【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 也可以。 然后根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)算量大小、對(duì)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(yǔ)言或者高級(jí) C 語(yǔ)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(lái)測(cè)試檢查所開(kāi)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(kāi)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(lái)的并能與 TMS320VC54x 兼容的一個(gè) 系列。 TMS320CSSx 通過(guò)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(wú)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(duì)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(chǔ)來(lái)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(duì)來(lái)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?duì)輸入數(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(hào) /無(wú)符號(hào)輸入控制、小數(shù)控制、零檢測(cè)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(cè)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(chǔ)器。其中 CB,DB 傳送讀自數(shù)據(jù)存貯器的數(shù)， EB傳送寫(xiě)到存貯器的數(shù)。 1 條程序總線 ((PB):從程序存儲(chǔ)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(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 vo 空間，分別用來(lái)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(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)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(duì) DARAM 進(jìn)行讀和寫(xiě)操作，但對(duì) SARAM 只能進(jìn)行一次讀或?qū)懖僮鳌?C55X 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(xiě)操作數(shù)的 4次存儲(chǔ)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) 設(shè)單位脈沖響應(yīng) h(n)長(zhǎng)度為 N，輸入信號(hào)為 x(n),則 FIR 數(shù)字濾波器就是要實(shí)現(xiàn)下列差分方程： N 1m = 0y (n )= h (m )x (n m )?（ 3） 式（ 3）就是 FIR 數(shù)字濾波器的差分方程， FIR 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是沒(méi)有反饋支路，即沒(méi)有環(huán)路，因此它是無(wú)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(zhǎng)序列。由上面的方程可知， FIR 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)（ 1z? ），做乘法累加，再輸出濾波結(jié)果 y(n)。 對(duì)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 10( ) ( )N nnH z h n z? ??? ?（ 4） 由式（ 4）可以看出， FIR 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(jiǎn)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(duì)于給定的濾波器的技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長(zhǎng)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)。現(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 ()jwdHe ，其單位脈沖響應(yīng)是 ()dhn。 ( ) ( )jw jw nddnH e h n e? ?? ??? ? （ 5） 1( ) ( )2ccw jw jwnddwh n H e e d w??? ? （ 6） 如果能夠由已知的 ()jwdHe 求出 ()dhn， 經(jīng)過(guò) Z 變換可得到濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。但通常以理想的濾波器作為 ()jwdHe ，其幅度特性逐段恒定，在邊界頻率處有不連續(xù)點(diǎn)，因而 ()dhn是無(wú)限時(shí)寬的，且是非因果序列。 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(zhǎng)度為 N，其系數(shù)函數(shù) H(z)為 10( ) ( )N nnH z h n z? ??? ? （ 7） 這樣用一個(gè)有限長(zhǎng)的序列 h(n)去代替 ()dhn，肯定會(huì)引起誤差，表現(xiàn)在頻域就是通常所說(shuō)的吉布斯效應(yīng)。這種吉布斯效應(yīng)是由于將 ()dhn直接截?cái)嘁鸬?，因此，也稱為截?cái)嘈?yīng)。如何構(gòu)造窗函數(shù) w(n)，用來(lái)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(jiàn)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(jiàn)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) 窗函數(shù)類型 旁瓣峰值 na /dB 過(guò)渡帶寬度 tB 阻帶最小衰減 sa /dB 近似值 精確度 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(guò)渡帶和阻帶最小衰減是用對(duì)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(hào)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(zhǎng)度為 N的矩形窗函數(shù) w(n) wn=bartlett(N)%列向量 wn 中返回長(zhǎng)度為 N 的三角窗函數(shù) w(n) wn=banning(N)%列向量 wn中返回長(zhǎng)度為 N的漢寧窗函數(shù) w(n) wn=hamming(N)%列向量 wn中返回長(zhǎng)度為 N的哈明窗函數(shù) w(n) wn=blackman(N)%列向量 wn中返回長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)渡帶，但是通帶和阻帶明顯增加；當(dāng)選用最小的旁瓣幅度時(shí)雖然能得到勻滑幅度響應(yīng)和較小的阻帶波動(dòng)，但過(guò)渡帶又加寬了。因此我們?cè)谶x擇窗函數(shù)往往時(shí)折中選擇。在保證主瓣寬度達(dá)到一定要求的條件下，適當(dāng)?shù)臓奚靼陮挾葋?lái)?yè)Q取旁瓣勻滑幅度響應(yīng)和波動(dòng)減少。 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器的步驟 窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器的步驟如下： （ 1）根據(jù)對(duì)阻帶衰減及過(guò)渡帶的 指標(biāo)要求，選擇窗函數(shù)的類型，并估計(jì)