【正文】 法 — 累加運(yùn)算。 (5） 有特殊的 DSP指令。 (7） 硬件配置強(qiáng)。 (9） 省電管理和低功耗。通常， DSP芯片的開發(fā)工具可以分成代碼生成工具和代碼調(diào)試工具。代碼生產(chǎn)工具是指將用高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或兩種語(yǔ)言混合編寫的 DSP程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的 DSP芯片目標(biāo)代碼的工具程序，主要包括匯編器和鏈接器、C 編譯器。歸納一下，代碼生成工具程序主要包括一下幾種類型的程序 [19]： ① C編譯器； ② 匯編器和鏈接器； ③ 輔助程序，如文檔管理程序和代碼格式轉(zhuǎn)換程序等； ④ 庫(kù)文件； ⑤ RTS頭文件； 開發(fā) DSP 芯片，調(diào)試工具是必不可少的， TMS320 系列 DSP 芯片的系統(tǒng)集成和調(diào)試工具主要有： ① C/匯編語(yǔ)言源碼調(diào)試器； ② 初學(xué)者工具 DSK； ③ 軟件模擬器（ Simulator）； ④ 評(píng)價(jià)模塊 EVM； ⑤ 軟件開發(fā)系統(tǒng) SWDS； ⑥ 仿真器 XDS； (1) C/匯編語(yǔ)言源碼調(diào)試器 C/匯編語(yǔ)言源碼調(diào)試器是一種工作在 PC機(jī)上的先進(jìn)的軟件接口，它與調(diào)試工具（如軟件模擬器、評(píng)價(jià)模塊、軟件開發(fā)系統(tǒng)、仿真器）混合使用，調(diào)試器可以完全控制用 C 語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫的程序。 (2) 初學(xué)者工具 DSK 初學(xué)者工具 DSK 是 RTI 公司提供給初學(xué)者進(jìn)行 DSP 編程練習(xí)的一套廉價(jià)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試工具。此外， DSK板上還將 DSP芯片的地址和數(shù)據(jù)總線引出，便于用戶對(duì) DSK板進(jìn)行存儲(chǔ)器等硬件資源的擴(kuò)充，并在 DSK硬件的基礎(chǔ)上形成用戶獨(dú)立的 DSP 系統(tǒng)。它不需要目標(biāo)硬件支持，只需要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，是一種廉價(jià)、方便的調(diào)試工具。軟件模擬器的主要特征有：在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行用戶 DSP 程序；可修改和查看寄存器；可修改和顯示數(shù)據(jù)和程序寄存器，任何時(shí)候可進(jìn)行存儲(chǔ)器的修改，也可在程序輸入前進(jìn)行存儲(chǔ)器的初始化；可模擬外設(shè)，高速緩存及流水線、定時(shí)等功能；可計(jì)算指令周期數(shù)；可編程的斷點(diǎn)設(shè)置；可在取指令讀寫存儲(chǔ)器及錯(cuò)誤條件滿足時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)；可進(jìn)行累加器程序計(jì)算器，輔助寄存器的跟蹤 ，指令的單步執(zhí)行，用戶可設(shè)定中斷產(chǎn)生間隔，在遇到非法操作碼和無效數(shù)據(jù)訪問時(shí)提示錯(cuò)誤信息；從文件中執(zhí)行命令。調(diào)試接口也采用上述的 C/匯編源代碼測(cè)試器。 (5) 軟件開發(fā)系統(tǒng) SWDS 軟件開發(fā)系統(tǒng) SWDS 是一塊 PC 插卡，可提供低成本的評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)軟件開發(fā)。 (6) 仿真器 XDS 仿真器 XDS 即擴(kuò)展開發(fā)系統(tǒng)，可用來進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的集成調(diào)試，是進(jìn)行 DSP 芯片軟件開發(fā)的最佳工具。 TI 的 XDS/22 仿真器就屬于這一類，主要用于TMS320C1x及 TMS320C2x等芯片的仿真。由于高速 DSP芯片具有高度并行的結(jié)構(gòu)，快速的指令周期，高密度的封裝 等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的電路仿真方法很難實(shí)現(xiàn)可靠的仿真。用戶程序可在目標(biāo)系統(tǒng)的片內(nèi)或片外存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)運(yùn)行，而不會(huì)因仿真器引入額外的等待狀態(tài)。