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1、本章属于综合知识应用 涉及到系统的 需求调研 系统整体方案的分析论证 硬件设计 软件编程及开发仿真等多方 面的知识和技术 本章首先以卷积运算 为例 讨论数字信号处理算法的DSP实 现 然后通过一个基于TMS320C5402 DSP的数字音频处理系统设计实例 讨 论DSP应用系统的设计步骤 第9章 C54x综合应用系统设计 目录 9 1 数字信号处理算法的DSP实现 9 2 C54x应用系统设计实例 9 3 DSP系统的调试与抗干扰措施 第9章 C54x综合应用系统设计 9 1 1卷积运算的结构 函数f t 与h t 的卷积积积积 分 用符号 表示 即 第9章 C54x综合应用系统设计 连续连续
2、 形式 离散形式 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 define MAX a b a b a b 取最大值宏定义 define MIN a b a b a b 取最小值宏定义 define NH 3 卷积核长度 define NX 5 输入向量长度 int main int argc char argv 主函数 short h NH 1 3 5 卷积核 short x NX 2 4 6 8 10 输入向量 short r NH NX 1 0 输出向量 int i j 临时变量 for i 0 i NH NX i 外层循环 for j MAX 0 i 1 NX j MIN i NH 1 j
3、 内层循环 r i h j x i j 卷积计算主体 第9章 C54x综合应用系统设计 1 根据卷积定义直接C语言实现 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 2 利用C54x自带的dsplib库函数实现 TI公司提供了以C54x系列芯片为基础的 DSPLIB库函数 在CCS开发系统内包含 DSPLIB库函数 这些库函数均为经过优化处理的符合C语 言标准的函数 第9章 C54x综合应用系统设计 oflag short convol DATA x DATA h DATA r ushort nr ushort nh 其中参数x为指针型变量 指向实数输入序列 h 也是指针型变量 指向卷积核系数序列
4、r为指针 变量 指向输出序列 nr是输出序列长度 nh是 卷积核系数长度 oflag是函数的返回值 表示运 算过程中是否存在溢出 第9章 C54x综合应用系统设计 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 2 利用C54x自带的dsplib库函数实现 其算法为 0 j nr 通常我们将分段后的待滤波数据放于X数组中 而将 滤波器冲激响应序列放于h数组 按前述方法 x长 度为L M 1 h长度为M 则nr应为L M 1 计算得 到结果后 舍弃r的前M 1个值 第9章 C54x综合应用系统设计 2 利用C54x自带的dsplib库函数实现 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 include ds
5、plib h 包含dsplib头文件 define NH 3 卷积核长度 define NX 7 输入向量长度 define NR NX 输出向量长度 main 主函数 short h NH 1000 3000 5000 卷积核 short x NX 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 输入向量 short r NR 输出向量 convol x h r NR NH 卷积运算 第9章 C54x综合应用系统设计 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 2 利用C54x自带的dsplib库函数实现 3 卷积运算的汇编语言程序设计 C54x指令集内提供了单周期乘累加指令MAC和
6、循环 寻址方式 使每个样值的乘累加计算可以在一个周期 内完成 卷积运算就是实现两组数对应项乘积的累加和 可 采用RPTZ和MAC指令 结合循环寻址方式去方便 地实现这一运算 RPTZ 累加器 N 1 MAC 双访问数据 双访问数据 累加器 第9章 C54x综合应用系统设计 9 1 2 卷积运算在C54x上的实现 其中 RPTZ 指令将累加器清零初始化 并将 立即数N 1 16位 装入到重复计数器 使下 一条指令重复执行N次 MAC指令实现将两存储区数据的乘积累加到 累加器 再通过存储区指针以循环寻址的方式 指向下一个存储区 第9章 C54x综合应用系统设计 9 1 2 卷积运算在C54x上的实
7、现 程序设计的要点简要分析如下 为了能高效的利用DSP流水线 待卷积的两组数 据都应存放在DARAM中 如果使用双操作数指令 辅助寄存器只能用 AR2 AR5 在此我们选择AR3和AR4作为双操 作数寻址辅助寄存器 汇编语言的代码设计要充分考虑到资源的优化等 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 1 线性缓冲区法计算卷积示意图 第9章 C54x综合应用系统设计 卷积计算流程如下 第9章 C54x综合应用系统设计 1 在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区x 用来存放最新的N个输入样本 2 以ARx为指针 取x 0 数据指针向下移一位 3 以ARy为指针 取 h 2 系数指针向上移位 4 进行乘
8、累加运算 A A x 0 h 2 5 循环进行 2 4 实现乘累加运算 A A x 1 h 1 以及A A x 0 h 2 6 将计算结果存入r 0 7 以x 1 为起始 重复进行 2 6 步 将计算结果分别存入r 1 r 7 中 8 更新缓冲区x 重复进行 1 8 步 mmregs def c int00 data X word0 word0 word2 word4 word6 word8 word10 word1 word3 H word5 第9章 C54x综合应用系统设计 程序清单 text c int00 RSBX FRCT 清FRCT标志 准备整数乘 STM X AR1 设置输入数据
