《DSP技术与实验》实验指导书.doc

2011秋季学期“dsp原理与应用”实验教学资料实验一 ccs集成环境的熟悉 -2学时实验二 算术运算与数据操作的汇编语言程序设计-2学时实验三 信号发生器设计 -2学时实验四 iir滤波器的dsp实现 -2学时实验五 fir滤波器的dsp实现 -2学时实验六 fft的dsp实现 -2学时实验七 综合实验暨实验考查 -4学时实验报告内容：用每个实验要求的思考题代替实验报告，提交电子版，在实验结束时一起交。实验一ccs集成开发环境的熟悉一、实验内容及步骤通过编写程序计算y=x1+x2+x3+x4+x5练习ccs 2 (c5000)的使用。1在d盘或e盘建立一个自己的文件夹, 如e:05136101,该文件夹用英文或数字命名。后面所有与实验内容有关的工程与程序都在此文件夹下保存或操作。2运行ccs 2(c5000)进入ccs集成开发环境。以下操作如无特殊声明一般都在此环境下操作。3新建工程。点击主菜单project-new，会出现图1-1所示的project creation对话框。图1-1参照图1-1按如下顺序进行设置或操作： location：e:05136101 project：example2 点击完成按钮即可。4新建并保存主程序文件、链接命令文件和中断向量表文件。本次实验三个文件的参考名称为：主程序文件example2.asm、链接命令文件example2.cmd、中断向量表文件vectors.asm。点击菜单file-new-source file打开文本编辑窗口untitled1，如图1-2。用菜单file-save功能将其保存到e:05136101example2中，其中文件名称为example2，保存类型为*.asm，如图1-3。用同样的方法新建并保存文件example2.cmd和vectors.asm。图1-3图1-25为新建工程添加主程序文件、中断向量表文件和链接命令文件。在工程管理器中（图1-2中的红色方框处）右键单击example2.pjt，选择add files to project，在出现的如图1-4所示的add files to project对话框中查找并选中刚才建立的三个文件example2.asm，example2.cmd，vectors.asm，点击打开按钮将它们一起添加到该工程中去。图1-46编写主程序文件。单击工程管理器中的工程example2.pjt左边的+号展开example2.pjt工程，再单击文件夹source左边的+号，如图1-5。找到并双击example2.asm ，在界面右边出现的example2.asm文本编辑窗口中输入或复制主程序（注释部分可不输入）。文件内容如下：图1-5*计算y=x1+x2+x3+x4+x5的程序*.title example2.asm ;伪指令。用于格式化输出清单文件,声明在每页的顶部打印文件标题.mmregs ;伪指令。声明cpu寄存器名称stack .usect stack,10h ;伪指令。自定义未初始化段stack及大小(10h个字),最左边的stack是标号.bss x,5 ;伪指令。声明数组x，5个字.bss y,1 ;伪指令。声明变量y，1个字.def start ;伪指令。声明本文件中的标号start能被别的文件(程序)引用.data ;伪指令，指示下面的代码为数据段，通常包含初始化的数据(常数)。 table: .word 10,20,3,4,5 ;伪指令。声明5个16位整数类型的常数。table是标号。.text ;伪指令，指示下面的代码为文本段，通常包含可执行的代码。 start:stm #0,swwsr ; swwsr=0，插入0个等待状态。start是标号。stm #stack+10h,sp ;sp=#stack+10h,设置堆栈指针指向堆栈段的底部stm #x,ar1 ;ar1=#x或ar1指向数组xrpt #4 ;下一条指令重复执行4+1=5次mvpd table,*ar1+ ;数据传送。程序存储器中的table数据表ar1+指向的数据存储器ld #0,a;累加器a清零call sum;调用求和子程序sumend: b end ;无条件转移到标号end所在地方执行程序sum: ;标号，指示求和子程序sum从这里开始stm #x,ar3;ar3指向数组xstm #4,ar2;ar2=4loop: add *ar3+,a ;*ar3+aa,然后ar3= ar3+1。 loop是标号。banz loop,*ar2-;如果ar2的值不为0, ar2= ar2-1，跳转到loop处执行;否则执行下一条指令stl a,*(y) ; y=alret ;子程序返回.end ;伪指令。指示汇编结束7）编写链接命令文件。在工程管理器中双击example2.pjt工程中的example2.cmd ，将出现example2.cmd文本编辑窗口。在该文本编辑窗口中输入或复制文件内容。