【正文】 PY 。相乘APAC 。將乘法結(jié)果加到ACC中其他三條指令用來將乘數(shù)裝入到乘法器電路( LT)，移動(dòng)數(shù)據(jù)(DMOV)以及將乘法結(jié)果(存在乘積寄存器P中)加到ACC中(APAC)。 (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。，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來實(shí)現(xiàn)的。TMS32010中的另一個(gè)特殊指令是LTD，它在一個(gè)指令周期內(nèi)完成LT、DMOV和APAC三條指令。LTD和MPY指令可以將FIR濾波器抽頭計(jì)算從4條指令降為2條指令。在第二代處理器中，如TMS320C25，增加了2條更特殊的指令，即RPT和MACD指令，采用這2條特殊指令，可以進(jìn)一步將每個(gè)抽頭的運(yùn)算指令數(shù)從2條降為1條：RPTK 255 ；重復(fù)執(zhí)行下條指令256次MACD ；LT, DMOV, MPY 及 APAC(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芯片的指令周期在200ns 以下。TMS320系列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。快速的指令周期使得DSP芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多DSP應(yīng)用。 DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)DSP系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)的，因此不但具有數(shù)字處理的全部?jī)?yōu)點(diǎn)而且還具有以下特點(diǎn):(1) 接口方便：DSP應(yīng)用系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，它與這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多；(2) 編程方便：DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中能靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)；(3) 穩(wěn)定性好：DSP應(yīng)用系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度及噪聲的影響較小、可靠性高；(4) 精度高：16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到105級(jí)的精度；(5) 可重復(fù)性好：模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化的影響比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測(cè)試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)；(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。當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)處理也存在一些缺點(diǎn)。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。DSP系統(tǒng)中的高速時(shí)鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且DSP系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP技術(shù)更新速度快，對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)要求高，開發(fā)和測(cè)試工具還有待進(jìn)一步完善。 TMS320C5402簡(jiǎn)介TMS320C5402是TI公司20世紀(jì)90年代中后期為了實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能而專門設(shè)計(jì)的定點(diǎn)DSP芯片。該芯片內(nèi)部是哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)空間和程序空間是相對(duì)獨(dú)立的。其主要特點(diǎn)包括：優(yōu)化的CPU 結(jié)構(gòu)。內(nèi)部有一個(gè)40位ACU 單元，兩個(gè)40位累加器，兩個(gè)40位加法器，一個(gè)1717的乘法器和一個(gè)40位桶形移位器。并且內(nèi)部還集成了維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度。TMS320C5402指令集特別適合數(shù)字信號(hào)處理和其他大運(yùn)算量的應(yīng)用。指令集包括129種指令，由四大類指令組成：算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算，程序控制，裝入與存儲(chǔ)指令。其中具有特色的指令有：32位長(zhǎng)操作數(shù)指令、同時(shí)讀取2操作數(shù)和3操作數(shù)的指令、帶并行存儲(chǔ)和并行裝入的功能、條件存儲(chǔ)指令以及快速中斷返回。 TMS320C5402編程芯片TMS320C5402有7種尋址方式可供利用：立即數(shù)尋址、絕對(duì)尋址、直接尋址、累加器尋址、間接尋址、存儲(chǔ)器映像寄存器尋址、堆棧尋址。其中絕對(duì)尋址、直接尋址、間接尋址和存儲(chǔ)器映像寄存器尋址在編程中用的比較頻繁。而在一般的情況下，應(yīng)首先使用間接尋址和存儲(chǔ)器映像寄存器尋址，因?yàn)檫@樣可以節(jié)省指令周期。在使用直接尋址時(shí)，一般選用DP寄存器的直接尋址(DP—Referenced Addressing)方式。此時(shí)，存儲(chǔ)器被分為512頁，頁內(nèi)地址0～ 127，這樣一個(gè)確定的地址由DP值和指令的地址域兩部分確定。所以選取DP值的直接尋址方式時(shí)，須設(shè)定DP值，這樣在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)比較麻煩，通用的做法是采用TMS320C5402提供的偽指令功能，因?yàn)閭沃噶畈徽加贸绦虻膱?zhí)行空間和時(shí)間。加上TMS320C5402的多總線技術(shù)，提供了很多單字單指令周期的并行指令，如并行裝入和存儲(chǔ)指令、并行存儲(chǔ)與加／減指令、并行存儲(chǔ)與乘指令，在程序中恰當(dāng)?shù)丶尤脒@些指令，可以提高程序的執(zhí)行效率。在實(shí)驗(yàn)過程中，濾波器的通帶截止頻率和阻帶下限截止頻率分別為200Hz和500Hz。另外，C5402芯片在使用MAC或MAS指令時(shí)，首先對(duì)乘法結(jié)果進(jìn)行溢出保護(hù)，即8000H8000H得到結(jié)果7FFF FFFFH，然后再進(jìn)行并行的加或減的運(yùn)算。