【導(dǎo)讀】體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有。關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。

　　

【正文】 進(jìn) 入 中 斷中 斷 返 回讀 取 按 鍵 的 值根 據(jù) 不 同 的 鍵 值 判斷 不 同 的 狀 態(tài)調(diào) 用 計 算 h （ n ） 的函 數(shù) 算 出 h （ n ）修 改 h （ n ） 從 而 改變 濾 波 器 的 結(jié) 構(gòu). 圖 51 總體流程圖 圖 52 McBSP 中斷流程圖 圖 53 鍵盤中斷流程圖 以上便為整個系統(tǒng)的軟件的工作過程。在介紹具體程序編寫前，先介紹此次 編程所 用到的開發(fā)環(huán)境 中較為重要部分 的使用 方法 ， 怎樣使用 匯編 語言 與 C語言 混合編程， 內(nèi)存分配文件的編寫 和 整個系統(tǒng)核心 FIR濾波器在 matlab 中的設(shè)計與仿真。 21 內(nèi)存分配 文件 在利用 DSP 的開發(fā)工具 CCS 編程的過程中 ， 首先要解決的是 如何將程序變量分配到內(nèi)存中去的問題 。 因為即使 DSP 的存儲空間比較大 ， 速度也十分 快 。 但是如果內(nèi)存空間分配不當(dāng)?shù)脑?， 還是會出現(xiàn)空間不夠 ， 運行速度下降 ， 甚至程序跑飛的情況 。這樣會 使 程序調(diào)試起來十分麻煩 。 所以 ， 一定要分配好內(nèi)存空間 。 圖 54 rcp 文件內(nèi)存分配界面 CCS提供了兩種分配空間的方法 ： 利用 cmd文件或 rcp文件分配空間 。 其中 cmd 文件是純文本格式的描述性的空間分配方式 。 它的優(yōu)點是 ： 程序員對空間的可控制性較高 ， 可以將不同的塊分配到指定的地址 ， 并規(guī)定長度 。 但它對于初學(xué)者來說 ， 要求對C5416 的內(nèi)存空間的分配有較清楚的認(rèn)識 ， 否則容易將數(shù)據(jù)分配到不該分配的地方 ，引起程序運行的沖突 ， 甚至程序跑飛 。 所以一般在編程過程中 ， 使用 rcp 文件對程序進(jìn)行內(nèi)存分配 。 Rcp文件全稱是 recipe 文件 ， 這是一種圖形化界面的內(nèi)存分配文件 。 對于一個新生成的工程組 rcp 文件的生成方法是選擇 CCS 菜單上的 Tools 項選擇linker configuration 項 ， 將分配方式改為 use the visual linker 之后 ， 直接編譯在編譯信息提示窗口中會顯示出錯信息 ， 提示找不到 rcp 文件 ， 雙擊提示 CCS 會自動彈出 rcp生成向?qū)?， 按照要求選擇 rcp 模板 ， 就會生成這個工程對應(yīng)的 rcp文件 。雙擊生成的 rcp 文 件 ， 通過 visual linker 連接器可以打開這個文件 ， 觀察各個塊在 22 內(nèi)存中的分配情況以及內(nèi)存總的占用情況 ， 基本界面如圖 54 所示 。 當(dāng)程序中新增加了變量后 ， 在 rcp文件中會出現(xiàn) Not yet placed 項 ， 只要將其下的文件夾 ， 根據(jù)類型拖動到 run_view 下的相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器即可 。 還可以選擇用何種類型的存儲器空間裝載 ， 通過觀察存儲空間 了解 使用的狀況 ， 自行分配空間 。 所以十分靈活 ， 并且不會出現(xiàn)空間重疊的現(xiàn)象 ， 避免了程序跑飛 。 C 和匯編語言混合編程 方法 雖然 C編譯器的優(yōu)化功能可以使 C代碼的效 率大大增加，但是在某些情況下， C代碼效率還是無法與手工編寫的匯編代碼效率相比，因為即使是最佳的 C編譯器也無法在所有情況下都能最合理地利用 DSP芯片所提供 的 各種資源。