【正文】 37自20世紀(jì)80年代初DSP芯片誕生以來(lái)，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，開(kāi)發(fā)。 36 結(jié)論千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。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。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。即程序的編譯和連接成功。匯編、連接的當(dāng)前工程如圖44所示。buffer size for the filter ?。甦ef fir_task。the N tap FIR coefficients ．set fir_coff。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。量化過(guò)程實(shí)際是一個(gè)近似的過(guò)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)。經(jīng)過(guò)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(guò)程 量化誤差量化誤差指實(shí)際模擬值同用來(lái)表示模擬值的數(shù)字之間的差別。將MATLAB設(shè)計(jì)的系數(shù)經(jīng)過(guò)量化處理后，保存為DSP程序的頭文件。 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)DSP的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(yǔ)言編程調(diào)試和程序的下載。RTDX可以在 DSP/BIOS中使用，也可以脫離DSP/BIOS使用。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(kāi)發(fā)人員可以看到DSP應(yīng)用程序工作的真實(shí)過(guò)程。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]。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。CCS主要由代碼生成工具、CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、DSP/BIOS和API函數(shù)以及RTDX組成。以前的DSP軟件開(kāi)發(fā)都是在一個(gè)分散的開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行，程序的編寫(xiě)、代碼的生成以及調(diào)試等都是要通過(guò)命令來(lái)完成，類似于以前的DOS，十分煩雜。在TI收購(gòu)了 GO DSP后，將CCS擴(kuò)展到了其他系列[26]。 DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具CCS，即 Code Composer Studio，是TI公司在 1999年推出的一個(gè)開(kāi)放、具有強(qiáng)大集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)往往是兩種語(yǔ)言結(jié)合編寫(xiě)，在算法運(yùn)算量大的地方使用匯編語(yǔ)言，在運(yùn)算量小的地方使用C語(yǔ)言，這樣既能縮短軟件的開(kāi)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。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(xiě)相應(yīng)的程序。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)。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)。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(kāi)發(fā)和測(cè)試工具還有待進(jìn)一步完善。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。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。4．精度高：16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到105級(jí)的精度。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)。 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試中不但需要數(shù)字信號(hào)處理方面的理論知識(shí)，而且還要熟悉掌握各種DSP芯片、外圍硬件電路以及DSP開(kāi)發(fā)工具等。這個(gè)額外的周期通過(guò)在其他器件開(kāi)始驅(qū)動(dòng)總線前允許存儲(chǔ)器釋放總線來(lái)避免總線競(jìng)爭(zhēng)。它可以將DSP的外部總線周期擴(kuò)展到7個(gè)或14個(gè)，這就使得DSP可以輕松地和各種慢速設(shè)備接口。TMS320C54x具有8位增強(qiáng)型的主機(jī)接口[34]。4．主機(jī)接口(HPI)HPI是一個(gè)并行接口，它提供DSP和外部主處理器的接口。鎖相環(huán)電路通過(guò)將外部頻率乘以一個(gè)因子而產(chǎn)生內(nèi)部CPU工作頻率。3．時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器由一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)鎖相環(huán)電路組成。當(dāng)計(jì)數(shù)減到0時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)器中斷。2．硬件定時(shí)器硬件定時(shí)器是一個(gè)帶4位預(yù)定標(biāo)的16位定時(shí)電路。