【文章內(nèi)容簡介】 程。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程在設(shè)計(jì) DSP 系統(tǒng)之前，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)、信號處理的要求，對系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)劃分。然后用 C 等高級語言或者 MATLAB,SystemView 等開發(fā)工具模擬所選定的對數(shù)字信號進(jìn)行處理的算法，此處的輸入數(shù)據(jù)是實(shí)際信號經(jīng)采集而獲得的，常以計(jì)算機(jī)文件的形式存儲為數(shù)據(jù)文件。有些算法模擬時(shí)所用的輸入數(shù)據(jù)并不一定為實(shí)際采集的信號數(shù)據(jù)，只要能夠驗(yàn)證算法的可行性，輸入模擬假設(shè)的數(shù)據(jù)也可以。然后根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)算量大小、對精度要求、系統(tǒng)成本及體積、功耗等要求選擇合適的 DSP 芯片及其他組件。再接著進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試，即根據(jù)選定的原件建立原理圖、制作 PCB 板、器件安裝及加電調(diào)試。同時(shí)，用 DSP 匯編語言或者高級 C 語言或二者相嵌套法生成可執(zhí)行程序，用 DSP 仿真器或者軟件模擬器調(diào)試程序。最后，將軟件加載到硬件系統(tǒng)中運(yùn)行，用 DSP 仿真器等來測試檢查所開發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行能否符合實(shí)時(shí)要求，或?qū)④浖撾x開發(fā)系統(tǒng)直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運(yùn)行。 概述TMS320C55x 是 TI 公司在 TMS320VC54x 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的并能與 TMS320VC54x 兼容的一個(gè)系列。TMS320CSSx 通過增加功能單元，增強(qiáng)了 DSP 的運(yùn)算能力，而且性能更好，功耗更低，是目前 TMS320 家族中最省電的芯片。這些特性使其更適合在數(shù)據(jù)速率高，運(yùn)算量大又要求低功耗的 3G 無線通信中應(yīng)用。 結(jié)構(gòu)C55X 的 CPU 是并行結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能，可在一個(gè)指令周期中高速完成多項(xiàng)算術(shù)運(yùn)算。主要由以下幾部分構(gòu)成:(1)40bit 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU:它是 C55X 的大腦，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)各種功能。還有處理溢出的功能，也可以進(jìn)行布爾運(yùn)算或者把這個(gè) 40 位的 ALU 看作為兩個(gè)16 位的 ALU，同時(shí)執(zhí)行兩個(gè) 16 位的操作。(2)2 個(gè) 40bit 累加器 A,B:累加器 A 和 B 存儲來自 ALU 或乘法器/加法器單元的輸出數(shù)據(jù)，也能輸出到 ALU 或者乘法器/累加器中。每個(gè)累加器可以分為低字位(bit1sbit0)、高位字(bit31bit16)和保護(hù)位(bit39bit32)。(3)桶形移位寄存器:它在 ALU 運(yùn)算以前，對來自數(shù)據(jù)存貯器的操作數(shù)或者累加器進(jìn)行定標(biāo)，或?qū)奂悠鞯闹颠M(jìn)行算術(shù)邏輯移位和歸一化處理，或?qū)υ诶奂悠鞯闹祵⒁尜A到存貯器之前進(jìn)行定標(biāo)?？蓪斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行 Obit31bit 的左移和 Obit16bit 的右移。(4)乘法器/加法器單元:由 17bitx17bit 的乘法器、40bit 的加法器、帶符號/無符號輸入控制、小數(shù)控制、零檢測器、舍入器(二進(jìn)制補(bǔ)碼)、溢出/飽和邏輯和 16bit 的暫存器組成。(5)比較、選擇和存貯單元 CSSU:完成累加器的高位字和低位字間的最大值比較，并存貯在數(shù)據(jù)存貯器中，不改變狀態(tài)寄存器 STO 中的測試/控制位和傳送寄存器 TRN 的值。還可利用優(yōu)化的片內(nèi)硬件促進(jìn) Viterbi 型蝶形運(yùn)算。