此外，在中斷程序效率、硬件控制等方面，匯編程序都要強(qiáng)于 C語言。因此，在很多情況下， DSP應(yīng)用程序需要用 C和匯編語言混合編程來實現(xiàn)，以達(dá)到資源 最佳利用 的目的。 用 C語言 和匯編語言的混合編程方法主要有以下三種： （ 1）獨立編寫 C程序和匯編程序，分開編譯或匯編形成各自的目標(biāo)代碼模塊，然后用鏈接器將這些模塊鏈接起來；這是一種常用的 C和匯編語言方法。采用這 種方法需注意的是在編寫匯編語言和 C語言時必須遵循有關(guān)的調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則。 C程序既可調(diào)用匯編程序，也可以訪問匯編程序中定義的變量。同樣，匯編程序也可以調(diào)用C函數(shù)或訪問 C程序中的變量。 （ 2）直接在 C語言程序的相應(yīng)位置嵌入?yún)R編語句。在 C程序中嵌入?yún)R編語句是一種直接的 C和匯編的接口方法。采用這種方法一方面可以在 C程序中實現(xiàn)用 C語言無法實現(xiàn)的一些硬件控制功能；另一方面可以在 C程序中的關(guān) 鍵部分用匯編語句代替 C語句以優(yōu)化程序。 嵌入?yún)R編語句的方法比較簡單，只需在匯編語句的左右加上一個雙引號，用小括號將匯編語句括住， 在括號前加上 asm標(biāo)識符即可，如下所示： asm(“ 匯編語句 ” )； （ 3）從 C 程序中訪問匯編程序變量。從 C 程序中訪問在匯編程序中定義的變量和常數(shù)時，需要根據(jù)變量或常數(shù)定義的方式采取不同的方法。① 對于訪問在 .bss 塊中定義的變量，可用如下方法實現(xiàn)：采用 .bss 命令定義變量 ； 用 .global 命令定義為外部變量；在變量名前加下劃線；在 C 程序中說明為外部變量。② 對于訪問不在 .bss 塊中的變量，須定義一個指向該變量的指針，然后在 C程序中間接地訪問這 23 個變量。③ 對于在匯編中用 .set 和 .global 命令定義的 全局常數(shù)，也可以從 C 程序中訪問。在 C程序中訪問匯編中的常數(shù)不能直接用常數(shù)的符號名，而應(yīng)在常數(shù)名之前加一個地址操作符 amp。 matlab 中 使用 FDAtool 設(shè)計 FIR 濾波器 并 仿真 本次設(shè)計的程控濾波器，其核心是一個 FIR 濾波器，在進(jìn)入 DSP 設(shè)計之前，先用數(shù)學(xué)工具 matlab 進(jìn)行仿真。從而得到 FIR 濾波器的系數(shù) h（ n），并得到仿真的結(jié)果，即設(shè)計 的濾波器的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng) 。 本次設(shè)計采用 matlab 的數(shù)字濾波器設(shè)計工具 FDAtool，通過設(shè)計一個低通濾波器為例講解設(shè)計的過程。 （ 1） FDAtool的啟動： 在 matlab的命令窗口中敲入 FDAtool回車即可以進(jìn)入 FDAtool的設(shè)計界面，如圖 55。 圖 55 FDAtool 的啟動界面 （ 2） 根據(jù)指標(biāo)設(shè)計濾波器 ， 實現(xiàn) 低通濾波器： 截止 fc頻率從 2KHz到 20KHz，以 1KHz步進(jìn)。 為了達(dá)到 3dB 處截止頻率與設(shè)定的值相差較小的目的，我們在設(shè)計時選定 通帶波動 小于 1dB， 阻帶 頻率 2fc 處 衰減 大于 20dB， 采樣頻率為 80KHz。 高通濾波器 ，通帶波動 小于 1dB， 阻帶頻率 1/2fc 處衰減 大于 20dB。 確定所需濾波器的設(shè)計階數(shù) ， 這里使用了 kaiser 窗來估計濾波器所需 的階數(shù) 。 先在 FDAtool 中選中設(shè)計的類型 為低通， 然后選擇設(shè)計的為 FIR濾波器，所用方法為窗函數(shù)法 。 