【正文】 理中，DSP 處理器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：1．哈佛結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的微處理器通常采用馮諾曼總線結(jié)構(gòu)：統(tǒng)一的程序和數(shù)據(jù)空間，共享的程序和數(shù)據(jù)總線。其中尤以 TI 公司生產(chǎn)的系列 DSP 芯片應(yīng)用最為廣泛。DSP 程序編寫完成好，需要對程序進(jìn)行調(diào)試和仿真。? 將代碼和數(shù)據(jù)加載到 DSP 芯片中?？梢杂盟鼇韺?shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)視一個(gè) DSP應(yīng)用程序，同時(shí)對實(shí)時(shí)性能的影響達(dá)到最小。而且，CCS 能自動(dòng)查找工程所需要的頭文件，并將它加入工程中。本文是在 ICETEK6713A 評估板和 CCS 的軟件仿真環(huán)境下所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。各章節(jié)的安排如下：第一部分 重點(diǎn)介紹論文的選題背景、目的和意義、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢，以及本文的主要研究內(nèi)容等。 CCS 集成開發(fā)環(huán)境。1997 年開始有真正符合 USB 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)出現(xiàn)。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代 DSP 芯片所必須有的單周期乘法器。世界上第一片單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811。最常用的 DSP 芯片有 TI 公司的 TMS320C6713 系列，AD 公司的 ADSP218X 系列以及 DSPG 公司開發(fā)的 OAK 系列。語音編碼產(chǎn)品化的過程比語音識別來的容易，因此其研究成果能很快轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用，對通信領(lǐng)域的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。由上可知，由于一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在以上諸多問題，因此采用 DSP 作為控制器，而采用 USB 和上位機(jī)相連接將是以后數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的發(fā)展方向?？刂破饕话悴捎脝纹瑱C(jī)，單片機(jī)的字長也由 4 位、8 位、16 位向著 32 位發(fā)展，對于大多數(shù)的場合來說己經(jīng)能夠滿足要求了，同樣，單片機(jī)也有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、接口擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。用USB 作通信總線，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)熱插拔、擴(kuò)展方便，特別適合便攜式計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)既滿足實(shí)時(shí)性，又滿足易擴(kuò)展性，有一定的實(shí)用價(jià)值。利用 USB 可以實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)方式更有效、更經(jīng)濟(jì)、更多擴(kuò)展的 PC 外設(shè)與 PC 相連。 DSP。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號存儲、處理及再現(xiàn)，是數(shù)字信號處理的重要組成部分，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是，這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍采用的是 PC 上的 RS485 總線、ISA 總線、PCI 總線、Firewire 等。DSP 的突出特色包括哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)、流水線操作、獨(dú)立硬件乘法器、零開銷循環(huán)等。采樣包含于采集之中，要進(jìn)行采集必須先進(jìn)行采樣，因此，采樣而來的數(shù)據(jù)要能真實(shí)反映原始信號的信息。采 集 模 塊 I D E 或 S C S I 接 口板 接 硬 盤P C I 接 口上 機(jī) 位 系 統(tǒng) 圖 1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)存盤系統(tǒng)原理框圖另一方面，板卡式的數(shù)據(jù)采集卡，多通過系統(tǒng)總線也就是 1/0 通道總線、微型計(jì)算機(jī)總線或者是板級總線和上位機(jī)插槽上的各個(gè)擴(kuò)充板卡相連，常用的有PCI、SIA、EISA 等。到了 1980 年美國政府公布了一種 LPC10 以后，整個(gè)語音編碼技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，人們夢寐以求的在普通電話帶寬信道中傳輸數(shù)字電話的愿望終于變成現(xiàn)實(shí)。它以 8 位機(jī)或 16 位機(jī)為計(jì)算核心，外加 AD/轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換及存儲器。 