(6)指數(shù)編碼器:為支持單周期指數(shù)運(yùn)算指令(EXP)的專用硬件，累加器中的值以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式在 T 寄存器中存貯，范圍為8bit31bit。(7)CPU 狀態(tài)和控制寄存器:C55X 有三個(gè)，狀態(tài)寄存器 STO、狀態(tài)寄存器 ST1 和處理器工作方式狀態(tài)寄存器 PMST，都是存貯器映像寄存器。STO 反映了尋址要求和計(jì)算中間運(yùn)行狀態(tài)，STl 反映了尋址要求、計(jì)算的初始設(shè)置、I/O 及中斷控制，PMST 反映了處理器工作狀態(tài)。 總線結(jié)構(gòu)C55X 有 8 條 16bit 的總線，即:4 條地址總線(PAB,CAB,DAB,EAB):傳送執(zhí)行指令所需地址。3 條數(shù)據(jù)總線((CB,DB,EB):連接內(nèi)部各單元，即連接 CPU、程序地址產(chǎn)生邏輯、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、片內(nèi)外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲器。其中 CB,DB 傳送讀自數(shù)據(jù)存貯器的數(shù)，EB傳送寫到存貯器的數(shù)。1 條程序總線((PB):從程序存儲器裝載指令碼和立即數(shù)。內(nèi)部存貯器C55X 共有 192K 字的尋址空間，分為大小都是 64K 字 3 個(gè)獨(dú)立的可選擇空間:程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間和 vo 空間，分別用來存放要執(zhí)行的指令和系數(shù)表、指令所用數(shù)據(jù)、連接存貯器映像外圍設(shè)備。在任一個(gè)存貯空間中，RAM,ROM,EPROM,EEPROM 或存貯器映像外圍設(shè)備，都可駐留在片內(nèi)或片外。C55X 片內(nèi)存貯器為隨機(jī)存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM),RAM 一般映射到數(shù)據(jù)空間，但也可組成程序空間。ROM 一般構(gòu)成程序空間，也可部分安排到數(shù)據(jù)空間。RAM 又分為單尋址 RAM(SARAM)和雙尋址 RAM(DARAM)，在同一個(gè)周期內(nèi)，CPU 可以對 DARAM 進(jìn)行讀和寫操作，但對 SARAM 只能進(jìn)行一次讀或?qū)懖僮鳌55X 并行結(jié)構(gòu)和內(nèi)部 RAM 的雙尋址能力，使 CPU 在任一給定的機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行包括 1 次取指、2 次操作數(shù)和 1 次寫操作數(shù)的 4 次存儲器操作。第三章 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理及 MATLAB 的實(shí)現(xiàn) 數(shù) 字 濾 波 器 的 基 本 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu)設(shè)單位脈沖響應(yīng) h(n)長度為 N，輸入信號為 x(n),則 FIR 數(shù)字濾波器就是要實(shí)現(xiàn)下列差分方程：（3）1m=0y(n)h()xn?式（3）就是 FIR 數(shù)字濾波器的差分方程，F(xiàn)IR 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是沒有反饋支路，即沒有環(huán)路，因此它是無條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，其單位脈沖響應(yīng) h(n)是一個(gè)有限長序列。由上面的方程可知，F(xiàn)IR 濾波器實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算，不斷地輸入樣本 x(n),經(jīng)延時(shí)（ ） ，做乘法累加，再輸出濾波結(jié)果 y(n)。1z?對式（3）進(jìn)行 Z 變換，經(jīng)整理后可得 FIR 濾波器的傳遞函數(shù) H(z)為（4）10()()NnnHzhz???由式（4）可以看出，F(xiàn)IR 數(shù)字濾波器一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如下圖 31 所示。圖 31 FIR 數(shù)字濾波器一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù) 字 濾 波 器 的 設(shè) 計(jì) 方 法FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)和頻率采樣等設(shè)計(jì)方法，其中窗函數(shù)設(shè)計(jì)法是最基本的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì) FIR 濾波器時(shí)，一個(gè)最重要的計(jì)算就是加窗，其中采用矩形窗是最直接也是最簡便的方法。