采用 掃描仿真，即使芯片已經(jīng)焊在電路板上也可以進(jìn)行仿真調(diào)試，這對(duì)于在生產(chǎn)過程中調(diào)試 DSP 系統(tǒng)帶來了極大的方便。 [12] CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器和硬件在線編程。 硬件在線編程可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在 DSP芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合進(jìn)行在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。 (3） 高性能的編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的工程中，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。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (6） 斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的工程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置。 (8） 分析工具，包括模擬器分析和仿真器分析，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。 (10）提供 GEL工具。 (11） 支持 DSP的調(diào)試。 (13）提供 DSP/BIOS 工具，增強(qiáng)對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力，如分析代碼執(zhí)行的速度、調(diào)度程序執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)、方便管理或使用系統(tǒng)資源，從而減少開發(fā)人員對(duì)硬件資源熟悉程度的依賴性。 圖 11 CCS 集成開發(fā)環(huán)境界面 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 2 IIR 數(shù)字濾波器 設(shè)計(jì) 的方案選擇及原理分析 總體方案比較 基于 MATLAB的 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方案如下： 方案一： 程序 設(shè)計(jì)法 。 方案二： FDATool 界面設(shè)計(jì)。Analysis Tool）是 MATLAB 信號(hào)處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具。它操作簡(jiǎn)單，方便靈活。 采用經(jīng)典低通濾波器作為連續(xù)域上的設(shè)計(jì)模型，通過頻域變換得到 IIR數(shù)字濾波器，最后還要進(jìn)行離散化處理。離散化處理函數(shù)有 bilinear和 impinvar。 直接設(shè)計(jì)方法的思想是基于給定的濾波器參數(shù)直接在離散域上尋找合適的數(shù)字 濾波器，他不限于常規(guī)的濾波器類型，如低通、高通、帶通和帶阻等。 方案五 ： 通用 Butterworth 設(shè)計(jì)方法 。這個(gè)函數(shù)與 butter函數(shù)很相似，但他可以指定兩個(gè)階參數(shù)，其中歸一化和非歸一化各一個(gè)。 方案六 ： 參數(shù)建模法 。頻域上的建模函數(shù)有 invfreqs 和 invfreqz。 IIR濾波器的 基本 原理 IIR和 FIR的性能對(duì)比 1. FIR 濾波器的一個(gè)重要特點(diǎn)就是能夠提供準(zhǔn)確的線性相位 [1], 所以在對(duì)相位要求較嚴(yán)格的地方 , FIR 占據(jù)了統(tǒng)治地位 , 但是嚴(yán)格的線性相位的 IIR 濾波器也已經(jīng)被提出 , 只是其階數(shù)比普通 IIR 濾波器要提高 一倍 , 其基本思路如下 : 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 采用雙重濾波 (double filtering)技術(shù) , 將信號(hào)一次通過兩個(gè) 濾波器 , 第二個(gè)濾波器恰好對(duì)第一個(gè)濾波器的相位特性起補(bǔ)償作用 , 它們兩個(gè)的頻率響應(yīng)分別為 : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2212 ,i f j fi f i fH e M f e H e M f e???? ??? （ 1） 所以總的頻率響應(yīng) ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 212 i f j fi f i f i fH e H e H e M f e M f e M f??? ? ? ?? ? ? （ 2） 但這樣造成的一個(gè)問題就是 ： 由于滿足上述關(guān)系的 H1(z),H2(z)必有 H2(z)=H1(1/z)。