【正文】 統(tǒng)功能拆分為各個(gè)功能模塊。其設(shè)計(jì)流程圖如下： 在Matlab中提供了一些濾波器的函數(shù)，使FIR濾波器的運(yùn)算更加方便和快速。在Matlab中提供的濾波函數(shù)有fir1()，此函數(shù)以經(jīng)典的方法實(shí)現(xiàn)加窗線性相位FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)出低通、高通、帶通和帶阻濾波器。fir2()函數(shù)設(shè)計(jì)的FIR濾波器，其濾波器的頻率特性由矢量f和m決定，f、m分別為濾波器的期望幅頻相應(yīng)的頻率相量和幅值相量。Fir1()和remez的基本格式用于設(shè)計(jì)第一類和第二類線性相位FIR濾波器，是偶對(duì)稱濾波器，第一類和第二類的區(qū)別在于濾波器的階數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)。Firrcos()用于設(shè)計(jì)具有光滑，正弦過(guò)渡帶的低通線性相位濾波器。filter()用于實(shí)現(xiàn)IIR和FIR濾波器對(duì)數(shù)據(jù)的濾波，常用來(lái)計(jì)算濾波器對(duì)輸入的響應(yīng)。fftfilt()利用效率高的基于FFT重疊相加算法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)濾波，該函數(shù)只實(shí)用于FIR濾波器。freqz()用于求數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)。并且提供了各種窗函數(shù)的函數(shù)，比如，hamming()是海明窗函數(shù)，kaiser()是凱塞窗函數(shù)，使在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不用自己重新設(shè)計(jì)窗函數(shù)。 線性相位FIR濾波器通常采用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)。窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的基本思想是:根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長(zhǎng)度N和窗函數(shù),使其具有最窄寬度的主瓣和最小的旁瓣。其核心是從給定的頻率特性，通過(guò)加窗確定有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)序列h(n)。 假設(shè)軟件無(wú)線電中需要設(shè)計(jì)一個(gè)線性相位帶通FIR濾波器指標(biāo)如下: 阻帶截止頻率為30MHZ和120MHz。通帶截止頻率為60MHz和90MHz。階數(shù)為18。根據(jù)軟件無(wú)線電中的帶通信號(hào)采樣定理，在這里取采樣頻率fs=300MHz,利用Matlab的FIR濾波器的設(shè)計(jì)函數(shù)fir1，可以快速地設(shè)計(jì)出所需的數(shù)字濾波器。這個(gè)帶通濾波器的設(shè)計(jì)函數(shù)如下: B=firl(N,Wn,’bandpass’ )，表示設(shè)計(jì)一個(gè)N階(N點(diǎn))的低通FIR數(shù)字濾波器，返回的向量B為濾波器的系數(shù)(單位沖激響應(yīng)序列)。，(以下類同)。Wn是一個(gè)包含兩個(gè)元素的向量，Wn=[W1 W2],其通帶為W1WW2。根據(jù)系統(tǒng)條件和Matlab中的相關(guān)函數(shù)，求濾波器程序如下:Wn=[ ]。n=18。b=fir1(n,Wn,‘bandpass’)。[h,f]=freqz(b)。plot(f，abs(h))。xlabel(‘歸一化頻率’)。ylabel(‘頻率相應(yīng)的幅值’)。在此程序中,向量b[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]就是所求濾波器的系數(shù)，在此設(shè)計(jì)的是18階濾波器，所以濾波器的返回系數(shù)有19個(gè)。而濾波器的幅頻特性也可利用分析函數(shù)freqz得出，如圖24所示: 當(dāng)求出濾波器系數(shù)后，需要對(duì)這一通帶濾波進(jìn)行正確性檢驗(yàn)，在這里用濾波器對(duì)假設(shè)信號(hào):Sin(2*pi*75000000*t)+*sin(2*pi*10000000*t)+3*sin(2*pi*18000000*t)濾波(該信號(hào)的采樣頻率為300MHz )，然后觀察濾波前后的信號(hào)波形圖。Matlab試驗(yàn)程序如下:t=0:1/300000000:。sig=sin(2*pi*75000000*t)+*sin(2*pi*10000000*t)+3*sin(2*pi*18000000*t)。