【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 就可以下載到 DSP 目標(biāo)板中運(yùn)行 [12]。 MATLAB 提供了相應(yīng)的子 程序來實(shí)現(xiàn)窗函數(shù)，例如： wd=boxcar(N) % 數(shù)組 wd 中返回 N 點(diǎn)矩形窗函數(shù) wd=triang(N) % 數(shù)組 wd 中返回 N 點(diǎn)三角窗函數(shù) wd=hanning(N) % 數(shù)組 wd 中返回 N 點(diǎn)漢寧窗函數(shù) wd=hamming(N) % 數(shù)組 wd 中返回 N 點(diǎn)哈明窗函數(shù) wd=Blackman(N) % 數(shù)組 wd 中返回 N 點(diǎn)布萊克曼窗函數(shù) wd=kaiser(N， beta) % 數(shù)組 wd 中返回給定 beta 值時(shí) N 點(diǎn)凱澤窗函數(shù) 這些函數(shù)的輸入一般只要窗函數(shù)的長(zhǎng)度 N 就夠了，只有凱澤窗還需要規(guī)定 beta值。輸出單元就是中心值歸一化為 1 的窗函數(shù)序列 wd，它是列向量 。 MATLAB是用顏色區(qū)分并標(biāo)注各條曲線的，在黑白印刷時(shí)無法表示。用戶可以在計(jì)算機(jī)上得到相似的以不同顏色區(qū)分的圖形 。 基于 MATLAB 的 FIR濾波器的設(shè)計(jì) 前文中已簡(jiǎn)要介紹了 MATLAB 軟件，及其 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，在本小節(jié)中將使用 MATLAB 來進(jìn)行 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。 MATLAB 中的 fdatool 工具集成了數(shù)字濾波器的各種設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程。本文利用 MATLAB 中的 fdatool 工具設(shè)計(jì)一個(gè) fir 數(shù)字低通濾波器。 FIR 濾波器的 MATLAB 仿真 為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的濾波器是否滿足要求，用 MATLAB 進(jìn)行仿真。 FIR 低通濾波器的仿真程序如下 (文件名為 )： f1=。 f2=。 f3=。 T=1。 %采樣間隔 n=0:T:400。 %采樣間隔 T=1； 采樣頻率 fs=1/T=1 fs=1/T。 kf=fs/2。 %采樣頻率的一半。用于設(shè)計(jì)指標(biāo)歸一化 x=sin(2*pi*f1*n)+sin(2*pi*f2*(n2))cos(2*pi*f3*(n+2))。 %產(chǎn)生輸入信號(hào) Xk=fft(x)。 %輸入信號(hào)的頻譜分析 hn=[, , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ,... , , ] y=filter(hn,1,x)。 Yk=fft(y)。 subplot(2,1,1)。 plot(n,abs(Xk))。 subplot(2,1,2)。 plot(n,abs(Yk))。 在 MATLAB 環(huán)境下運(yùn)行 文件，可得 33 圖。 0 50 100 150 200 250 300 350 4000501001502000 50 100 150 200 250 300 350 400050100150200 圖 33 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。從上下兩圖中可以看出，經(jīng)過濾波后輸入信號(hào)的兩個(gè)高頻成分 f f3 被濾除，說明所設(shè)計(jì)的濾波器滿足要求。 本章小結(jié) 本章介紹了 MATLAB 軟件，及其 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法， 并 使用MATLAB 進(jìn)行 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 和仿真 。 第四章 數(shù)字濾波器的 DSP 實(shí)現(xiàn) 數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor)是一種適合對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其主要用來實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。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。 數(shù)字信號(hào)處理器與數(shù)字信號(hào)處理有著密不可分的關(guān)系，我們通常說的 “ DSP”可以指數(shù)字信號(hào)處理 (Digital Signal Processing)，也可以代表數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor)在本文里均指數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字信號(hào)處理是一門包括了許多學(xué)科并應(yīng)用于很多領(lǐng)域的學(xué)科，是指利 用計(jì)算機(jī)或是專用處理設(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、采集、合成、變換、濾波、估值、壓縮、識(shí)別等處理，得到符合要求的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理器是用于處理數(shù)字信號(hào)的器件，因此它是伴隨著數(shù)字信號(hào)處理才產(chǎn)生的。 DSP 發(fā)展歷程大致分為三個(gè)階段 ： 20 世紀(jì) 70 年代理論先行， 80 年代產(chǎn)品普及和 90 年代的突飛猛進(jìn)。在 DSP 出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)處理只能依靠微處理器 (MPU)來完成。但 MPU 較低的處理速度無法滿足高速實(shí)時(shí)的要求。因此，直到 20 世紀(jì) 70 年代，有人才提出了 DSP 的理論和算法基礎(chǔ)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 1982 年世 界上誕生了第一片 DSP 芯片。