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中 ， 采用了一種時(shí)間反折技 術(shù) (time reversing technique)， 兩個(gè)濾波器的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)成相同的 ， 但是經(jīng)過第一個(gè)濾波器得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一次反折 ， 即后入先出 ， 這樣經(jīng)過第二個(gè)濾波器后就跟原序列經(jīng)過上述 H1(z)， H2(z)的效果是相同的。 3. 由于 FIR 沒有反饋系統(tǒng) , 它需要較多 的存儲(chǔ)器來存放濾波器系數(shù) , 所以在對(duì)相位要求不很嚴(yán)格的地方 , 使用 IIR 濾波器更節(jié)約資源。所以 , 有限字長(zhǎng)效應(yīng)在 IIR 濾波器中比在 FIR 中更加嚴(yán)重。 IIR濾波器的 差分表示 數(shù)字濾波器一般都具有差分方程形式 ? ? ? ? ? ?01MNmnmny n a x k m b y k n??? ? ? ??? （ 3） 其中 ， x( n)為輸入序列 ， y( n)為輸出序列 ， ma 和 nb 為濾波系數(shù) , N 是濾波器的階數(shù)。 IIR濾波器的傳遞函數(shù) 求 IIR 濾波器的傳遞函數(shù) H(z)時(shí)， 應(yīng)把差分方程 【式 （ 3） 】 的兩邊加以 Z變換， 得出： ? ? ? ? ? ?01MNmnmnmnY Z X Z a Z Y Z b Z???????? （ 5） 式中 x(Z)、 Y(Z)分別表示輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的 Z變換。 式（ 6） 為有理函數(shù)（由分母多項(xiàng)式與分子多項(xiàng)式構(gòu)成的函數(shù)）， FIR 濾波器的場(chǎng)合是只有分子多項(xiàng)式 A(Z)， 而 IIR 濾波器則還具有分母多項(xiàng)式 B(Z)， 固而會(huì)產(chǎn)生種種問題。在這 里， 使 A(Z)=0的 Z 值 稱為濾波器的“零點(diǎn)” ， 使 B(Z)=0 的Z值則稱為“極點(diǎn)” 。設(shè)計(jì)過程是：按照技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬低通濾波器，得到模擬濾波器的傳輸函數(shù) G(S)，再按一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系將 G(S)轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(Z)。為了保證轉(zhuǎn)換后的 H(Z)穩(wěn)定且滿足技術(shù)要求，對(duì)轉(zhuǎn)換關(guān)系提出兩點(diǎn)要求 ： (1) 因果穩(wěn)定的模擬濾波器轉(zhuǎn) 換成數(shù)字濾波器，仍是因果穩(wěn)定的。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 將傳輸函數(shù) G(S)從 S 平面轉(zhuǎn)換到 Z 平面的方法用多種，但工程上常用的是標(biāo)準(zhǔn) Z 變換 和雙一階 Z變換。因此，如果以模擬濾波器的設(shè)計(jì)公式作為基礎(chǔ)， 則數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)就歸結(jié)為函數(shù)變換，可望簡(jiǎn)單化。 S— Z變換有標(biāo)準(zhǔn) z變換與雙一階 Z變換 等， 是根據(jù)所要設(shè)計(jì)的濾波器的型式 (按低通濾波器、帶通濾波器等加以區(qū)別 )分別利用的。亦即得到 ? ? ? ? ? ?10 0 1 1 0nnNN kS k T S Tkk nnk k n n kH Z g k Z A e Z A e Z? ? ???? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ??? ? ? ?? ? ? ? ? （ 11） 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 此無限等比級(jí)數(shù)可改寫為 ? ? 