文件内容如下：vectors.obj/*声明要链接的文件-中断向量表文件的目标文件*/ example2.obj/*声明要链接的文件-主程序文件的目标文件*/ -o example2.out/*声明链接产生的可执行文件名称，默认为a.out */ -m example2.map/*声明链接产生的存储器映射文件*/ -estart/*声明主程序入口*/memory /*关键字加一对，存储器配置*/page 0: /*程序存储区*/ eprom:org=0090h len=0f70h/*定义eprom区，起始地址0090h，长度0f70h*/ vecs: org=0080h len=0010h/*定义vecs区，起始地址0080h，长度0010h*/page 1: /*数据存储区*/ spram:org=1000h len=1000h /*定义spram区，起始地址1000h，长度1000h*/ daram:org=2000h len=2000h /*定义daram区，起始地址2000h，长度2000h*/sections /*关键字加一对，定位段*/.text :eprom page 0/*将.text段映射或定位到page0的eprom区*/.data :eprom page 0/*将.text段映射或定位到page0的eprom区*/.bss :spram page 1/*将.text段映射或定位到page1的spram区*/stack :daram page 1/*将.text段映射或定位到page1的daram区*/.vectors :vecs page 0 /*将.vectors段映射或定位到page0的vecs区*/8编写中断向量表文件。在工程管理器中双击example2.pjt工程中的vectors.asm ，将出现vectors.asm文本编辑窗口。在该文本编辑窗口中输入或复制文件内容。文件内容如下：.title vectors.asm.refstart ;伪指令。声明要引用其他程序中定义的标号start.sect .vectors ;伪指令。定义初始化的段名.vectors，这一种伪指令声明的段与.data和.text功能一致bstart ;无条件转移到标号start所在的地方执行程序.end9对工程中的文件进行编译和链接。点击菜单projectrebuild all，对工程中的所有文件进行编译、链接。工程中的文件如果编译链接成功，会生成example2.out文件；如果不成功，会出现出错信息，这时应按照提示的出错信息对文件进行修改，然后再rebuild all。10装载可执行文件。要让程序代码在dsp内部运行必需将生成的*.out文件装载到dsp内部。点击菜单file-load programe，选择并双击刚才生成的example2.out文件将程序装载到dsp的内部存储器中。11运行程序，查看并记录相关结果。点击菜单debug-run或按功能键f5运行程序。查看数据的保存情况。点击菜单view-memory，会出现图1-6 (a)所示的“memory window options”对话框，按图1-6 (a)设置address=0x1000（为什么要设置成address=0x1000？），page=data。点击ok按钮，观察出现的如图1-6 (b)所示的“memory ”对话框，这个对话框显示的是变量在数据存储器中的地址与值。请思考：为什么.bss的地址是0x1000,变量y的地址是0x1005,变量x的地址又是多少呢？ 图1-6 (a) ( b)查看程序的保存情况。点击菜单viewmemory，按图1-7 (a)设置address=0x0090（为什么要设置成address=0x0090？），page=program。点击ok按钮，观察出现的如图1-7 (b)所示的“memory ”对话框，这个对话框显示的是可执行程序在程序存储器中的地址与指令代码。请思考：为什么.text段的地址是0x0090？标号end的地址是0x009c？标号sum的地址是0x009e？标号loop的地址是0x00a2？.data段的地址是0x00a8？ 图1-7 (a) (b)查看寄存器的状况。第一步：点击菜单view-registers-cpu registers。基本界面如图1-8。 图1-8第二步：点击菜单file-load program重新装载可执行程序*.out。 第三步：点击菜单debug-step into或按f8，观察程序在单步运行时（单步运行指的是按一次f8程序执行一步，再按一次f8程序再执行一步），cpu registers的变化。单步运行有助于进一步了解程序运行机理及用于程序调试。查看指令代码。再一次装载并运行程序，点击菜单view-disassembly, 查看并记录指令及其对应的指令代码并进行理解。图1-912改变主程序example2.asm中x1x5的值（自定），重新执行911。记录x1x5、y的值并验算。13修改example2.cmd（自定义存储器配置及段的定位），重新执行911。记录程序、数据、标号、中断矢量的地址空间。二、思考题-见实验步骤11、12、13的要求。