DSP 發(fā)展?fàn)顩rDSP 芯片，即數(shù)字信號處理芯片，也稱為數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。其結(jié)構(gòu)特征如下：，依曼結(jié)構(gòu)有更高的指令執(zhí)行速度； 大多采用了流水線技術(shù)。如果新接口是建立在舊接口的基礎(chǔ)上，則不僅可以節(jié)省開發(fā)的時(shí)間及成本，而且用戶也比較能夠接受。在微軟公司與英特爾公司推出的 PC，99 的硬件體系規(guī)范和 PC，99 的軟件規(guī)范都包含對 USB 的支持。 USB 串行接口實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，較傳統(tǒng)的 SIA、PCI 并口而言，提高了數(shù)據(jù)傳輸率。第三部分 重點(diǎn)介紹本系統(tǒng)中所采用的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 CCS集成開發(fā)環(huán)境CCS 集成開發(fā)環(huán)境支持編輯、編譯、匯編、鏈接和調(diào)試 DSP 程序的整個(gè)開發(fā)過程，它還允許編輯 C 代碼和匯編源代碼，還可以在 C 代碼之后顯示與之對應(yīng)的匯編指令。軟件仿真器方式可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機(jī)上模擬 DSP 的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。DSP/BIOS 同時(shí)提供基于優(yōu)先級的調(diào)度方案，支持函數(shù)的周期性執(zhí)行和多優(yōu)先級線程。? 提供主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。硬件仿真是利用開發(fā)系統(tǒng)將代碼直接下載到目標(biāo)板上，在芯片中直接運(yùn)行，仿真速度快，且仿真結(jié)果與系統(tǒng)實(shí)際一致。式中 fs為采樣頻率，f max為輸入信號的最高頻率分量的頻率。DSP 處理器采用的是程序與數(shù)據(jù)總線分離的哈佛總線結(jié)構(gòu)，能同時(shí)取指和取操作數(shù)，并行處理指令和數(shù)據(jù)，大大提高了程序效率。多功能單元為了進(jìn)一步提高速度，可以在 CPU 內(nèi)設(shè)置多個(gè)并行操作的功能單元（ALU 乘法器、地址產(chǎn)生器等），如 TI 的 DM642 系列 DSP 內(nèi)部有 8 個(gè)功能單元，包括 2 個(gè)乘法器和 6個(gè) ALU。現(xiàn)代微處理器內(nèi)部一般不設(shè)存儲程序的 ROM 和存儲數(shù)據(jù)的 RAM，因?yàn)樘幚砥鞯某绦蛞话愣己艽?，片?nèi)存儲器不會給處理器性能帶來明顯改善。USB 控制器一般有兩種類型：一種是 MCU 集成在芯片里面的，如 Intel 的 SX93OAX，CYPRESS 的 EZUSB，SIEMENS 的 C541U 以及 MOTOLORA、National Semiconductors 等公司的產(chǎn)品，但是這種芯片價(jià)格相對較為昂貴；另一種就是純粹的 USB 接口芯片，僅處理 USB 通信，如 PHILIPS 的 PDIUSBD11（I 2C 接口）、PDIUSBD11A，PDIUSBD12（并行接口），National Semiconductor 的 USBN9602，USBN9603，USBN9604 等，價(jià)格低廉。它一般用在微控制系統(tǒng)中，通過并行接口和控制器進(jìn)行高速通訊，也支持本地 DMA 傳輸。USB 的連接（對高速 USB 設(shè)備）可以通過片內(nèi)集成的 上拉電阻來實(shí)現(xiàn)，建立連接命令可以通過外部控制器來發(fā)出，重新初始化不要求把設(shè)備拔出。其中輸入信號調(diào)理模塊主要是對被采集的模擬信號進(jìn)行調(diào)理（如電平變換和濾波） ，以滿足數(shù)字電路對信號的要求；數(shù)字信號處理模塊是對輸入的信號采集和部分處理，主要由 DSP 和一些必要的外設(shè)組成，DSP 主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的邏輯、時(shí)序控制、數(shù)據(jù)采集及一些實(shí)時(shí)處理；擴(kuò)展存儲模塊暫時(shí)存儲采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)完整性檢測等操作后傳遞到 USB模塊：USB 模塊負(fù)責(zé)傳遞控制命令和將 DSP 采集并處理數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中；上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和采集數(shù)據(jù)的接收，并可以進(jìn)一步分析處理，得到所需的結(jié)果。6）上位機(jī)對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并根據(jù)需要是否啟動(dòng)下一次采集處理。這種多級緩沖方法使得片內(nèi)數(shù)據(jù)搬移和片外數(shù)據(jù)通信可以同時(shí)進(jìn)行。