DSP實驗教程

前言

隨著計算機技術、集成電路設計技術和數(shù)字信號處理理論的發(fā)展，數(shù)字化時代已經到來。數(shù)字信號處理器（DigitMl Signal Processor，DSP）有力地推動了相關技術的進步。在最近的20多年里，DSP技術已經深入到通信、航空航天、雷達、工業(yè)控制、網絡、醫(yī)療以及消費電子等各個領域，成為目前最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一。近年來國內很多高等院校已經對本科生和研究生開設了DSP課程，許多科研院所和企業(yè)也正在基于DSP技術進行開發(fā)和應用研究。隨著教學、科研的發(fā)展和深入，教師、學生以及工程技術人員已經不再滿足于對DSP技術的粗淺了解，對DSP技術的發(fā)展和應用也提出了越來越高的要求，從而迫切需要與DSP實驗能力培養(yǎng)密切相關的實驗教材。美國德州儀器公司（1Fexas Instruments，TI）是目前世界上最大的DSP供應商，其產品占世界市場的44％以上。其推出的TMS320系列DSP是世界上最有影響力的主流DSP產品。TI公司與多所高等院校的DSP實驗室合作，為學校相關課程的教學提供軟、硬件方面的技術與設備支持。在此背景下，作者結合多年實踐教學經驗，以TI公司TMS320VC5416 DSK為平臺，以詳細講解DSP代碼的產生與工作原理為基礎，通過基本原理與方法的分析，將數(shù)字信號處理算法與DSP器件的特點相結合，設計開發(fā)了數(shù)字信號處理基本算法、外設訪問、基于DSP的音頻播放系統(tǒng)等大量的應用實例?！禗SP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》對于電子類高年級本科生、研究生以及電子工程師迅速熟悉T1 C54.x DSP的應用開發(fā)具有重要的參考價值?！禗SP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》第3章由賀家琳編寫，第4、5章由陳存彪編寫，其余章節(jié)的編寫和統(tǒng)稿由張濤完成。《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》的編寫工作是根據(jù)教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委會的相關教學要求，在rI'I中國大學計劃的支持下進行的，TI公司、TI大學計劃部沈潔經理、潘亞濤工程師和王春容女士的幫助和支持保證了《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》編寫工作的順利完成，在此向他們表示衷心的感謝。天津大學國澄明教授在《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》的編寫過程中給予了熱情的關懷和指導，他在百忙之中對《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》進行了細致的審閱和校對工作，在此表示衷心的感謝。此外，感謝碩士研究生劉寶琦和李海，他們分別承擔了《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》的實驗開發(fā)、文字編輯等工作。由于作者水平有限，書中不當之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

內容概要

　　本書共有7章，首先闡述了DSP的基本概念，然后詳細介紹了TI DSP開發(fā)的軟硬件環(huán)境（CCS和TMS320VC5416 DSK），在對DSP代碼生成及其工作原理進行詳細分析的基礎上，舉例分析總結了C語言和匯編語言的混合編程方法。之后，結合數(shù)字信號處理的常見算法FIR與FFT，舉例分析并在TMS320 VC5416 DSK平臺上實現(xiàn)了FIR、FFT的應用實例；結合中斷、串口、DMA、Timer的應用實例分析了TMS320VC5416DSK平臺上外設的使用方法。最后，結合目前發(fā)展迅速的音頻編碼技術，以MP1音樂播放器在TMS320VC5416DSK上的實時實現(xiàn)為例，分析總結了DSP系統(tǒng)設計的方法?！　”緯m合作為高等工科院校電子信息、通信、自動化等相關專業(yè)的專業(yè)基礎課教材，也可作為從事數(shù)字信號處理相關專業(yè)科研人員的參考書。