实验二 算术运算与数据操作的汇编语言程序设计实验一、实验内容与步骤（2、3、4、5、7选做，6、8必做）1、运行ccs。2、编写程序，计算y=x1+x2+x10 (xi的值自己定义 )。3、编写程序，计算z=x+y-w、y=mx+bx、y=x1a2-x2a2 (自变量的值自己定义 )。4、编写程序，计算y= a1x1 + a2x2 + a40x40 (aixi的值自己定义 )。5、编写程序，用长字运算指令实现z32=x32+y32，用并行运算指令实现z=x+y和f=e+d。6、编制程序，计算y= a1x1 + a2x2 + a10x10，其中数据均为小数(aixi的值自己定义 )。7、分别编写程序，计算（-0.24）0.48和1024128。8、编写浮点乘法程序，计算x1x2x3 =0.2(-0.4) 0.25。 上述每个实验内容基本操作步骤与要求同实验一的步骤311。二、实验习题-编写浮点乘法程序，用调用子程序的方法计算x1x2x3 x4 =0.2(-0.4)0.250.66。三、参考程序1）用单操作数指令计算y=(a1*x1+a2*x2+a19*x19+a20*x20)- 54-.titlesy21.asm.mmregsstack.usect stack,30h.bssa,20.bssx,20.bssy,2.datatable: .word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 .word12,13,14,15,16,17,18,19,20 .word21,22,23,24,25,26,27,28 .word29,30,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10.def start.textstart:stm #a,ar1rpt #39mvpdtable,*ar1+ld #0,bstm #a,ar2stm #x,ar3stm #19,brcrptbdone-1ld *ar2+,t;单操作数指令mpy *ar3+,a;单操作数指令add a,bdone: sth b,*(y)stl b,*(y+1)end:b end.end2）用长字运算实现32位加法运算z=x+y.titlesy22.asm.mmregsstack.usect stack,10h.bssxhi,2,1,1.bssyhi,2,1,1.bsszhi,2,1,1.defstart.datatable: .long16782345h,10200345h.textstart:stm #0,swwsrstm #stack+10h,spstm #xhi,ar1rpt#3mvpdtable,*ar1+dld *(xhi),adadd*(yhi),adsta,*(zhi)end:bend.end3）用并行指令计算z=x+y,f=e+d.titlesy23.asm.mmregsstack.usect stack,10h.bssx,3.bssd,3.defstart.datatable: .word 0123h,1027h,0,1020h,0345h,0.textstart:stm #0,swwsrstm #stack+10h,spstm #x,ar1rpt#5mvpdtable,*ar1+stm #x,ar5stm #d,ar2ld#0,asmld*ar5+,16,aadd *ar5+,16,asta,*ar5;并行指令|ld*ar2+,badd *ar2+,16,bsthb,*ar2end:bend.end4）小数运算。计算y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4*a1=0.1,a2=0.2,a3=-0.3,a4=0.2, x1=0.8,x2=0.6,x3=-0.4,x4=-0.2*.titlesy24.asm.mmregsstack.usect stack,10h.bssa,4.bssx,4.bssy,1.defstart.datatable: .word1*32768/10 ;0.1 .word2*32768/10 ;0.2 .word-3*32768/10 ;-0.3 .word4*32768/10 ;0.4 .word8*32768/10 ;0.8 .word6*32768/10 ;0.6 .word-4*32768/10 ;-0.4 .word-2*32768/10 ;-0.2.textstart:ssbxfrctstm #a,ar1rpt#7mvpdtable,*ar1+stm #x,ar2stm #a,ar3rptza,#3mac *ar2+,*ar3+,astha,*(y)end:bend.end5）除法运算。|被除数|b,获取商的符号;(在累加器b中)absa;分母取绝对值stha,den;分母取绝对值存回原处ldnum,16,a;将分子移到累加器a(3216)absa;分子取绝对值rpt#14;15次减法循环,完成除法subcden,axc1,blt;如果b=|除数|,商为整数。