DSP實(shí)驗(yàn)教程

前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理理論的發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。數(shù)字信號(hào)處理器（DigitMl Signal Processor，DSP）有力地推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。在最近的20多年里，DSP技術(shù)已經(jīng)深入到通信、航空航天、雷達(dá)、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療以及消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域，成為目前最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。近年來(lái)國(guó)內(nèi)很多高等院校已經(jīng)對(duì)本科生和研究生開(kāi)設(shè)了DSP課程，許多科研院所和企業(yè)也正在基于DSP技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。隨著教學(xué)、科研的發(fā)展和深入，教師、學(xué)生以及工程技術(shù)人員已經(jīng)不再滿足于對(duì)DSP技術(shù)的粗淺了解，對(duì)DSP技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也提出了越來(lái)越高的要求，從而迫切需要與DSP實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教材。美國(guó)德州儀器公司（1Fexas Instruments，TI）是目前世界上最大的DSP供應(yīng)商，其產(chǎn)品占世界市場(chǎng)的44％以上。其推出的TMS320系列DSP是世界上最有影響力的主流DSP產(chǎn)品。TI公司與多所高等院校的DSP實(shí)驗(yàn)室合作，為學(xué)校相關(guān)課程的教學(xué)提供軟、硬件方面的技術(shù)與設(shè)備支持。在此背景下，作者結(jié)合多年實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以TI公司TMS320VC5416 DSK為平臺(tái)，以詳細(xì)講解DSP代碼的產(chǎn)生與工作原理為基礎(chǔ)，通過(guò)基本原理與方法的分析，將數(shù)字信號(hào)處理算法與DSP器件的特點(diǎn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了數(shù)字信號(hào)處理基本算法、外設(shè)訪問(wèn)、基于DSP的音頻播放系統(tǒng)等大量的應(yīng)用實(shí)例?！禗SP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》對(duì)于電子類(lèi)高年級(jí)本科生、研究生以及電子工程師迅速熟悉T1 C54.x DSP的應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有重要的參考價(jià)值?！禗SP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》第3章由賀家琳編寫(xiě)，第4、5章由陳存彪編寫(xiě)，其余章節(jié)的編寫(xiě)和統(tǒng)稿由張濤完成?！禗SP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》的編寫(xiě)工作是根據(jù)教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)的相關(guān)教學(xué)要求，在rI'I中國(guó)大學(xué)計(jì)劃的支持下進(jìn)行的，TI公司、TI大學(xué)計(jì)劃部沈潔經(jīng)理、潘亞濤工程師和王春容女士的幫助和支持保證了《DSP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》編寫(xiě)工作的順利完成，在此向他們表示衷心的感謝。天津大學(xué)國(guó)澄明教授在《DSP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》的編寫(xiě)過(guò)程中給予了熱情的關(guān)懷和指導(dǎo)，他在百忙之中對(duì)《DSP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》進(jìn)行了細(xì)致的審閱和校對(duì)工作，在此表示衷心的感謝。此外，感謝碩士研究生劉寶琦和李海，他們分別承擔(dān)了《DSP實(shí)驗(yàn)教程:基于TMS320VC5416 DSK》的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)、文字編輯等工作。由于作者水平有限，書(shū)中不當(dāng)之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)共有7章，首先闡述了DSP的基本概念，然后詳細(xì)介紹了TI DSP開(kāi)發(fā)的軟硬件環(huán)境（CCS和TMS320VC5416 DSK），在對(duì)DSP代碼生成及其工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，舉例分析總結(jié)了C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程方法。之后，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理的常見(jiàn)算法FIR與FFT，舉例分析并在TMS320 VC5416 DSK平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了FIR、FFT的應(yīng)用實(shí)例；結(jié)合中斷、串口、DMA、Timer的應(yīng)用實(shí)例分析了TMS320VC5416DSK平臺(tái)上外設(shè)的使用方法。最后，結(jié)合目前發(fā)展迅速的音頻編碼技術(shù)，以MP1音樂(lè)播放器在TMS320VC5416DSK上的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)為例，分析總結(jié)了DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。　　本書(shū)適合作為高等工科院校電子信息、通信、自動(dòng)化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可作為從事數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)專(zhuān)業(yè)科研人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