所以，必須注意的是，在編程時(shí)不要隨便往這個(gè)區(qū)域存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，除非根據(jù)需要來(lái)改變相應(yīng)寄存器的值，否則會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行的結(jié)果不正確。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間還有一塊特殊的區(qū)域，00H80H。如，可以將ROM映射在程序存儲(chǔ)空間或不映射在程序存儲(chǔ)空間；將某段存儲(chǔ)器映射在片內(nèi)或片外；將RAM只映射在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間或既映射在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間又映射在程序存儲(chǔ)空間等等。DARAM一般由若干塊構(gòu)成，由于每塊DARAM在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以被訪問(wèn)2次，中央處理單元和片內(nèi)外設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一次讀和一次寫(xiě)操作[32]。TMS320C54x其片內(nèi)存儲(chǔ)器的種類主要有以下幾種：雙訪問(wèn)RAM(DARAM)，單訪問(wèn)RAM(SARAM)和ROM?？梢栽谙到y(tǒng)中給這些外圍芯片分配不同的地址，DSP可以根據(jù)不同的地址來(lái)訪問(wèn)這些外設(shè)。一共可以訪問(wèn)128頁(yè)，每頁(yè) 64K*16bit。在任何一個(gè)空間內(nèi)，RAM，ROM，EPROM，EEPROM或存儲(chǔ)器映像外設(shè)既可以駐留在片內(nèi)，也可以駐留在片外[26]。 內(nèi)部存儲(chǔ)器TMS320C54x共有192K*16bit的尋址空間。6．比較選擇存儲(chǔ)單元CSSU比較、選擇和存儲(chǔ)單元可以對(duì)累加器的高位字和低位字進(jìn)行比較，使?fàn)顟B(tài)寄存器ST0中的測(cè)試/控制標(biāo)志位(TC)和轉(zhuǎn)換寄存器TRN保持轉(zhuǎn)換記錄狀態(tài)，并將累加器中的最大的數(shù)傳送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這個(gè)乘法器可以使得TMS320C54x器件進(jìn)行高效的卷積、相關(guān)和濾波操作等。5．乘法器/加法器單元TMS320C54x的乘法器/加法器單元包含一個(gè)17X17位的硬件乘法器，一個(gè)40位的加法器，有符號(hào)輸入/無(wú)符號(hào)輸入控制邏輯，小數(shù)控制邏輯，一個(gè)零檢測(cè)器，一個(gè)圓整器，溢出/飽和邏輯和一個(gè)16位的暫存寄存器T。輸出的低位用零填充，高位則要看狀態(tài)寄存器ST1中的符號(hào)擴(kuò)展模式位SXM來(lái)決定是用零填充還是進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。定標(biāo)移位器可以對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行0到31位的左移和0到16位的右移，具體移位數(shù)由指令中的移位字段、狀態(tài)寄存器ST1中的移位數(shù)字段ASM或暫存寄存器T來(lái)提供。系統(tǒng)提供的指令可以存儲(chǔ)保護(hù)位、高位字和低位字；累加器可以向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出或?qū)懭?2位字；而且任一累加器可以作為另一個(gè)累加器的暫時(shí)存儲(chǔ)器。3．累加器累加器A和B存儲(chǔ)來(lái)自ALU或乘法/加法單元的輸出；同時(shí)，它們也可以為ALU提供另一個(gè)輸入；累加器A還可以為乘法器/加法器單元提供輸入。由于這些寄存器是存儲(chǔ)器映像，所以可以像對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作那樣對(duì)它們進(jìn)行讀出和寫(xiě)入。分別為狀態(tài)寄存器0 (ST0)、狀態(tài)寄存器1(ST1)和處理器模式狀態(tài)寄存器(PMST)[31]。還可以把這個(gè)40位的ALU看作為兩個(gè)16位的ALU，來(lái)同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)16位的操作。 中央處理單元TMS320C54x的中央處理單元可以說(shuō)是DSP的核心，主要包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)算術(shù)邏輯單元，兩個(gè)累加器，定標(biāo)移位器，乘法/加法單元，比較選擇存儲(chǔ)單元(CSSU)和CPU狀態(tài)和控制寄存器等。其中，CB和DB傳輸從程序存儲(chǔ)器讀來(lái)的數(shù)據(jù)；EB傳輸待寫(xiě)入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。 總線結(jié)構(gòu)TMS320C54x具有8條16位的總線，其中包括4條程序/數(shù)據(jù)總線和4條地址總線，各條總線的作用如下：1．程序總線PB傳輸來(lái)自程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即數(shù)。所有這些優(yōu)點(diǎn)使得DSP非常適合來(lái)做數(shù)字濾波器的硬件電路。4．高效指令集數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的特點(diǎn)之一就是單一運(yùn)算的重復(fù)執(zhí)行，在通用的處理器中，一般采用軟件的方法來(lái)解決，基本方法是采用循環(huán)控制或指令重復(fù)，循環(huán)控制除了在判斷行環(huán)次數(shù)及操作轉(zhuǎn)向上需要指令開(kāi)銷外，還會(huì)因DSP流水線的頻繁中斷而造成相當(dāng)大的開(kāi)銷：指令重復(fù)的代價(jià)是增加了程序代碼長(zhǎng)度，占用更多的存儲(chǔ)空間。任何處理器執(zhí)行一條指令，總是要經(jīng)過(guò)取指令、譯碼、讀操作數(shù)和執(zhí)行指令四個(gè)階段，需要若干個(gè)機(jī)器周期才能完成。