plot(t,sig)。xlalbel(‘時(shí)間’)。ylalbel(‘幅值’)。newsig=fftfilt(b,sig)。figure。plo}t(t,newsig)。xlabel(‘時(shí)間’)。ylabel(‘幅值’)。運(yùn)行plot(t,sig)。語(yǔ)句運(yùn)行濾波前的信號(hào)時(shí)域圖，如圖25所示:此波形為三個(gè)正弦波的疊加混合波形。當(dāng)用函數(shù)fftfilt濾波后，運(yùn)行plot(t,newsig)。語(yǔ)句得到濾波后的信號(hào)時(shí)域圖，如圖26所示:從濾波前后的信號(hào)時(shí)域圖可以看出，只有頻率為75MHz的正弦信號(hào)Sin(2*pi*75000000*t)通過(guò)了濾波器，而頻率分別為l *sin(2*pi* 10000000*t)和3*sin(2*pi* 18000000*t)卻被濾掉，這充分驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的濾波器的正確性。第3章基于DSP平臺(tái)的軟件無(wú)線電信道的設(shè)計(jì)在這一章里，通過(guò)運(yùn)用DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS，完成了軟件無(wú)線電中信道處理技術(shù)的設(shè)計(jì)與理論實(shí)現(xiàn)，這是本論文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。大部分信號(hào)用通用可編程DSP處理,在CCS開發(fā)環(huán)境下,將通過(guò)軟件編程得到信號(hào)初始數(shù)據(jù),用DSP匯編語(yǔ)言程序進(jìn)行運(yùn)行軟件的數(shù)據(jù)接口,并實(shí)現(xiàn)在CCS下的數(shù)字濾波,將濾波后的數(shù)據(jù)通過(guò)圖形化界面反映出來(lái),以此評(píng)估DSP對(duì)不同信道的處理效果。設(shè)計(jì)流程基本如下：開始DSP初始化將濾波器系數(shù)存入存數(shù)單元操作數(shù)與程序存儲(chǔ)器相乘后累加保存濾波結(jié)果FIR程序設(shè)計(jì)流程圖在進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度和存儲(chǔ)器的要求等來(lái)選擇DSP芯片。只有選擇了DSP芯片，才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路?？偟膩?lái)說(shuō)，DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要而定。不同的DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用目的等不盡相同，對(duì)DSP的選擇也不同。本論文選擇TMS320VC5509芯片為處理芯片，該芯片具有性能高（最高可達(dá)到200MHz的處理速度）、功耗低、接口多、外設(shè)豐富的特點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)圍繞一組程序總線、3組數(shù)據(jù)總線和4組地址總線而建立的改進(jìn)哈拂結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的多功能性和靈活性。(2)具有高度并行性和專用硬件邏輯的CPU設(shè)計(jì)，提高了芯片的性能。(3)具有完善的尋址方式和高度專業(yè)化指令系統(tǒng)，更適應(yīng)于快速算法的實(shí)現(xiàn)和高級(jí)語(yǔ)言編程的優(yōu)化。(4)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使派生器件得到了更快的發(fā)展。(5)采用先進(jìn)的靜態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)一步降低了功耗，使芯片具有更強(qiáng)的應(yīng)用能力。(6)采用先進(jìn)的IC制造工藝，降低了芯片的功耗，提高了芯片的性能。TMS320VC5509芯片的結(jié)構(gòu)框圖如下：芯片圖DSP內(nèi)部一般都有多個(gè)處理單元，如算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)、輔助寄存器運(yùn)算單元(ARAU)、累加器(ACC)以及硬件乘法器(MUL)等。它們可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。例如，當(dāng)執(zhí)行一次乘法和累加的同時(shí)，輔助寄存器單元已經(jīng)完成了下一個(gè)地址的尋址工作，為下一次乘法和累加運(yùn)算做好了充分的準(zhǔn)備。因此，DSP在進(jìn)行連續(xù)的乘法運(yùn)算時(shí)，每一次乘法運(yùn)算都是單周期的。