圖 46(a) 圖 46(b) 圖 46 輸入 /輸出信號(hào)的時(shí)域圖 圖 46(a)為輸入信號(hào)的時(shí)域圖，顯示了三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)疊加 ，圖46(b)為輸出信號(hào)的時(shí)域圖，僅剩余了頻率為 f1的正弦信號(hào)。 圖 44 程序的編譯和連接 圖 44 顯示 ： “ Build plete： 0 errors， 0warning， 0remarks”。filter coefficients COFF_TABLE ． include lowpass\\ FIR_DP ． usect fir_vars.0 d_filin ． usectfir_vars.1 d_filout ． usect fir_vars.1 d_data_buffer ． usect fir_bfr.N。 RTDX 可以在 DSP/BIOS 中使用，也可以脫離DSP/BIOS 使用。 2． DSP/BIOS 和 API 函數(shù)以及 RTDX 插件 DSP/BIOS(Basic Input Output System)和 API(Application Program Interface)函數(shù)為 CCS 的主要插件之一。它最初是由 GO DSP 公司為 TI 的 C6000 系列 DSP 開(kāi)發(fā)的。 3． DSP 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單信號(hào)處理任務(wù)，若采用 DSP 則使成本增加。 17 4．精度高 ： 16 位數(shù) 字系統(tǒng)可以達(dá)到 105級(jí)的精度。 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) DSP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試中不但需要數(shù)字信號(hào)處理方面的理論知識(shí)，而且還要熟悉掌握各種 DSP 芯片、外圍硬件電路以及 DSP 開(kāi)發(fā)工具等。它可以將 DSP 的外部總線周期擴(kuò)展到 7 個(gè)或 14 個(gè)， 這就使得 DSP 可以輕松地和各種慢速設(shè)備接口。 4． 主機(jī)接口 (HPI) HPI 是一個(gè)并行接口，它提供 DSP 和外部主處理器的接口。 3． 時(shí)鐘發(fā)生器 時(shí)鐘發(fā)生器由一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)鎖相環(huán)電路組成。 16 2． 硬件定時(shí)器 硬件定時(shí)器是一個(gè)帶 4 位預(yù)定標(biāo)的 16 位定時(shí)電路。 TMS320C54x 其 片 內(nèi) 存 儲(chǔ) 器 的 種 類(lèi) 主 要 有 以 下 幾 種 ： 雙 訪 問(wèn)RAM(DARAM) ，單訪問(wèn) RAM(SARAM) 和 ROM。在任何一個(gè)空間內(nèi)， RAM， ROM， EPROM， EEPROM 或存儲(chǔ)器映像外設(shè)既可以駐留在片內(nèi)，也可以駐留在片外 [26]。 6．比較選擇存儲(chǔ)單元 CSSU 比較、選擇和存儲(chǔ)單元可以對(duì)累加器的高位字和低位字進(jìn)行比較，使?fàn)顟B(tài)寄存器 ST0 中的測(cè)試 /控制標(biāo)志位 (TC)和轉(zhuǎn)換寄存器 TRN 保持轉(zhuǎn)換記錄狀態(tài)，并將累加器中的最大的數(shù)傳送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。定標(biāo)移位器和指數(shù)編碼器可以在單周期內(nèi)對(duì)累加器中的數(shù)進(jìn)行歸一化操作。每個(gè)累加器可以分為保護(hù)位 (位 39~位 32)、高位字 (位 31~位 16)和低位字 (位 15~位0)。 DSP 不同條件和模式下的狀態(tài)都包含 ST0 和 ST1， PMST 包含存儲(chǔ)器設(shè)置狀態(tài)和控制信息。 1． 算術(shù)邏 輯 單元 (ALU) TMS320C54x 利用一個(gè) 40 位的算術(shù)邏輯單元和兩個(gè) 40 位的累加器來(lái)執(zhí)行二進(jìn)制補(bǔ)