【正文】 以下特點(diǎn)[24]: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，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，能靈活方便地進(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，無器件老化現(xiàn)象。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。 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程一個(gè)DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程大概要有以下幾個(gè)步驟。1．根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)要求，確定系統(tǒng)處理精度要求、速度要求、實(shí)時(shí)性要求等性能指標(biāo)。2．根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行高級(jí)語言的算法模擬，比如使用MATLAB等仿真工具，驗(yàn)證算法的可行性，得出最佳的處理方法。3．DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)是指根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的DSP芯片，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路。軟件設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)系統(tǒng)的要求和選用的DSP芯片編寫相應(yīng)的程序。程序的編寫可以使用匯編語言，匯編語言編寫的程序效率高，但比較煩雜；也可采用C語言，DSP的C語言基本上是標(biāo)準(zhǔn)C語言，編寫比較簡(jiǎn)單，但效率低。在實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)時(shí)往往是兩種語言結(jié)合編寫，在算法運(yùn)算量大的地方使用匯編語言，在運(yùn)算量小的地方使用C語言，這樣既能縮短軟件的開發(fā)周期，提高程序的可讀性和可移植性，又滿足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。本文的設(shè)計(jì)采用匯編語言編寫、設(shè)計(jì)軟件程序。 DSP系統(tǒng)的開發(fā)工具CCS，即 Code Composer Studio，是TI公司在 1999年推出的一個(gè)開放、具有強(qiáng)大集成開發(fā)環(huán)境。它最初是由GO DSP公司為TI的C6000系列DSP開發(fā)的。在TI收購了 GO DSP后，將CCS擴(kuò)展到了其他系列[26]?，F(xiàn)在所有TI的DSP都可以使用CCS進(jìn)行開發(fā)，但是其中的DSP/BIOS功能只有C5000和C6000的CCS中才提供[38]。以前的DSP軟件開發(fā)都是在一個(gè)分散的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行，程序的編寫、代碼的生成以及調(diào)試等都是要通過命令來完成，類似于以前的DOS，十分煩雜。而CCS的出現(xiàn)是DSP開發(fā)軟件的一次革命性的變化。CCS主要由代碼生成工具、CCS集成開發(fā)環(huán)境、DSP/BIOS和API函數(shù)以及RTDX組成。1．CCS主要特點(diǎn)：集成可視化代碼編輯界面，可以方便地直接編寫C、匯編、.h文件、.cmd文件等；集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化的C編譯器和連接器等；具有完整的基本調(diào)試工具，可以載入執(zhí)行文件(.out)，查看寄存器窗口、存儲(chǔ)器窗口和變量窗口、反匯編窗口等，支持在C源代碼級(jí)進(jìn)行調(diào)試；支持多片DSP聯(lián)合調(diào)試；斷點(diǎn)工具，支持硬件斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)空間讀/寫斷點(diǎn)、條件斷點(diǎn)等；探針工具，用于進(jìn)行算法仿真，數(shù)據(jù)監(jiān)視等；剖析工具，用于評(píng)估代碼執(zhí)行的時(shí)間；數(shù)據(jù)圖形顯示工具，可繪制時(shí)域/頻域波形、眼圖、星座圖等，并可以自動(dòng)刷新；提供GEI二工具，用戶可以根據(jù)需要編寫自己的控制面板/菜單，從而方便直觀地修改變量，配置參數(shù)。2．DSP/BIOS和API函數(shù)以及RTDX插件DSP/BIOS(Basic Input Output System)和API(Application Program Interface)函數(shù)為CCS的主要插件之一。DSP/BIOS可以看作是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持TI DSP芯片的各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是以DSP/BIOS作為底層軟件，為嵌入式應(yīng)用提供基本的運(yùn)行服務(wù)。并且，它還能實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)機(jī)的信息，并將其傳遞給主機(jī)上的BIOScope工具，對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)分析[28]。RTDX(Real Time Data Exchange)插件是CCS中另一個(gè)十分重要的插件。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)為CCS提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、連續(xù)的可視環(huán)境，開發(fā)人員可以看到DSP應(yīng)用程序工作的真實(shí)過程。RTDX允許系統(tǒng)開發(fā)者在不停止運(yùn)行目標(biāo)應(yīng)用程序的情況下在計(jì)算機(jī)和DSP芯片之間傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以在主機(jī)上利用對(duì)象鏈接嵌入(OLE)技術(shù)分析和觀察數(shù)據(jù)[29]。RTDX可以在 DSP/BIOS中使用，也可以脫離DSP/BIOS使用。由于CCS中的Simulator不支持RTDX，所以必須在連接有硬件仿真器或目標(biāo)板的Emulator下使用[40]。 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)DSP的實(shí)現(xiàn)過程主要包括：對(duì)MATLAB設(shè)計(jì)的系數(shù)進(jìn)行量化、在CCS環(huán)境下進(jìn)行匯編語言編程調(diào)試和程序的下載。 