计算16384512的值。.titlesy26.asm.mmregsstack .usectstack,10h.bssnum,1;分子.bssden,1;分母.bssquot,1;商.datatable: .word66*32768/100;16384 .word-33*32768/100;512.defstart.textstart:ld#0020h,dp;指定数据页指针stm #num,ar1rpt#1mvpdtable,*ar1+;传送2个数据至分子、分母ldden,16,a ;将分母移到累加器a(3116)mpyanum;(num)*(a(3116)-b,获取商的符号;(在累加器b中)absa;分母取绝对值stha,den;分母取绝对值存回原处ldnum,a;将分子移到累加器a(3216)absa;分子取绝对值rpt#15;16次减法循环,完成除法subcden,axc1,blt;如果bepldm1,t;尾数相乘mpy m2,a;乘积尾数在累加器a中expa ;对尾数乘积规格化stt,temp ;规格化时产生的指数-tempnormastha,mp;保存乘积尾数在mp中ldtemp,a;修正乘积指数add ep,a ;(ep)+(temp)-epstla,ep;保存乘积指数在ep中neg a ;将浮点乘积转换成定点数stla,temp ;乘积指数反号，并且加载到t寄存器ldtemp,t;再将尾数按t移位ldmp,16,anormastha,product;保存定点乘积ret.end8) 链接配置文件参照实验一中的example2.cmd,但要作简单修改。中断向量表文件参照实验一中的vectors.asm，可不作修改。实验三 信号发生器设计一、实验原理采用查找表的方法产生周期信号。在dsp的内部ram中放上一个周期的正弦波数据表，通过程序按一定时间间隔将表中的数据写到d/a端口，在d/a输出端就可以得到周期性的正弦波信号。更改查找表的数据，就可以在d/a输出端得到不同的周期信号。二、实验内容与步骤1、运行ccs。2、采用查找表的方式产生正弦波、方波、三角波等常见波形。1）在ccs环境下新建da工程和五个文件main.asm、c54init.asm、c54.inc、memory.cmd、vectors.asm。2）分别编辑五个文件并将他们添加到da工程中。参考程序如下。主程序main.asm.mmregs.def _c_int00.include c54.inc.ref c54initda_addr .set 0x0002 ; 定义符号da_addr表示d/a 端口地址.datasin_table: ;在这里放置一个周期的正弦波的64个离散值.word 255,254,252,249,245,239,233,225.word 217,207,197,186,174,162,150,137.word 124,112,99,87,75,64,53,43.word 34,26,19,13,8,4,1,0.word 0,1,4,8,13,19,26,34.word 43,53,64,75,87,99,112,124.word 137,150,162,174,186,197,207,217.word 225,233,239,245,249,252,254,255 .bss da_data,1 ;声明变量da_data作d/a缓冲区 .bss da_num,1 ; 声明变量da_num作d/a计数器 .sect progsys ;自定义初始化段progsys .align 0x10 ;调整spc，下面的程序代码放置在存储器中时，起始地址对准16字的边界_c_int00: stm #0x0f80,sp ;设置堆栈指针 callc54init ;调整dsp初始化程序，硬件仿真时必须的部分ld #sin_table ,dp ;设置数据页指针，dp指向sin_table所在的数据存储器页loop: ;周期循环标号st #0,da_num ;计数变量清零stm #sin_table,ar1 ; ar1指向查找表首地址sinloop: ;一个周期内的d/a循环标号mvdk *ar1+,da_data ;读查找表中的值放入到数据缓冲区da_data中,软件仿真时在此处设置断点portwda_data,da_addr ; 数据缓冲区da_data中的值写到d/a端口，软件仿真时不起作用rpt#1000 ;下面的一条指令执行1001次nop ;空操作，在这里起延时作用addm #1,da_num ; da_num循环计数cmpmda_num,#63; da_num与63比较 bc sinloop,ntc ;一个周期内的64个点还没d/a完继续 b loop ;一个周期内的64个点已经d/a完，进入周期循环.end 初始化程序c54init.asm.mmregs.include c54.inc.def c54init.sect progsysc54init:stm #0x7208,swwsr ;0 111 001 000 001 000stm #0,swcr ;等待周期不变,（stm #1,swcr 等待周期加倍）stm #0xf800,bscr ;1111 1000 0000 0000stm #0,st0 ;数据页指针指向第0页stm #0x2b00,st1 ;0010 1011 0000 0000, intm=1 将全局中断禁止;sxm=1 数据进入alu之前进行符号位扩展;ovm=1 溢出控制位（参考st1资料）stm #0x2fe4,pmst;0010 1111 1110 0100,将中断向量表映射到2f80h=0010 1111 1000 0000bstm #0xffff,ifr ;清除挂起的中断stm #0x0000,imr ;关闭所有中断, stm #0,clkmd ;利用软件对clkmd进行加载clkcon:ldm clkmd,aand #0x01,abc clkcon,aneqstm #0x43ff,clkmd;0100 0011 1111 1111 ;pll=4 mul=5 100mhz; pll=3 mul=4 80mhzstm #0x0010,tcr1; tcr1为定时器1的定时控制寄存器。timer1 stopstm #0x0010,tcr; tcr为定时器0的定时控制寄存器。tss=1 timer stopstm #12800,prd ; prd为定时器0的周期寄存器stm #0x0020,tcr ;定时中断周期clkout*(tddr+1)*(prd+1)rsbx intm ;将全局中断使能nopnopret.end中断向量表程序vectors.asm.include c54.inc.sect .vectors.ref _c_int00 .align 0x80 reset: ; reset vector b _c_int00 nop nopnmi: rete nop nop nop ; software interruptssint17 .space 4*16 sint18 .space 4*16sint19 .space 4*16sint20 .space 4*16sint21 .space 4*16sint22 .space 4*16sint23 .space 4*16sint24 .space 4*16sint25 .space 4*16sint26 .space 4*16sint27 .space 4*16sint28 .space 4*16sint29 .space 4*16sint30 .space 4*16int0: rete nop nop nopint1: rete nop nop nop int2: rete nop nop noptint: rete nop nop noprint0: rete nop nop nopxint0: rete nop nop nopdmac0:rete nop nop nopdmac1:rete ;tint1 nop nop nopint3: rete nop nop nophpint:rete nop nop nopdmac2:rete ;rint1 nop nop nopxint1: rete nop nop nopdmac4:rete nop nop nopdmac5:rete nop nop nop .end链接配置文件memory.cmd/*-e _c_int00-m sensor.mapmemory page 0: prog: origin = 0x2000, len = 0x0f80 vect: origin = 0x2f80, len = 0x80/*128word*/ page 1: dram: origin = 0x3000, len = 0xf80sections .progsys: load = prog page 0 .vectors: load = vect page 0 .data : load = drampage 1align 16 .bss : load = drampage 1外设寄存器名称说明文件c54.inc* c54.inc *swcr .set 0x2b*time1:tim1 .set 0x30prd1 .set 0x31tcr1 .set 0x32*mcbsp0:drr10 .set 0x21dxr10 .set 0x23spsa0 .set 0x38spsd0 .set 0x39spcr10.set 0x00spcr20.set 0x01rcr10 .set 0x02rcr20 .set 0x03xcr10 .set 0x04xcr20 .set 0x05srgr10.set 0x06srgr20.set 0x07mcr10.set 0x08mcr20.set 0x09rcera0.set 0x0arcerb0.set 0x0bxcera0.set 0x0cxcerb0.set 0x0dpcr0 .set 0x0e*mcbsp1:drr11 .set 