DSP的這種多處理單元結(jié)構(gòu)，特別適用于FIR和IIR濾波器。此外，許多DSP的多處理單元結(jié)構(gòu)還可以將一些特殊的算法，例如FFT的位倒序?qū)ぶ泛腿∧＿\(yùn)算等，這種芯片內(nèi)部的特殊硬件結(jié)構(gòu)可以提高運(yùn)行速度。這為軟件無(wú)線電中不同頻率信號(hào)的處理提供了保障。根據(jù)軟件無(wú)線電信道處理技術(shù)的研究步驟，在設(shè)計(jì)好所需的濾波器后，首先需要在軟件上實(shí)現(xiàn)。DSP軟件編程有其獨(dú)特性，在這里介紹了其軟件編程環(huán)境,研究了如何在CCS上實(shí)現(xiàn)濾波功能。目前DSP的發(fā)展趨勢(shì)是處理器更復(fù)雜，更新速度更快，DSP的應(yīng)用也向多處理器、多通道發(fā)展，變得越來(lái)越復(fù)雜。與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)基于DSP的產(chǎn)品需求越來(lái)越大，競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，因此對(duì)開發(fā)效率的要求也越來(lái)越高。對(duì)于開發(fā)者，要想在有限的開發(fā)周期內(nèi)充分利用DSP器件的每個(gè)MIPS，有效的開發(fā)工具至關(guān)重要。 Code Composer Studio(CCS)是TI公司推出的一個(gè)集成性DSP軟件開發(fā)工具。在一個(gè)開放式的插件(plugin )結(jié)構(gòu)下，CCS內(nèi)部集成了以下的軟件工具: (1)C54x代碼產(chǎn)生工具 (2)軟件模擬器(Simulator ) (3)實(shí)時(shí)基礎(chǔ)軟件DSP/BIOS (4)主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換軟件RTDX (5)實(shí)時(shí)分析(realtime analysis)和數(shù)據(jù)可視化(data visualization capabilities )軟件 代碼產(chǎn)生工具(Code Generate Tools)構(gòu)成了CCS集成開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)部件。下面分別介紹編譯器、匯編優(yōu)化器、連接器和其他一些工具。一、 編譯器C54x的C編譯器對(duì)符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C代碼進(jìn)行編譯，生成匯編代碼。C編譯器內(nèi)外分為語(yǔ)法分析器(Paraser ) , C優(yōu)化器(Optimizer)和代碼產(chǎn)生器(CodeGenerator ) 3部分。(1)語(yǔ)法分析器的功能是對(duì)C代碼進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行語(yǔ)法檢查，然后產(chǎn)生一個(gè)中間文件(.if)作為C優(yōu)化器或代碼產(chǎn)生器的輸入。語(yǔ)法分析器還對(duì)宏、文件包含和條件編譯等進(jìn)行處理。(2) C優(yōu)化器對(duì)語(yǔ)法分析器的輸出文件進(jìn)行優(yōu)化，目的是縮短代碼長(zhǎng)度和提高代碼執(zhí)行效率。(3)代碼產(chǎn)生器利用語(yǔ)法分析器和優(yōu)化器產(chǎn)生的中間文件生成匯編代碼(.asm )。 二、匯編優(yōu)化器匯編優(yōu)化器的作用是對(duì)用戶編寫的線性匯編代碼(.sa )進(jìn)行優(yōu)化。匯編優(yōu)化器是芯片代碼產(chǎn)生工具內(nèi)極具特色的一部分，它在DSP業(yè)界首創(chuàng)了對(duì)線性匯編代碼自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)。 對(duì)于性能要求很高的場(chǎng)合，用戶需要用線性匯編對(duì)關(guān)鍵的C代碼進(jìn)行改寫，然后采用匯編優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化，最大限度的提高代碼效率。 線性匯編語(yǔ)言是為了簡(jiǎn)化芯片匯編語(yǔ)言編程而設(shè)計(jì)的，它不是一個(gè)獨(dú)立的編程語(yǔ)言。與C54x標(biāo)準(zhǔn)匯編語(yǔ)言相比，采用線性匯編不需要考慮以下因素:（1）并行指令安排（2）指令延遲（3）寄存器使用三、匯編器匯編器產(chǎn)生可重新分配地址的機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)文件。匯編器產(chǎn)生的代碼是TI的COFF文件格式。匯編代碼內(nèi)除了C54x機(jī)器指令外，還可以有匯編偽指令(asse。