GNDDSP_BE0DSP_ED[31:0]DSP_BE1DSP_EA[13...11,9...0]DSP_SDA10DSP_CE2DSP_SDCASDSP_SDRASDSP_SDWEGNDDSP_BE2DSP_BE3DSP_SDCLK10KR73DSP_ED0DSP_ED1DSP_ED2DSP_ED3DSP_ED4DSP_ED5DSP_ED6DSP_ED7DSP_ED8DSP_ED9DSP_ED10DSP_ED11DSP_ED12DSP_ED13DSP_ED14DSP_ED15DSP_ED16DSP_ED17DSP_ED18DSP_ED19DSP_ED20DSP_ED21DSP_ED22DSP_ED23DSP_ED24DSP_ED25DSP_ED26DSP_ED27DSP_ED28DSP_ED29DSP_ED30DSP_ED31DSP_EA2DSP_EA3DSP_EA4DSP_EA5DSP_EA6DSP_EA7DSP_EA8DSP_EA9DSP_EA10DSP_EA11DSP_EA13DSP_SDA10DSP_EA14DSP_EA15DSP_EA2DSP_EA3DSP_EA4DSP_EA5DSP_EA6DSP_EA7DSP_EA8DSP_EA9DSP_EA10DSP_EA11DSP_EA13DSP_EA14DSP_EA15VDD1DQ0 2VDDQ3DQ1 4DQ25VSSQ6DQ3 7DQ48VDDQ9DQ5 10DQ611VSSQ12DQ7 13VDD14DQML15 WE16CAS17 RAS18CS19BA020 BA121A1022A023 A124A225 A326 VDD27VSS54DQ15 53VSSQ52DQ14 51DQ13 50VDDQ49DQ12 48DQ11 47VSSQ46DQ10 45DQ9 44VDDQ43DQ8 42VSS41NC 40DQMH39CLK38 CKE37NC 36A1135A934 A833 A732A631 A530 A429VSS28VDD1DQ0 2VDDQ3DQ1 4DQ25VSSQ6DQ3 7DQ48VDDQ9DQ5 10DQ611VSSQ12DQ7 13VDD14DQML15 WE16CAS17 RAS18CS19BA020 BA121A1022A023 A124A225 A326 VDD27VSS54DQ15 53VSSQ52DQ14 51DQ13 50VDDQ49DQ12 48DQ11 47VSSQ46DQ10 45DQ9 44VDDQ43DQ8 42VSS41NC 40DQMH39CLK38 CKE37NC 36A1135A934 A833 A732A631 A530 A429VSS28MT48LC4M16A2MT48LC4M16A2圖 12 TMS320C6713 與 MT48LC4M16A2 的接口電路原理在設(shè)計(jì)的核心系統(tǒng)中， SDRAM 時(shí)鐘由 SDCLK 提供；DSP_CLKOUT1=120 MHz；SDRAM 時(shí)鐘頻率為 SDCLK=CLKOUT2 =60MHz。當(dāng) RESET 為低時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位初始化狀態(tài)。20KR2GNDWDO 5RESET 7WDI 6PFO 8MR1VCC2GND3PFI4MAX706TU710KR74R76GND12 34SW110uFRC12DSP_RESET圖 14 MAX706T 組成的復(fù)位電路4 DSP 的音頻采集與處理 語音信號的線性預(yù)測分析 語音線性編碼的原理線性預(yù)測分析（LPALinear Predictive Analysis）的基本思想是語音信號的每個(gè)取樣值能夠用過去若干個(gè)取樣值的線性組合（預(yù)測值）來逼近。假設(shè)語音波形以一定的時(shí)間間隔 T 采樣得到的信號為 x（n） （n =0,1…），語音信號當(dāng)前時(shí)刻的采樣值 x（n）與鄰近的 M 個(gè)過去時(shí)刻的采樣點(diǎn)上的值 x（n1），x（n2）……x（nM）相關(guān)，也就是說：x（n）可以由 x（nk）（k=1,2,…M）的線性組合近似表示： ()() ()12M()[ +)Maxnanan??????…()1Mk??^這種線性組合所得到的值被稱為語音信號 x（n）的線性預(yù)測，或稱為預(yù)測值。以十進(jìn)制的例子解釋此編碼方式對數(shù)據(jù)的壓縮作用：假設(shè)有 10 個(gè)數(shù)據(jù)位數(shù)是 2 位的十進(jìn)制采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)：11，12，19，18，20，16，21，25，30，28。用以上編碼方式編碼后的數(shù)據(jù)長度主要取決于基值序列和差值序列的長度。for(i=0。}}2. 中斷向量表 文件核心代碼如下：.seet”.vectors”.ref_c_int00 //C 中斷入口點(diǎn).align 0x80 //與頁邊界對齊.global_ComPress //申明數(shù)據(jù)壓縮中斷響應(yīng)函數(shù)標(biāo)志RESET:BD_c_int00 //跳轉(zhuǎn) c 入口點(diǎn)STM200，SP //堆棧大小為 200into: BD_Compress //跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序PSHM STOPSHM ST!3. 主函數(shù)代碼如下，是一個(gè)死循環(huán)，系統(tǒng)在此等待數(shù)據(jù)壓縮中斷請求到來。IECTE 板是一塊需要外部提供+5V 直流電源的獨(dú)立的開發(fā)板，在板線性穩(wěn)壓器提供 直流的 DSP 內(nèi)核電壓， 直流數(shù)字和 SV 直流模擬電壓。主程序當(dāng)然是整個(gè)程序的核心，它的作用涉及數(shù)據(jù)的讀/寫和具體的處理過程以及中斷的設(shè)置、寄存器的配置等；中斷向量表主要作用是告知程序中斷跳轉(zhuǎn)的位置，顯而易見，如果在主程序中已經(jīng)設(shè)置，則不再需要配置中斷向量表；命令鏈接文件（.cmd）的主要作用是分配存儲空間，比如存儲器的第 O 頁分配作程序空間，第 1 頁分配作數(shù)據(jù)空間，以及各個(gè)段將要放在哪兒（如，text 段放在數(shù)據(jù)空間），這個(gè)文件對每個(gè)工程來說都是必須的。圖 20 為 Matlab 環(huán)境下，5kHz 采樣即 FFT 長度為 8000 點(diǎn)加漢明窗顯示的一段語音的時(shí)域