本文主要采用矩形窗設(shè)計(jì)方法。 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的基本思想窗函數(shù)的設(shè)計(jì)思想是選擇一種合適的理想頻率特性的濾波器，然后截?cái)嗨拿}沖得到一個(gè)線性相位和因果的濾波器。因此這種方法關(guān)鍵在于選擇某種合適的窗函數(shù)和一種理想濾波器。對于給定的濾波器的技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長度具有最窄主瓣寬度和盡可能小的旁瓣衰減的某個(gè)窗函數(shù)?，F(xiàn)介紹如下。首先設(shè)希望逼近的濾波器頻率響應(yīng)函數(shù)為 ，其單位脈沖響應(yīng)是 。()jwdHe()dhn（5）()jwjnddneh?????（6）1()()2ccwjwjnddhnHe????如果能夠由已知的 求出 ，經(jīng)過 Z 變換可得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。但jwde)dhn通常以理想的濾波器作為 ，其幅度特性逐段恒定，在邊界頻率處有不連續(xù)點(diǎn)，(j因而 是無限時(shí)寬的，且是非因果序列。()dhn然而我們實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器的單位脈沖響應(yīng)為 h(n)，長度為 N，其系數(shù)函數(shù) H(z)為（7）10()()NnnHzhz????這樣用一個(gè)有限長的序列 h(n)去代替 ，肯定會引起誤差，表現(xiàn)在頻域就是通常所d說的吉布斯效應(yīng)。這種吉布斯效應(yīng)是由于將 直接截?cái)嘁鸬模虼?，也稱為截?cái)?)dh效應(yīng)。如何構(gòu)造窗函數(shù) w(n)，用來減少截?cái)嘈?yīng)，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足技術(shù)要求的 FIR 線性相位濾波器。 幾種常見的窗函數(shù)采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法關(guān)鍵在于選擇某種合適的窗函數(shù)和理想的濾波器。常見的窗函數(shù)有 [5]：矩形窗、三角形窗、漢寧窗、哈明窗、布萊克曼窗、凱塞窗。這六種窗函數(shù)的基本參數(shù)如表 1。.表 1 六種窗函數(shù)的基本參數(shù)過渡帶寬度 tB窗函數(shù)類型 旁瓣峰值/dBna近似值 精確度 阻帶最小衰減 /dBsa矩形窗 13 4 /N? /N?21三角窗 25 8 /N /N 25漢寧窗 31 8 /N /N 44哈明窗 41 8 /N /N 53布萊克曼窗 57 12 /N 11 /N 74凱塞窗 57 10 /N?80表中過渡帶和阻帶最小衰減是用對應(yīng)的窗函數(shù)設(shè)計(jì)的 FIR 數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)指標(biāo)。MATLAB 信號處理工具箱提供了十四種窗函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù)，下面列出上述六種窗函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù)及調(diào)用格式：wn=boxcar(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的矩形窗函數(shù) w(n)wn=bartlett(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的三角窗函數(shù) w(n)wn=banning(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的漢寧窗函數(shù) w(n)wn=hamming(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的哈明窗函數(shù) w(n)wn=blackman(N)%列向量 wn 中返回長度為 N 的布萊克曼窗函數(shù) w(n)wn=kaiser(N,beta)%列向量 wn 中返回長度為 N 的凱塞窗函數(shù) w(n) 窗函數(shù)的選擇原則第一：具有較低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度。第二：旁瓣幅度下降要盡可能大，以利于增加阻帶衰減。第三：主瓣的寬度要盡可能窄，以獲得較陡的過渡帶。通常情況下上述三點(diǎn)很難同時(shí)滿足，當(dāng)選擇主瓣寬度較窄時(shí)，雖然得到了較陡的過渡帶，