書籍目錄

出版說明前言第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1.4 DSP的結構特點1.5 DSP的優(yōu)勢1.6 DSP的應用領域1.7 思考題第2章 TMs320C5416結構及其開發(fā)環(huán)境2.1 TMS320C：54x結構簡介2.2 DSP硬件開發(fā)環(huán)境2.3 DSP軟件開發(fā)環(huán)境2.3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介2.3.2 其他DSP開發(fā)環(huán)境2.4 集成開發(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 實驗CCS的基本操作2.5.1 實驗目的2.5.2 實驗程序功能2.5.3 實驗步驟2.6 思考題第3章 DSP軟件開發(fā)詳解3.1 DSP代碼執(zhí)行原理3.1.1 DSP結構3.1.2 指令執(zhí)行流程3.1.3 尋址模式3.2 程序肩動流程3.2.1 系統(tǒng)復位3.2.2 中斷向量表及其地址3.2.3 軟件運行環(huán)境初始化3.3 編譯過程3.3.1 高級語言和匯編語言3.3.2 C編譯器3.3.3 段3.3.4 匯編器對段的處理3.4 連接過程3.4.1 連接器對段的處理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 認識匯編語言3.7.2 匯編指令的符號與縮寫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語言函數(shù)結構和調用規(guī)則3.8.3 混合調用規(guī)則3.8.4 混合編程示例3.9 實驗二混合編程3.9.1 實驗目的3.9.2 實驗步驟3.10 思考題第4章 DSP算法實現(xiàn)——FIR4.1 FIR濾波器概述4.2 FIR濾波器的設計4.2.1 線性相位FIR濾波器的條件和特點4.2.2 利用窗函數(shù)法設計FIR濾波器4.2.3 利用頻畢采樣法設計FIR濾波器4.3 FIR濾波器的DsP實現(xiàn)4.3.1 關鍵問題4.3.2 算法的實現(xiàn)4.3.3 FIR濾波器的實現(xiàn)4.3.4 TMS320C5416中與FIR相關的尋址方式及指令4.4 實驗三FIR濾波器的實現(xiàn)4.4.1 實驗目的4.4.2 實驗原理與方法4.4.3 FIR數(shù)字濾波器的MA'TLAB設計4.4.4 實驗內容4.4.5 實驗總結4.5 思考題第5章 DSP算法實現(xiàn)——FFT第6章 外設、中斷和DSK第7章 DSP系統(tǒng)設計附錄

章節(jié)摘錄

插圖：DSF，軟件開發(fā)是DSP系統(tǒng)開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)。軟件實際上是DSP支持的各類指令的有機組合，賦予DSP各種各樣的功能。使用VC開發(fā)PC應用軟件的程序員關心的大多只是如何用C／c++代碼實現(xiàn)需求的功能；而DSP程序員思考的并不止這些，還需要考慮以下內容：（1）如何初始化并管理DSP設備和周邊設備DSP系統(tǒng)是一套完整的硬件系統(tǒng)，擁有CPU（DSP芯片）、內存（片上、片外存儲器）和外設（依照需求連接的外圍設備），相當于一個精簡的PC。而這臺“機器”上沒有類似Windows、Linux的操作系統(tǒng)，DSP的軟件不但要實現(xiàn)基本功能，還應該負責硬件資源的管理，并且這個管理要貫穿從上電到程序結束的整個過程。（2）程序員設計的代碼（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“無所不能”。例如，C代碼中的float、double等浮點數(shù)參與的運算似乎和整數(shù)運算一樣容易，但對于定點DSP來說，浮點運算需要使用復雜的匯編技巧才能勉強實現(xiàn)；超出DSP自身精度的計算也需要拆分成多個步驟以符合DSP的精度上限。DSP程序員需要充分了解整個DSP系統(tǒng)的性能參數(shù)，才能設計功能正確的軟件。（3）代碼執(zhí)行的效率如何功能的正確實現(xiàn)并不代表DSP軟件工程師的工作已經完成，1.6節(jié)中談到，很多應用場合需要DSP對信號進行實時處理。例如，錄音筆中需要對語音進行實時編碼，導彈攔截系統(tǒng)也需要在敵方炮彈飛行的短暫過程中計算攔截所需的數(shù)據(jù)。所以，代碼執(zhí)行效率能否達到要求也是。DSP程序員面臨的重要問題之一。（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代碼進行優(yōu)化。代碼優(yōu)化能力是判斷DSP程序員是否優(yōu)秀的一個重要標準。本章將首先介紹DSP代碼的執(zhí)行原理，而后討論DSP代碼的產生和裝載過程，其中會涉及DSP系統(tǒng)存儲空間分配的問題，最后講述DSP軟件優(yōu)化的利器之一——混合編程的詳細步驟。同時，為了配合實驗，還會介紹一些基本的DsP指令。3.1  DSP代碼執(zhí)行原理3.1.1 DSP結構要充分了解指令的執(zhí)行機制，需要深人地研究DSP的內部硬件結構。2.1節(jié)中曾經給出C5416 DSP的硬件框圖，為了方便討論，現(xiàn)在重新給出。

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《DSP實驗教程:基于TMS320VC5416 DSK》適合作為高等工科院校電子信息、通信、自動化等相關專業(yè)的專業(yè)基礎課教材，也可作為從事數(shù)字信號處理相關專業(yè)科研人員的參考書。

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