幾年后，第二代基于 CMOS 工藝的 DSP 芯片應(yīng)運(yùn)而生。 80 年代后期，第三代 DSP 芯片問世。 90 年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代 DSP 器件。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展， DSP 產(chǎn)品的應(yīng)用己擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素 。 TMS320C5510 簡(jiǎn)介 TMS320C5510 是 C55x 系列中的第一個(gè)產(chǎn)品，采用雙乘累加單元 (MAC)結(jié)構(gòu) 。整個(gè)處理器內(nèi)部分為 5 個(gè)大的功能單元：存儲(chǔ)器緩沖單元 (M)、指令緩沖單元 (I)、程序控制單元 (P)、地址生 成單元 (A)和數(shù)據(jù)計(jì)算單元 (D)，各個(gè)功能單元之間通過總線連接。 TMS320C5510 中共有 12 條總線： 1 條 32 位程序數(shù)據(jù)總線 (PB)，1 條 24 位程序地址總線 (PAB)， 5 條 16 位的數(shù)據(jù)總線 (BB、 CB、 DB、 EB、 FB)和 5 條 24 位的數(shù)據(jù)地址總線 (BAB、 CAB、 DAB、 EAB、 FAB)。 作為嵌入式芯片的一種， DSP 芯片是一種非常適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理器芯片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算。其顯著特點(diǎn)可以歸納如下： 1．哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮諾曼 (Von Neuman)結(jié)構(gòu) 的并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。 2．流水線 與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)， DSP 芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí)間，從而增強(qiáng)了處理器的處理能力 。 TMS320 系列處理器的流水線深度從 26 級(jí)不等。第一代TMS320 處理器采用二級(jí)流水線，第二代采用三級(jí)流水線，而第三代則采用四級(jí)流水線。也就是說，處理器可以并行處理 26 條指 令，每條指令處于流水線上的不同階段。 3．專用的硬件乘法器 在一般形式的 FIR 濾波器中，乘法是 DSP 的重要組成部分。對(duì)每個(gè)濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快， DSP 處理器的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來實(shí)現(xiàn)的，故需許多個(gè)指令周期來完成。相比而言， DSP 芯片的特征就是有一個(gè)專用的硬件乘法器。 4．特殊的 DSP 指令 DSP 芯片的另一個(gè)特征是采用特殊的指令。例如 TMS320C10 中的 LTD 指令，可單周期完成加載寄存器、數(shù)據(jù)移動(dòng)、同時(shí)累加操作。還有 DMOV 指令，它完成數(shù)據(jù)移 位功能。在數(shù)字信號(hào)處理中，延遲操作非常重要，這個(gè)延遲就是由DMOV 指令來實(shí)現(xiàn)的 [9]。 5．快速的指令周期 哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP 指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使 DSP 芯片的指令周期縮短到 200ns 以下?，F(xiàn)在，許多 DSP 處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的 200ns 降低至現(xiàn)在的 20ns 以下，甚至在 10ns 以內(nèi)?？焖俚闹噶钪芷谑沟?DSP 芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多 DSP 應(yīng)用。 6．面向寄存器和累加器 DSP 所使用的不是一般的寄存器文件，而是專用寄存器，較新的 DSP 產(chǎn)品都有類似于 RISC 的寄存 器文件。許多 DSP 還有大的累加器，可以在異常情況下對(duì)數(shù)據(jù)溢出進(jìn)行處理。 、后臺(tái)處理 DSP 支持復(fù)雜的內(nèi)循環(huán)處理，包括建立起 X、 Y 內(nèi)存和分址 /循環(huán)計(jì)數(shù)器。一些DSP 在做內(nèi)循環(huán)處理中把中斷屏蔽了，另一些則以類似后臺(tái)處理的方式支持快速中斷。許多 DSP 使用硬連線的堆棧來保存有限的上下文，而有些則用隱蔽的寄存器來加快上下文轉(zhuǎn)換時(shí)間。 DSP 設(shè)法避免了大型緩沖器或復(fù)雜的內(nèi)存接口，減少了內(nèi)存訪問。一些 DSP 的內(nèi)循環(huán)是在其單片內(nèi)存中重復(fù)執(zhí)行指令或循環(huán)操作部分代碼，它多采用 SRAM而不是 DRAM，因?yàn)榍罢呓涌诟?jiǎn)便。 2021 年 3 月，德州儀器（ TI）公司推出了高性能低功耗的 TMS320C55x 芯片 [10]。 其性能可以達(dá)到 400－ 800MIPS，但功耗低到 mW/MIPS。 TMS320 系列包括定點(diǎn)、浮點(diǎn)和多處理器等三種類型的數(shù)字信號(hào)處理器。它的結(jié)構(gòu)是專門針對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，具有指令靈活、可操作性強(qiáng)、速度快以及支持并行運(yùn)算和 C語言等特點(diǎn)，是性價(jià)比較高的一類 DSP，在通信設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 C5000系列 DSP 是針對(duì)個(gè)人便攜設(shè)備而設(shè)計(jì)的，如音樂播放器、 3G 蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、