系數(shù)量化通過MATLAB計(jì)算的h(n)為雙精度浮點(diǎn)數(shù)，而DSP中的存儲(chǔ)器和寄存器如DSP5416只有16bit，為了使經(jīng)過MATLAB模擬的算法能夠適用于DSP，需要對(duì)系數(shù)進(jìn)行量化處理[27][30]，即進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)到定點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換。將MATLAB設(shè)計(jì)的系數(shù)經(jīng)過量化處理后，保存為DSP程序的頭文件。量化過程如圖41所示。經(jīng)過量化后的系數(shù)如下：81，22，126，267，239，42，461，700，432，381，1316，1614，593，1859，7781，8847，7781，5060， 1859，593，1614，1316，381，432，700，461，42，239，267，126，22，81圖41 系數(shù)量化過程 量化誤差量化誤差指實(shí)際模擬值同用來表示模擬值的數(shù)字之間的差別。當(dāng)實(shí)際模擬值落入兩個(gè)量化層次之間時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生量化誤差。量化過程實(shí)際是一個(gè)近似的過程，所以量化誤差有時(shí)又被稱為量化噪聲，所以采用正確的量化方式所造成的誤差可在接收范圍內(nèi)。圖42(a)和42(b)分別給出了量化后的FIR濾波器的幅頻和相頻特性曲線，與圖33量化前的FIR濾波器的幅頻和相頻特性曲線相比較可見，量化所帶來的誤差在要求的范圍之內(nèi)，所以基于上述系數(shù)的濾波器設(shè)計(jì)是可行的。圖42(a) 量化后的FIR濾波器的幅頻特性曲線圖42(b) 量化后的FIR濾波器的相頻特性曲線 FIR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在FIR數(shù)字濾波器的幾種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中，直接型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀，乘法運(yùn)算量較少，本文也采用這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖43所示。圖43 FIR數(shù)字濾波器的直接型結(jié)構(gòu) FIR匯編程序及CCS調(diào)試 1．編制的FIR低通濾波器的匯編程序[36][37][38](文件名:)如下：；TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED ．mmregs ．def begin,NN ．set 32 ；THE length OF fir filtering coffK_FIR_BFFR ．set N 。the N tap FIR coefficients ．set fir_coff。filter coefficientsCOFF_TABLE ．include lowpass\\ FIR_DP ．usect fir_vars.0d_filin 　．usectfir_vars.1d_filout ．usect fir_vars.1 d_data_buffer ．usect fir_bfr.N。buffer size for the filter ?。甦ef fir_task。perform FIR filtering ?。甦ef begin；_______________________________________________________________________________；Functional Description；This routine initializes circular buffers both for data and coeffs.；？ ．a(chǎn)sg ．a(chǎn)sg ．a(chǎn)sg begin ．sectfir_prog SSBX OVM SSBX FRCT SSBX SXM RPTZ A.K_FIR_BFFR STL A.*FIR_DATA_P+ ；reset the buffer；；Functional Description；；This subroutine performs FIR filtering using MAC instruction.；accumulator A(filter output)=h(n)*x(n1) for l=0，1，2.....32； ．a(chǎn)sg ．a(chǎn)sg ．sect fir_progfir_task： STM STM INLOOP： NOP STM STM LD * ??；load the input valuefir_filter： STL A.*FIR_DATA_P 　 ；replace oldest sample with　newest sampleNOP RPTZ A.(K_FIR_BFFR1) 　MAC *FIR_DATA_P+.*FIR_COFF_P+.A；filtering 　 STH A.*OUTBUF_P ；output the result of the filtering STM d_data_buffer+ RPTZ A.(K_FIR_BFFR2) DELAY*FIR_DATA_P ；x(n16)=x(n15)，x(n15)=x(n14)，…fir_filter_loop B INLOOP2．程序的編譯、連接和調(diào)試在CCS環(huán)境下對(duì)所編制的匯編程序進(jìn)行匯編、連接，生成DSP芯片的可執(zhí)行文件代碼[27]。匯編、連接的當(dāng)前工程如圖44所示。圖44 程序的編譯和連接圖44顯示：“Build plete：0 errors，0warning，0remarks”。即程序的編譯和連接成功。 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)將編譯產(chǎn)生的可執(zhí)行文件下載到DSP芯片中，經(jīng)過運(yùn)行得到如圖45(b)所示的輸出信號(hào)頻譜圖，圖45(a)為輸入信號(hào)的頻譜圖。圖45(a)包括：fff3三個(gè)信號(hào)頻率成分，圖45(b)的輸出信號(hào)的頻譜圖中僅剩余了f1信號(hào)，濾除了ff3高頻成分，顯現(xiàn)了低通濾波的目的。圖45(a) 圖45(b)圖45 輸入/輸出信號(hào)的頻譜圖圖46(a) 圖46(b)圖46 輸入/輸出信號(hào)的時(shí)域圖圖46(a)為輸入信號(hào)的時(shí)域圖，顯示了三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)疊加，圖46(b)為輸出信號(hào)的時(shí)域圖，僅剩余了頻率為f1的正弦信號(hào)。將圖45的輸入/輸出信號(hào)的頻譜圖與前面34圖的FIR濾波器的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，可以看到，該DSPC5416實(shí)際濾波可以基本達(dá)到和算法仿真同樣的效果。 本章小結(jié)本章主要介紹了DSP的基本特征、結(jié)構(gòu)、及其設(shè)計(jì)與開發(fā)，并進(jìn)行FIR數(shù)字濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)。 36 結(jié)論千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。 37自20世紀(jì)80年代初DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展，DSP芯片的性能價(jià)格比不斷提高