tuber directive)。四、連接器 連接器的作用是接受可重新分配地址的目標(biāo)文件(.obj)作為輸入，生成可執(zhí)行的目標(biāo)文件(.out )。其主要功能是根據(jù)用戶定義的數(shù)據(jù)和程序存放地址，把匯編器生成的浮動(dòng)地址代碼和數(shù)據(jù)映射到用戶系統(tǒng)的實(shí)際地址空間。第一、FIR濾波器中的實(shí)現(xiàn)。圖33為橫截型FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖。由于FIR濾波器沒有反饋回路，因此它是無(wú)條件穩(wěn)定系統(tǒng)，其單位沖激響應(yīng)h(n)是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。由圖33可見，F(xiàn)IR濾波算法實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算。它不斷地輸入樣本x(n)，經(jīng)延時(shí)(z)，做乘法累加，再輸出濾波結(jié)果y(n)。.Z……h(huán)(N1)……h(huán)(1)h(0)h(N)y(n)FIR濾波器的結(jié)構(gòu)圖C54x片內(nèi)沒有I/O資源，CPU通過(guò)外部譯碼可以尋址64K I/O單元。有兩條指令實(shí)現(xiàn)輸入和輸出:PORTR PA, Smem:將PA的端口內(nèi)容送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SmemPORTW Smem, PA。將地址Smem的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容送端口PA這兩條指令至少要2個(gè)字和2個(gè)機(jī)器周期。如果I/O設(shè)備是慢速器件，則需要插入等待狀態(tài)。此外，當(dāng)利用長(zhǎng)偏移間接尋址或絕對(duì)尋址Smem時(shí),還要增加1個(gè)字和1個(gè)機(jī)器周期。實(shí)現(xiàn)FIR運(yùn)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)z，常用的方法是用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z和用循環(huán)緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z。 （1）用線性緩沖區(qū)法實(shí)現(xiàn)z線性緩沖區(qū)法又稱延遲線法，其特點(diǎn)是:對(duì)于N級(jí)的FIR濾波器，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟一個(gè)稱之為滑窗的N個(gè)單元的緩沖區(qū)，存放最新的N個(gè)輸入樣本:從最老的樣本開始，每讀一個(gè)樣本后，將此樣本向下移位，讀完最后一個(gè)樣本后，輸入最新樣本至緩沖區(qū)的頂部。在這里，我們先用N=6的線性緩沖區(qū)存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)明。，圖中線性緩沖區(qū)頂部是存儲(chǔ)器的低地址單元，底部為高地址單元。，當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行時(shí)，由ARx指向線性緩沖區(qū)的底部，并開始取數(shù)、運(yùn)算。每次乘法累加運(yùn)算之后，還要將該數(shù)據(jù)向下(高地址)移位。y(n)求得以后，從I/O口輸入一個(gè)新數(shù)據(jù)x(n+1)至線性緩沖區(qū)的頂部(低地址)單元，再將ARx指向底部高地址單元，開始第二次執(zhí)行，如圖34所示。之后，再計(jì)算y(n+2)...。 對(duì)存儲(chǔ)器的延時(shí)操作是通過(guò)使用存儲(chǔ)器延時(shí)指令DELAY實(shí)現(xiàn)的，它可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容向較高地址的下一單元傳送。實(shí)現(xiàn)z的DSP運(yùn)算指令為:DELAY Smem (SmemSeme+1,即將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容送下一高地址單元DELAY *AR2 :AR2指向源地址，即將AR2所單元內(nèi)容復(fù)制到下一高地址單元中 延時(shí)指令與其它指令相結(jié)合，可以在同樣的機(jī)器周期內(nèi)附加完成這些數(shù)據(jù)傳送操作。例如下面指令: 延時(shí)指令與其它指令相結(jié)合，可以在同樣的機(jī)器周期內(nèi)附加完成這些數(shù)據(jù)傳送操作。例如下面指令:LT+DELAYLTD指令：?jiǎn)螖?shù)據(jù)存儲(chǔ)