9、指针初值 STM 4 BRC 设置外层循环次数 RPTB LOOP 进行外层循环 SUBA A清零 MVMM AR1 AR2 更新输入数据指针初值 STM H AR3 设置卷积核指针初值 RPT 2 设置内层循环次数 MAC AR2 AR3 A 进行乘累加运算 结果存入A STLMA AR4 将计算结果A存入AR4指向的内存单元 LOOP LD AR1 A 外层循环指针自增1 end 第9章 C54x综合应用系统设计 程序清单 续 9 2 1 DSP应用系统的设计过程 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 2 DSP应用系统的设计过程示意图 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例
10、1 系统设计要求 2 系统总体设计方案 3 音频编解码器 CODEC 与DSP的接口设计 4 DSP主控系统软件设计 5 MP3解码算法简介 第9章 C54x综合应用系统设计 1 系统设计要求 设计一种基于TMS320C5402 DSP的数字音频处理系统 主要实现 下列功能 1 本系统配置功能齐全的音频编解码器 CODEC 芯片 并具 有立体声输入或话筒输入 立体声输出或耳机输出功能 2 本系统配置海量存储器和USB接口 可以接收PC机传送的MP3 压缩码流 存储在本系统的海量存储器中 然后经过MP3解码程序 进行解码 恢复为音频PCM信号 再经CODEC的D A转换及放大 器完成音频信号的回
11、放 从而实现MP3音频播放器的功能 3 扩展功能 基于DSP强大的数字信号处理能力和丰富的嵌入式 功能 本系统非常易于性能扩展 第9章 C54x综合应用系统设计 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 2 系统总体设计方案 数字音频处理系统总体结构如图9 3所示 系统采用TMS320C5402 以下简称C5402 DSP作为中央处 理单元 通过CODEC芯片完成模拟音频信号的采集 滤波 A D D A转换及模拟音频信号输出 DSP完成数字音频信号的接收和发送 并进行各种算法处理 如实现MP3解码算法 等 系统配置大容量FLASH和硬盘 用于程序和音频数据的存储 配置高速RAM作为数据
12、缓冲区 另外配置USB接口控制芯 片完成系统与PC机之间的数据通信 本系统采用混合编程实现对音频信号的输入 采样 存储 处理与回放等功能 第9章 C54x综合应用系统设计 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 3 数字音频处理系统结构框图 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 4 C5402与AIC23的硬件接口示意图 3 音频编解码器 CODEC 与DSP的接口设计 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 9 DSP主控系统流程图 4 DS
13、P主控系统软件设计 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 第9章 C54x综合应用系统设计 图9 10 MP3解码流程 5 MP3解码算法简介 9 2 2 基于DSP的数字音频处理系统设计实例 9 3 DSP系统的调试与抗干扰措施 9 3 1 DSP系统调试 1 硬件调试步骤 1 焊接元器件之前 先用万用表测量电源和地址之 间是否有短路现象 电阻应该足够大 2 元器件焊接之后 上电之前 用万用表检查电源 地之间是否有短路或者电阻很小的情况 测量 关键信号线 如读写 时钟 复位 片选等 的 连接 一定是从一个元件的引脚到所连接元件的 对应引脚 情况 第9章 C54x综合应用系统设计
14、3 上电后 如果前两项都已通过 这时可以接上电 源 4 前3步确认无误后 这时就可以用示波器检查各电 源端口 时钟端口 复位端口的信号是否正常 5 关上电源 插上仿真接口 插仿真接口时 要注 意接口的方向并保证接线正确 6 简单测试 编写一些简单的程序 对DSP系统的 各组成部分 尤其是关键部件 如存储器 I O 通信口等 进行操作 第9章 C54x综合应用系统设计 2 软件编程与调试 1 首先应该搭建好程序框架 这包括命令配置文件 中断向量表的建立 头文件的建立 主程序的 构建 包含必要的库函数 2 对于程序功能的增加 可以先增加最基本的部分 比如初始化部分 3 调试程序时 除了时序要求非常
15、严格的程序以外 大多数可以在Simulator环境下进行 第9章 C54x综合应用系统设计 4 对于关键的核心算法 除了保证算法逻辑上的正 确性 还应该注意算法的执行效率 5 要注意堆栈的设置和使用 6 要有好的编程风格 7 程序调试要有调试记录 记录故障现象 解决方 法 以免以后程序维护时进行查询 也便于积累 编程经验 8 每次程序的调整 都要有新的版本记录 同时 也要保留好旧的版本 以便新的版本有问题时能 够恢复到旧的版本 第9章 C54x综合应用系统设计 9 3 2 DSP系统抗干扰措施 干扰源 指产生干扰的元件 设备 或信号源 一般来讲 只要有较大的电压或电流产生突变 或者存在较强电磁
16、 场的地方 都容易对数字电路产生干扰 形成干扰源 如 继电器 可控硅 电机 开关电源 高频时钟等都可能 成为干扰源 传播路径 指干扰信号从干扰源传播到敏感器件的通路或 媒介 典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐 射形成的 敏感器件 指容易被干扰的对象 如 A D D A变换器 DSP系统 其它高速数字IC 微弱信号放大器等 抗干扰设计的基本原则是 抑制干扰源 切断干扰传播路 径 提高敏感器件的抗干扰性能 第9章 C54x综合应用系统设计 在DSP系统设计中 针对这三个基本原则的相应 措施有 1 抑制干扰源 1 电源的引入要增加高 低频滤波 2 为电路板上每个IC并接一个0 01 F 0 1 F高 频电容 以减小IC对电源的影响 也减小电源 里面的高频信号对本IC有影响 3 在DSP系统中 各部分元器件的抗干扰能力是 有不同的 第9章 C54x综合应用系统设计 4 对于DSP 驱动功率器件 尤其是功率开关器件的 应用系统 功率器件的电源要单独供电 5 带有射频或天线的应用系统 射频或天线电路最 好是单独组板 不能单独组板的也要靠近板子的 一个边或者一个角落 用地线包围 6 必要的