出版說(shuō)明前言第1章 DSP概述1.1 DSP的含義1.2 DSP的歷史與發(fā)展1.3 DSP的分類(lèi)1.4 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.5 DSP的優(yōu)勢(shì)1.6 DSP的應(yīng)用領(lǐng)域1.7 思考題第2章 TMs320C5416結(jié)構(gòu)及其開(kāi)發(fā)環(huán)境2.1 TMS320C：54x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介2.2 DSP硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境2.3 DSP軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境2.3.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介2.3.2 其他DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境2.4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS2.4.1 概述2.4.2 CCS系統(tǒng)配置2.4.3 CCS系統(tǒng)界面2.4.4 CCs的使用2.5 實(shí)驗(yàn)CCS的基本操作2.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.5.2 實(shí)驗(yàn)程序功能2.5.3 實(shí)驗(yàn)步驟2.6 思考題第3章 DSP軟件開(kāi)發(fā)詳解3.1 DSP代碼執(zhí)行原理3.1.1 DSP結(jié)構(gòu)3.1.2 指令執(zhí)行流程3.1.3 尋址模式3.2 程序肩動(dòng)流程3.2.1 系統(tǒng)復(fù)位3.2.2 中斷向量表及其地址3.2.3 軟件運(yùn)行環(huán)境初始化3.3 編譯過(guò)程3.3.1 高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言3.3.2 C編譯器3.3.3 段3.3.4 匯編器對(duì)段的處理3.4 連接過(guò)程3.4.1 連接器對(duì)段的處理3.4.2 重新定位3.5 工程腳本文件3.5.1 文件格式3.5.2 參數(shù)定制3.6 程序優(yōu)化3.6.1 代碼限制3.6.2 優(yōu)化途徑3.7 匯編指令介紹3.7.1 認(rèn)識(shí)匯編語(yǔ)言3.7.2 匯編指令的符號(hào)與縮寫(xiě)3.7.3 TMs320C54x指令集3.8 混合編程3.8.1 混合編程概述3.8.2 C語(yǔ)言函數(shù)結(jié)構(gòu)和調(diào)用規(guī)則3.8.3 混合調(diào)用規(guī)則3.8.4 混合編程示例3.9 實(shí)驗(yàn)二混合編程3.9.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.9.2 實(shí)驗(yàn)步驟3.10 思考題第4章 DSP算法實(shí)現(xiàn)——FIR4.1 FIR濾波器概述4.2 FIR濾波器的設(shè)計(jì)4.2.1 線性相位FIR濾波器的條件和特點(diǎn)4.2.2 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器4.2.3 利用頻畢采樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器4.3 FIR濾波器的DsP實(shí)現(xiàn)4.3.1 關(guān)鍵問(wèn)題4.3.2 算法的實(shí)現(xiàn)4.3.3 FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)4.3.4 TMS320C5416中與FIR相關(guān)的尋址方式及指令4.4 實(shí)驗(yàn)三FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)4.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.4.2 實(shí)驗(yàn)原理與方法4.4.3 FIR數(shù)字濾波器的MA'TLAB設(shè)計(jì)4.4.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.4.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)4.5 思考題第5章 DSP算法實(shí)現(xiàn)——FFT第6章 外設(shè)、中斷和DSK第7章 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)附錄

章節(jié)摘錄

插圖：DSF，軟件開(kāi)發(fā)是DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的重要環(huán)節(jié)。軟件實(shí)際上是DSP支持的各類(lèi)指令的有機(jī)組合，賦予DSP各種各樣的功能。使用VC開(kāi)發(fā)PC應(yīng)用軟件的程序員關(guān)心的大多只是如何用C／c++代碼實(shí)現(xiàn)需求的功能；而DSP程序員思考的并不止這些，還需要考慮以下內(nèi)容：（1）如何初始化并管理DSP設(shè)備和周邊設(shè)備DSP系統(tǒng)是一套完整的硬件系統(tǒng)，擁有CPU（DSP芯片）、內(nèi)存（片上、片外存儲(chǔ)器）和外設(shè)（依照需求連接的外圍設(shè)備），相當(dāng)于一個(gè)精簡(jiǎn)的PC。而這臺(tái)“機(jī)器”上沒(méi)有類(lèi)似Windows、Linux的操作系統(tǒng)，DSP的軟件不但要實(shí)現(xiàn)基本功能，還應(yīng)該負(fù)責(zé)硬件資源的管理，并且這個(gè)管理要貫穿從上電到程序結(jié)束的整個(gè)過(guò)程。（2）程序員設(shè)計(jì)的代碼（C或者匯編）能否正確執(zhí)行每款DSP都有自己的性能約束，不像。PC中的通用CPU那樣“無(wú)所不能”。例如，C代碼中的float、double等浮點(diǎn)數(shù)參與的運(yùn)算似乎和整數(shù)運(yùn)算一樣容易，但對(duì)于定點(diǎn)DSP來(lái)說(shuō)，浮點(diǎn)運(yùn)算需要使用復(fù)雜的匯編技巧才能勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)；超出DSP自身精度的計(jì)算也需要拆分成多個(gè)步驟以符合DSP的精度上限。DSP程序員需要充分了解整個(gè)DSP系統(tǒng)的性能參數(shù)，才能設(shè)計(jì)功能正確的軟件。（3）代碼執(zhí)行的效率如何功能的正確實(shí)現(xiàn)并不代表DSP軟件工程師的工作已經(jīng)完成，1.6節(jié)中談到，很多應(yīng)用場(chǎng)合需要DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。例如，錄音筆中需要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼，導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)也需要在敵方炮彈飛行的短暫過(guò)程中計(jì)算攔截所需的數(shù)據(jù)。所以，代碼執(zhí)行效率能否達(dá)到要求也是。DSP程序員面臨的重要問(wèn)題之一。（4）如何優(yōu)化自己的代碼一旦發(fā)現(xiàn)代碼效率不能滿足要求，程序員就需要使用各種手段對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化。代碼優(yōu)化能力是判斷DSP程序員是否優(yōu)秀的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。本章將首先介紹DSP代碼的執(zhí)行原理，而后討論DSP代碼的產(chǎn)生和裝載過(guò)程，其中會(huì)涉及DSP系統(tǒng)存儲(chǔ)空間分配的問(wèn)題，最后講述DSP軟件優(yōu)化的利器之一——混合編程的詳細(xì)步驟。同時(shí)，為了配合實(shí)驗(yàn)，還會(huì)介紹一些基本的DsP指令。3.1  DSP代碼執(zhí)行原理3.1.1 DSP結(jié)構(gòu)要充分了解指令的執(zhí)行機(jī)制，需要深人地研究DSP的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)。2.1節(jié)中曾經(jīng)給出C5416 DSP的硬件框圖，為了方便討論，現(xiàn)在重新給出。

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