選擇最小階數(shù)，選擇 kaiser 窗 ，然后填入采樣頻率 80KHz， fpass＝ 2Kz， fstop＝ 4Kz，再填上 Apass 24 ＝ 1， Astop＝ 20。 整個設(shè)計如圖 56。 然后點擊 Design filter 得出結(jié)果是 47 階，這樣在最小的頻率處 47 階都能達(dá)到要求，那么其他的頻率處更能夠達(dá)到要求，為了在 DSP 中方便設(shè)計， 此次 設(shè)計選擇了固定的 63 階 。 圖 56 設(shè)計過程 （ 3）設(shè)計 fc＝ 10KHz的 63階哈明窗濾波器， 其過程與上述類似。只是 選擇 固定階數(shù) 63，然后選擇漢明窗 。其設(shè)計后的幅頻特性如圖 57， 設(shè)計的相頻特性如圖 58。 圖 57 10KHz 低通濾波器的幅頻響應(yīng) 25 圖 58 10KHz 低通濾波器的相頻響應(yīng) （ 4） 設(shè)計結(jié)果的導(dǎo)出：此時設(shè)計的濾波器的系數(shù) h（ n）已經(jīng)可以導(dǎo)出到 matlab的工作空間中 或 導(dǎo)出成 .txt 文件，也可以導(dǎo)出到 DSP 的開發(fā)環(huán)境 CCS 中，自動生成一個 C語言的 .h 頭文件，而這些系數(shù)都已經(jīng)放在了數(shù)組中 。根據(jù) DSP 型號 的不同，可以導(dǎo)出為 16 位有符號或者無符號整形數(shù)據(jù)， 32位有或者無符號整形，浮 點型等不同的數(shù)據(jù)格式。這里由于 C5416 為 16 位定點 DSP 所以導(dǎo)出的數(shù)據(jù)將格式定義為 16位有符號整形。導(dǎo)出的過程是：在 FDAtool 中選擇 Targetsexport to ccs IDE于是出現(xiàn)如圖 59界面，選擇導(dǎo)出數(shù)組的變量名 和 長度。 圖 59 導(dǎo)出數(shù)據(jù) FIR濾波器 在 DSP 中的 實現(xiàn) 此節(jié)為濾波器軟件的核心部分，主要包括 FIR 濾波 器 的實時實現(xiàn)和通過鍵盤的參 26 數(shù)獲得 )(nh 的過程。 由于 FIR濾波器的輸出表達(dá)式為 ： )1()1()1()1()()0()( ????????????? Nnxnhnxhnxhny （ 51） 式中 )(nh 為濾波器系數(shù)， )(nx 為輸入的數(shù)據(jù)，在此濾波器中為 A/D 獲得的數(shù)據(jù)，)(ny 為濾波輸出的數(shù)據(jù)，送給 D/A 轉(zhuǎn)換器。 上式的基本算法 是 一種乘法 累加運算，即不斷的輸入樣本 )(nx ，經(jīng)過延遲后，再進(jìn)行乘法 累加，最后得到 )(ny 。 在 DSP 芯片中實現(xiàn)這種延遲后乘法 累加的運算十分 方便，有專門的乘法 累加指令 MAC，因此執(zhí)行非?？?。 而實現(xiàn)延遲的方法可采用線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法 ，下面介紹其各自的特點： （ 1） 線性緩沖區(qū)法的特點：對于 N級的 FIR 濾波器，在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中開辟一個N單元的緩沖區(qū)（滑窗），用來存方最新的 N個輸入樣本 ；從最老的樣本開始取 數(shù)，每取一個樣本后，將此樣本向下移位；讀完最后一個樣本后，輸入最新樣本存入緩沖區(qū)的頂部。 （ 2） 循環(huán)緩沖區(qū)法的特點：對于 N級 FIR 濾波器，在數(shù)據(jù)存儲區(qū)開辟一個 N單元的緩沖區(qū)（滑窗），用來存放最新的 N個輸入樣本；從最新的樣本開始取數(shù)；讀完最后一個 樣本后，輸入最新樣本代替最老樣本，而其他數(shù)據(jù) 位置 不變；用片內(nèi) BK（循環(huán)緩沖區(qū)的長度）寄存器對緩沖區(qū)進(jìn)行間接尋址，使循環(huán)緩沖區(qū)地址首尾相鄰。 