0x41dxr11 .set 0x43spsa1 .set 0x48spsd1 .set 0x49spcr11.set 0x00spcr21.set 0x01rcr11 .set 0x02rcr21 .set 0x03xcr11 .set 0x04xcr21 .set 0x05srgr11.set 0x06srgr21.set 0x07mcr11.set 0x08mcr21.set 0x09rcera1.set 0x0arcerb1.set 0x0bxcera1.set 0x0cxcerb1.set 0x0dpcr1 .set 0x0e*dma:dmprec.set 0x54dmsa .set 0x55dmsdi.set 0x56dmsdn.set 0x57*channe0:dmsrc0.set 0x00dmdst0.set 0x01dmctr0.set 0x02dmsfc0.set 0x03dmmcr0.set 0x04*channel:dmsrc1.set 0x05dmdst1.set 0x06dmctr1.set 0x07dmsfc1.set 0x08dmmcr1.set 0x09*channe2:dmsrc2.set 0x0admdst2.set 0x0bdmctr2.set 0x0cdmsfc2.set 0x0ddmmcr2.set 0x0e*channe3:dmsrc3.set 0x0fdmdst3.set 0x10dmctr3.set 0x11dmsfc3.set 0x12dmmcr3.set 0x13*channe4:dmsrc4.set 0x14dmdst4.set 0x15dmctr4.set 0x16dmsfc4.set 0x17dmmcr4.set 0x18*channe5:dmsrc5.set 0x19dmdst5.set 0x1admctr5.set 0x1bdmsfc5.set 0x1cdmmcr5.set 0x1d*dmsrcp.set 0x1edmdstp.set 0x1fdmidx0.set 0x20dmidx1.set 0x21dmfri0.set 0x22dmfri1.set 0x23dmgsa.set 0x24dmgda.set 0x25dmgcr.set 0x26dmgfr.set 0x27*3）编译、链接、装载程序。4）设置ccs集成环境下的图形查看窗口查看产生的信号波形。第一步，在指令“mvdk *ar1+, da_data”行设置断点；第二步，点击菜单view-graph-time/frequency.得到graph property dialog对话框，如图3-1。按图3-2所示进行相关设置；第三步，按f12以animate方式运行程序，运行结果如下图3-3。 图3-1 图3-2图3-35）读懂并修改程序，重复上3）、4）两步产生方波、三角波等常见信号。三、思考题1设dsp的cpu主时钟频率为100mhz，指令周期为10ns，请说明产生频率为100khz的周期三角波信号时，应该如何修改主程序。2如果在查找表中放置正弦波一个周期内的360个离散值（在matlab中产生），请重写产生正弦波的主程序并仿真。实验四 iir滤波器的dsp实现一、实验原理：参考教材 iir的dsp实现方法。二、实验内容与步骤1运行ccs。2、iir滤波器的dsp实现(软件仿真)。1）在ccs环境下新建iir2工程和三个文件：iir2.asm、iir2.cmd、vectors.asm。2）分别编辑三个文件并将他们添加到iir2工程中。参考程序如下。iir2.asm*用双操作数指令实现二阶低通iir滤波器 *反馈通道:x0=w(n)=x(n)+a1*x1+a2*x2 前向通道:y(n)=b0*x0+b1*x1+b2*x2 *.titleiir2.asm.mmregs.defstartx2.usectx,1x1.usectx,1x0.usectx,1coef.usectcoef,5indata.usectbuffer,1outdata.usectbuffer,1*pa0.set10*pa1.set1.datatable .word0 ;x(n-1).word 0 ;x(n-2).word 676*32768/10000 ;分子系数b2=0.0676.word 1352*32768/10000;分子系数b1=0.1352.word 676*32768/10000 ;分子系数b0=0.0676.word -4142*32768/10000;分母系数a2=-0.4142.word 707*32768/10000 ;分母系数a1=0.0707.textstart:ssbxfrctstm#x2,ar1rpt#1mvpd#table,*ar1+stm#indata,ar5stm#outdata,ar2stm#coef,ar1rpt#4mvpd#table+2,*ar1+stm#x2,ar3stm#coef+4,ar4;ar4-a1mvmmar4,ar1;保存地址值在ar1中stm#3,bk;设置循环缓冲区