這樣就在改進(jìn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步有效地減少了溢出，提高了IIR濾波器的性能。一般IIR濾波器對(duì)輸入信號(hào)有衰減，但改進(jìn)后的幾乎不衰減輸入信號(hào)。 DSP硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì)(1) 電源電壓的要求，外部I/。在設(shè)計(jì)的過程中需要采用雙電源機(jī)制以獲得良好的電源性能和功耗。(2) 電流要求TMS320C5402的電流消耗主要取決于器件的激活度，內(nèi)核電流主要取決于CPU的激活度，I/O的電流主要取決于正在工作的外設(shè)及其速度。一般的，與CPU相比外設(shè)消耗的電流很小。時(shí)鐘電路也消耗一部分電流，且這部分的電流恒定。如果僅僅考慮I/O電流的消耗。則TMS320C5402工作在100MHz的狀態(tài)下消耗的最大估計(jì)電流是：（）*（100MHz）=150mA(3) 上電次序TMS320C5402要求是I/O先上電，內(nèi)核后上電，也可同時(shí)上電。在設(shè)計(jì)的過程中采用同時(shí)上電的電源管理芯片TPS73HD318。(4) 電源電壓的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中利用電源管理芯片TPS73HD318來實(shí)現(xiàn)電源電壓管理。(5) 電源設(shè)計(jì)方案綜上所述。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)(1) 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)DSP的工作是以時(shí)鐘為基礎(chǔ)的，時(shí)鐘電路就是用來為DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電路，時(shí)鐘 的穩(wěn)定運(yùn)行是DSP系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)是DSP系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在C5402內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和一個(gè)鎖相環(huán)PLL是用來產(chǎn)生時(shí)鐘的。只要外部擴(kuò)展晶體振蕩器結(jié)合內(nèi)部振蕩器便可以產(chǎn)生基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)，該基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)也可以由外部 輸入。有了基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)，結(jié)合內(nèi)部鎖相環(huán)PLL就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)的倍頻和分頻信號(hào)，這些倍頻和分頻信號(hào)就可以作為DSP的主時(shí)鐘信號(hào)，在該主時(shí)鐘信號(hào)的基礎(chǔ)上，還可以產(chǎn)生內(nèi)部個(gè)片內(nèi)外設(shè)所需的各種時(shí)鐘信號(hào)。(2) 時(shí)鐘信號(hào)電路圖。 電源設(shè)計(jì)圖 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路設(shè)計(jì)(1) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)剛上電時(shí)，DSP的狀態(tài)是不確定的，此時(shí)無法進(jìn)行信號(hào)的處理運(yùn)算。為此，系統(tǒng)上電后必須首先將DSP的狀態(tài)置為一個(gè)確定的初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這一任務(wù)的方法是在DSP的RESET引腳上提供一個(gè)合適的脈沖信號(hào)。對(duì)于C5402來說，就是在RESET引腳上至少5個(gè)以上CLKOUT時(shí)鐘寬度的負(fù)脈沖，這個(gè)信號(hào)稱為復(fù)位信號(hào)。因此采用專門的復(fù)位集成電路MAX706。此芯片除了提供手動(dòng)復(fù)位外，還提供自動(dòng)復(fù)位，即“看門狗”電路。(2) 復(fù)位電路電路圖。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 仿真接口電路(1) 仿真接口電路的設(shè)計(jì)JTAG是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部的測(cè)試。JATG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)測(cè)試訪問口，通過專用的JATG測(cè)試工具進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的測(cè)試?，F(xiàn)在JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)在線編程，對(duì)Flash等器件進(jìn)行編程。JATG編程方式在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中是先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程在裝到板上，現(xiàn)在的流程是先將器件固定在電路板上，在用JTAG編程從而大大加快工程進(jìn)度。C5402的硬件系統(tǒng)調(diào)試要通過仿真器進(jìn)行，仿真器與計(jì)算機(jī)之間用并口線或者USB線進(jìn)行連接，仿真器和DSP硬件板之間用通過JTAG連接。(2) 仿真電路接口方框圖。 仿真器的接法電路圖 IIR數(shù)字濾波器的硬件電路利用上述設(shè)計(jì)的電路基礎(chǔ)，可以把IIR數(shù)字濾波器的硬件電路采用方框圖的模式給出，以下就是電路框圖。這就是IIR濾波器的設(shè)計(jì)框圖，依據(jù)框圖的設(shè)計(jì)，可以很清晰的看到DSP工作所需要的器件，及接線方式。6 IIR數(shù)字濾波器的DSP實(shí)現(xiàn) CCS的簡(jiǎn)介 CCS的介紹CCS軟件簡(jiǎn)介CCS（Code Composer Studio）代碼調(diào)試器是一種合成開發(fā)環(huán)境。 它是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試器接口的交互式方法。， ，又有CC2000 ( 針對(duì)C2XX )，CCS5000 ( 針對(duì)C54XX )和CCS6000 (針對(duì)C6X )三個(gè)不同的型號(hào)。CCS5000具有以下特性：(1) TI編譯器的完全集成的環(huán)境：CCS5000目標(biāo)管理系統(tǒng)，內(nèi)建編輯器，所有的調(diào)試和分析能力集成在一個(gè)Windows環(huán)境中。