由此可見，采用循環(huán)緩沖區(qū)的方式，不需要數(shù)據(jù)移動， 加快了運行的速度，因此本設(shè)計采用這種方法。其實現(xiàn)過程如下： （ 1）以 ARx 為指針，按 x（ n）， x（ n1）， ?? ， x（ nN+1）的順序取數(shù)，每取一次數(shù)后，完成一次乘法 累加運算。 （ 2）經(jīng)過 N次取數(shù)，運算后，得到 y（ n）。 （ 3）求得 y（ n）后， ARx 指向最老的樣本 x(nN+1)單元。 （ 4）輸入最新樣本 x（ n+1）， 代替最老樣本 x（ nN+1） 。 整個過程如圖 510。 27 x ( n )x ( n 1 )x ( n 2 )x ( n 3 )? ?x ( n N + 3 )x ( n N + 2 )x ( n N + 1 )x ( n )x ( n 1 )x ( n 2 )x ( n 3 )? ?x ( n N + 3 )x ( n N + 2 )x ( n + 1 )x ( n )x ( n 1 )x ( n 2 )x ( n 3 )? ?x ( n N + 3 )x ( n + 2 )x ( n + 1 )數(shù) 據(jù) 存 儲 區(qū) 數(shù) 據(jù) 存 儲 區(qū) 數(shù) 據(jù) 存 儲 區(qū)緩 沖 區(qū) 頂 部緩 沖 區(qū) 低 部A R xA R xA R x 圖 510 循環(huán)緩沖區(qū) 實現(xiàn)循 環(huán)緩沖 N個單元的首尾相鄰要用到 BK寄存器按模間接尋址來實現(xiàn) 。常用的指令為： *ARx+％，增 量為 1，按模修正 ARx， addr＝ ARx， ARx＝ cir（ ARx+1）； *ARx+0％，增 量為 AR0 中的內(nèi)容 ，按模修正 ARx， addr＝ ARx， ARx＝ cir（ ARx+AR0）。在這個過程中 cir（）是根據(jù) BK 緩沖區(qū)的長度 N，對 ARx， ARx+AR0 取模來實現(xiàn)循環(huán)緩沖。 ARx＝ cir（ ARx+AR0）可描述為：如果 ARx+AR0N 那么 ARx＝ ARx+AR0，否則 ARx＝ARx+AR0N。 此段程序 在 DSP 中 采用匯編的形式 實現(xiàn) ，具體過程參照了 TI 公司提供的庫。 其實現(xiàn) 過程 的流程 如 圖 511。由于此代碼用于 C語言調(diào)用，因此在編寫的時候要 注意保護(hù)寄存器。 28 進(jìn) 入 f i r程 序S T 0 ， S T 1 狀 態(tài) 寄 存器 進(jìn) 棧設(shè) 置 小 數(shù) 乘 法A R 4 指 向 x （ n ）A R 3 指 向 h （ n ）A R 2 指 向 r （ n ）將 階 數(shù) 傳 給 B K設(shè) 置 緩 沖 區(qū)利 用 M A C 指 令 完成 乘 法 累 加保 持 結(jié) 果彈 出 棧 中 對 于 寄 存器 的 值程 序 返 回 圖 511 流程圖 在這個過程中注意設(shè)置緩沖區(qū)的邊界 ， x[n]、 h[n]的 低 M位 地址 必須 為 0，其中M2 N， N 是設(shè)計的濾波器的階數(shù) ， 否則得不到正確的結(jié)果。 在 C 語言調(diào)用此函數(shù)前要先聲明，其函數(shù)的原型為： short fir(DATA *x, DATA *h, DATA *r， DATA **d，ushort nh， ushort nx)。 濾波器的程控部分程序 此次濾波器 程控 部分 是 根據(jù) 鍵盤輸入的數(shù)據(jù) ， 通過 內(nèi)部 軟件改變自己的結(jié)構(gòu) 來實現(xiàn)的。 其核心為在 DS