11 1 nN nS k Tn AHZ eZ? ??? ?? （ 12） 在這里把式 (12)看作是由 S域向 Z域的變換，就導(dǎo)出了 STZe? 的關(guān)系（稱為標(biāo)準(zhǔn) Z變換）。 今把由下述 S— Z變換式 11211 ZS TZ???? ? (13) 所示的 S值代入模擬濾波器的傳遞函數(shù) G(S)中去，就得到傳遞函數(shù)為 ? ? ? ? 1121 1| ZST ZH Z G S ???? ?? （ 14） 的數(shù)字濾波器。但它們的沖激響應(yīng)與頻率特性切不是一樣的。 這就是說，雙一階 Z 變換是給頻率特性帶來畸變的，它把模擬濾波器的角頻率 0 Aw? ?? 凝聚成為數(shù)字濾波器 的角頻率 0/DwT??? 。這稱為預(yù)變形。 (2) 如果要設(shè)計(jì)的不是數(shù)字濾波器 ,則還需要將步驟 (1)中變換所得到相應(yīng)的 (高通 ,帶通 , 帶阻 )模擬濾波器性能指標(biāo)變換成模擬 濾波器的性能指標(biāo)。 (3) 用所得到的模擬低通濾波器的性能指標(biāo) ,利用某種模擬濾波器逼近方法 ,設(shè)計(jì)并查表求得此模擬低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù) ,以它作為設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的“樣本”。 步驟 (1)中的變換規(guī)則就是從模擬濾波器數(shù)字化成為數(shù)字濾波器的方法 ,也就是要把 s 平面映射到 z平面 ,使模擬系統(tǒng)函數(shù) Ha(s)變換成所需的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)。 第二 ,因果穩(wěn)定的 Ha(s)應(yīng)能映射成因果穩(wěn)定的 H(z)。 “模擬原型”濾波器有多種設(shè)計(jì)方法 ,例如 : 巴特沃思型濾波 器 ,切貝雪夫型濾波器 ,橢圓函數(shù)型 (考爾型 )濾波器等。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3 IIR 濾波器的 MATLAB 設(shè)計(jì) 與仿真 FDATool界面設(shè)計(jì) FDATool的介紹 FDATool(Filter Designamp。FDATool可以設(shè)計(jì)幾乎所有的常規(guī)濾波器，包括 FIR 和 IIR的各種設(shè)計(jì)方法。 [7] FDATool的 界面總共分兩大部分 （ 其界面如圖 31所示 ）， 一部分是 Design Filter。 Design Filter 部分主要分為： Filter Type(濾 波器類型 )選項(xiàng)，包括 Lowpass(低通 )、 Highpass(高通 )、 Bandpass(帶通 )、 Bandstop(帶阻 )和特殊的 FIR濾波器。 Filter Order(濾波器階數(shù) )選項(xiàng)，定義濾波器的階數(shù)，包括 Specify Order(指定階數(shù) )和 Minimum Order(最小階數(shù) )。如果選擇 Minimum Order，則 MATLAB 根據(jù)所選擇的濾波器類型自動(dòng)使用最小階數(shù)。它的具體選項(xiàng)由 Filter Type選項(xiàng)和 Design Method選項(xiàng)決定。采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定，所以只需定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。例如設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以定義 Wstop1(頻率 Fstop1處的幅值衰減 )、 Wpass(通帶范圍內(nèi)的幅值衰減 )、 Wstop2(頻率Fstop2處的幅值衰減 )。 Window Specifications 選項(xiàng)，當(dāng)選取采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)，該選項(xiàng)可定義，它包含了各種窗函數(shù)。 本例中 ， 首先在 Filter Type中選擇 Bandpass(帶通濾波器 )；在 Design Method選項(xiàng)中選擇 IIR，接著在相鄰的右則選項(xiàng)中選擇 Chebyshev I(切比雪夫 I型 )；指定 Filter Order項(xiàng)中的 Specify Order=10；由于采用的是切比雪夫設(shè)計(jì)，不必在 Options 中選擇；然后在Frequency Speci