因此它們實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算就比較慢，而在數(shù)字濾波算法中需要大量的乘加運(yùn)算，在TMS320C54xDSP中有一個(gè)硬件乘法器，可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法運(yùn)算，可以大大提高數(shù)字濾波系統(tǒng)的運(yùn)算速度。TI公司的DSP芯片的結(jié)構(gòu)是改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用三個(gè)并行的總線，程序讀寫(xiě)總線(PAB)、讀數(shù)據(jù)總線 (DAB1)、寫(xiě)數(shù)據(jù)總線(DAB2)，每組總線連接不同的存儲(chǔ)器空間，使程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器成為獨(dú)立的兩個(gè)存儲(chǔ)空間，并且允許數(shù)據(jù)在程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間進(jìn)行傳遞，這種結(jié)構(gòu)允許取指令和取操作數(shù)并行進(jìn)行，增加了器件的運(yùn)算速度[22]。哈佛結(jié)構(gòu)與馮但是半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展克服了這一缺陷，同時(shí)這一結(jié)構(gòu)使計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，并成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一編址依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令數(shù)據(jù)還是地址。一種是馮 DSP的基本特征本課題采用的是TMS320C54x系列的TMS320C5416DSP，具有改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件乘法器、流水線結(jié)構(gòu)、高效特殊指令集等優(yōu)點(diǎn)，使它的處理速度和容量大大提高，為數(shù)字濾波中的復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)提供了硬件的保證[21]。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。幾年后，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生。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)。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(lái)完成。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。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(shuō)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。第4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(lái)實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。從上下兩圖中可以看出，經(jīng)過(guò)濾波后輸入信號(hào)的兩個(gè)高頻成分ff3被濾除，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的濾波器滿足要求。，可得34圖。subplot(2,1,2)。subplot(2,1,1)。 %輸入信號(hào)的頻譜分析hn=[, , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ,..., , ]y=filter(hn,1,x)。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))。kf=fs/2。 %采樣間隔n=0:T:400。f3=。FIR低通濾波器的仿真程序如下()：f1=。const real64_T B[33] = { , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,}；所設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器如下：h[0]=h[32]=h[1]=h[31]=h[2]=h[30]=h[3]=h[29]=h[4]=h[28]=h[5]=h[27]=h[6]=h[26]=h[7]=h[25]=h[8]=h[24]=h[9]=h[23]=h[10]=h[22]=h[11]=h[21]=h[12]=h[20]=h[13]=h[19]=h[14]=h[18]=h[15]=h[17]=h[16]=所設(shè)計(jì)的FIR低通濾波器的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)如圖33所示。性能指標(biāo)采樣頻率fs=lhz；通帶截止頻率fpass=；阻帶截止頻率fstop=；通帶衰減Apass=ldB；阻帶衰減Astop=40dB。如果選擇Minimum Order，則MATLAB會(huì)根據(jù)前面所選擇的濾波器類型自動(dòng)使用最小階數(shù)。在 Specify Order中填入濾波器的階數(shù)，要注意的是，這里填入的階數(shù)應(yīng)該是所要設(shè)計(jì)的濾波器階數(shù)減1。選為窗函數(shù)法(Window)，采用凱塞(kaiser)窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器。選為低通(Lowpass)。 設(shè)計(jì)過(guò)程MATLAB集成了一套功能強(qiáng)大的濾波器設(shè)計(jì)工具fdatool，可以完成多種濾波器的設(shè)計(jì)、分析和性能評(píng)估[11][14][15]。取采樣頻率。 設(shè)計(jì)要求以下列輸入信號(hào)為例：；；；設(shè)計(jì)一個(gè)fir數(shù)字低通濾波器，濾除和的信號(hào)成分。