(2) 對(duì)C和DSP匯編文件的目標(biāo)管理：目標(biāo)編輯器保持對(duì)所有文件及相關(guān)內(nèi)容的跟蹤。它只對(duì)最近一次編譯中改變過的文件重新編譯，以節(jié)省編譯時(shí)間。(3) 高集成的編輯器調(diào)整C和DSP匯編代碼：CCS5000的內(nèi)建編輯器支持C和匯編文件的動(dòng)態(tài)語法加亮顯示。使用戶能很容易地閱讀代碼和當(dāng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤。(4) 編輯和調(diào)試時(shí)的后臺(tái)編輯：用戶在使用編譯器和匯編器時(shí)沒有必要退出系統(tǒng)到DOS環(huán)境中，因?yàn)镃CS5000會(huì)自動(dòng)將這些工具裝載在它的環(huán)境中。在其窗口中，錯(cuò)誤會(huì)加亮顯示只要雙擊錯(cuò)誤就可以直接到達(dá)出錯(cuò)處。(5) 在含有浮點(diǎn)并行調(diào)試管理器(PDM)的原有的MS窗口下支持多處理器CCS5000在 Windows95和Windowsme中支持多處理。PDM允許將命令傳播給所有的或所選擇的處理器。(6) 在任何算法點(diǎn)觀察信號(hào)的圖形窗口探針：圖形顯示窗口使用戶能夠觀察時(shí)域或頻域內(nèi)的信號(hào)。對(duì)于頻域圖，F(xiàn)FT在主機(jī)內(nèi)執(zhí)行，這樣就可以觀察所感興趣的部分而無須改變它的DSP代碼。圖顯示也可以同探針連接，當(dāng)前顯示窗口被更新時(shí)，探針被指定，這樣當(dāng)代碼執(zhí)行到達(dá)該點(diǎn)時(shí)，就可以迅速地觀察到信號(hào)。(7) 文件探針在算法處通過文件提取或加入信號(hào)或數(shù)據(jù)：CCS5000允許用戶從PC機(jī)讀或?qū)懶盘?hào)流。而不是實(shí)時(shí)的讀信號(hào)，這就可以用已知的例子來仿真算法。(8) 圖形分析：CCS5000的圖形分析能力在其環(huán)境中是集成的。(9) 在后臺(tái)(系統(tǒng)命令)執(zhí)行用戶的DOS程序：用戶可以執(zhí)行CCS5000中的DOS程序，并將其輸出以流水方式送到CCS5000的輸出窗口。且允許用戶將應(yīng)用程序集成到CCS5000。(10) 技術(shù)狀態(tài)觀察窗口：CCS5000的可視窗口允許用戶進(jìn)入C表達(dá)式及相關(guān)變量。結(jié)構(gòu)、數(shù)組、指針都能很簡(jiǎn)單地遞歸擴(kuò)展和減少，以便進(jìn)入復(fù)雜結(jié)構(gòu)。(11) 代數(shù)分解窗口：允許用戶選擇查看寫成代數(shù)表達(dá)式的C格式，提高可讀性 。(12) 目標(biāo)DSP上的幫助：DSP結(jié)構(gòu)和寄存器上的在線幫助可以使用戶不必查看技術(shù)手冊(cè)。(12)用戶擴(kuò)展：擴(kuò)展語言(GEL)使得用戶可以將自己的菜單項(xiàng)加到CCS5000的菜單欄中 CCS工作模式CCS有兩種工作模式，即 軟件仿真器模式：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。 硬件在線編程模式：可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上,與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。 CCS的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成： ① TMS320C54x集成代碼產(chǎn)生工具； ② CCS集成開發(fā)環(huán)境； ③ DSP/BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口API； ④ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的RTDX插件以及相應(yīng)的程序接口API； ⑤ 由TI公司以外的第三方提供的各種應(yīng)用模塊插件。 CCS的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下： (1) 具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、.cmd文件等； (2) 含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個(gè)軟件環(huán)境中； (3) 高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤； (4) 工程項(xiàng)目管理工具可對(duì)用戶程序?qū)嵭许?xiàng)目管理。在生成目標(biāo)程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類管理； (5) 基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲(chǔ)器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級(jí)調(diào)試； (6) 斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置； (7) 探測(cè)點(diǎn)工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視等； (8) 分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘； (9) 數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運(yùn)算結(jié)果用圖形顯示,包括顯示時(shí)域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進(jìn)行自動(dòng)刷新； (10) 提供GEL工具。利用GEL擴(kuò)展語言，用戶可以編寫自己的控制面板/菜單，設(shè)置GEL菜單選項(xiàng)，方便直觀地修改變量，配置參數(shù)等； (11) 支持多DSP的調(diào)試； (12) 支持RTDX技術(shù)，可在不中斷目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換； (13) 提供DSP/BIOS工具，增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力。 IIR數(shù)字濾波器的C語言代碼IIR數(shù)字濾波器的C語言代碼如下：(1) 主程序文件//****************************************************************// Filename: // Version: // Description: test for iircas5 routine//****************************************************************include include include include include // generic variablesshort i。short efla