郑州大学DSP原理及应用复习总结.pdf

DSP 练习题 1 举几个 DSP 应用的例子 并说明DSP 在系统中承担的任务 数字蜂窝电话 DSP 协调模拟基带芯片 电源处理芯片 数字基带处理芯片 RF 射频 处理芯片合理而快速的工作 并兼有开发和测试的功能雷达图像处理 DSP 进行目标识别 和实时飞行轨迹估计高清晰数字电视 DSP 实现其中关键的MPEG2 译码电路 2 数字信号处理有哪几种实现方式 各有什么优缺点或特点 利用 X86 处理器完成实时数字信号处理 优点 1 处理器选择范围较宽2 主板及 外设资源丰富 3 有多种操作系统可供选择 4 开发 调试较为方便 缺点 1 数字信 号处理能力不强 2 硬件组成较为复杂 3 系统体积 重量较大 功耗较高 4 抗环境 影响能力较弱 利用通用微处理器完成实时数字信号处理 优点 1 可选范围广 2 硬件组成简单 3 系统功耗低 适应环境能力强 缺点 1 信号处理的效率较低 2 内部DMA 通道较 少 利用可编程逻辑阵列 FPGA 进行实时数字信号处理 优点 1 适合高速信号处理 2 具有专用数字信号处理结构 缺点 1 开发需要较深的硬件基础 2 调试困难 利用数字信号处理器实时实现数字信号处理 优点 大规模集成性 稳定性好 精度高 可编程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便缺点 成本较单片机高 甚至高于PC 机 DSP 技术更新速度快 开发和调试工具不尽完善 不如 PC 机方式编程和修改方便 专用器件形式 固化专用程序组成用户的ASIC 也可以配上专用算法的硬件 集成程 度高 简化系统结构 功能单一 一般用于大批量消费电子 3 简述数字信号处理器从哪几个方面提高做数字信号处理的能力 存储器及总线结构 为了提高指令执行速度 DSP 采用了程序存储器空间和数据存 储器空间分开的哈佛结构和多套地址 数据总线 流水线 流水线结构提高了指令执行 的整体速度 有助于保证数字信号处理的实时性 硬件乘法累加单元 具有低开销或零 开销循环及跳转的硬件支持 DSP 算法的特点之一是主要的处理时间用在程序中的循环结 构中 因此多数DSP 都有专门支持循环结构的硬件 特殊的寻址方式 支持一些特殊的 寻址方式 高效的特殊指令 片内快速RAM 4 比较 TMS320C55x 系列 DSP 和已学过的单片机和通用微处理器的结构和指令系统的特 点 与单片机相比及通用微处理器相比 DSP 有以下特点 分工精细 部件更多 硬件配 置强 DSP 字长为 15 16 位 而单片机仅为8 位 运算精度高 流水线结构 是在数字信号 处理中用的最多的乘加运算在一个时钟周期内完成 而 51 单片机需要更多个时钟周期 C55x 有 1 条 32 位的程序数据总线 PB 5 条 16 位数据总线 BB CB DB EB FB 和 1 条 24 位的程序地址总线及5 条 23 位的数据地址总线 大大提高了运算完成更复杂的功能 指令系统丰富 尤其运算类指令很多 更适合做DSP 运算 5 说明定点处理器和浮点处理器的优缺点 定点 DSP 芯片价格较便宜 功耗较低 但运算精度稍低 编写麻烦 浮点 DSP 芯片的优点是运算精度高 但价格稍贵 功耗也较大 编写简单 6 说明处理器芯片中含有的JTAG 接口的作用 是 DSP 的调试接口 用户可以利用JTAG 接口完成程序的下载 调试和调试信息的输 出 通过该接口可以查看DSP 的存储器 寄存器等的内容 如果 DSP 连接了非意识存储器 flash 还可以它完成芯片的烧录 7 编写 C 语言程序计算 z x y 其中 1 x 1 20 y 80 x y z 的定标分别是Q1 14 Q8 7 Q 2 17 设 x y z 的定标变量分别为Vx Vy Vz C 语言编程 Vz long Vx 3 Vy 9 某设备要控制输出电流i1 尽量接近i0 i0 是 24 Qi1 Di Di i1 i0 long 3 2 512 9 QDi Qi1 D i1 i0 long 200 Di Qi1 10 说明 PLL 的工作原理和作用 芯片内含有PLL 有何优点 锁相环的工作原理 1 压控振荡器的输出经过采集并分频 2 和基准信号同时输入鉴相器 3 鉴相器通过比较上述两个信号的频率差 然后输出一个直流脉冲电压 4 控制 VCO 使它的频率改变 5 这样经过一个很短的时间 VCO 的输出就会稳定于某一期望值 锁相环路是一种反馈电路 锁相环的英文全称是Phase Locked Loop 简称 PLL 其作用 是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步 优点 可控倍频 减少辐射 方便调节频率 满足不同部件的需要 11 举 几 个 使 用 差 分 信 号 传 输 数 据 的 例 子 USB RS485 网 线 CAN总 线 LVDS Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号 12 C55x 芯片上有哪些电源和地引脚 应该怎样连接这些引脚 电源引脚 VC5509A 有内核电源和外设电源两种 CVDD 是数字电源 对于时钟为108MHz 144MHz 和 200MHz 的 DSP 对应的 CVDD 分别 为 1 2V 1 35V 和 1 6V 为 CPU 内核提供专用电源 DVDD 是数字电源 3 3V 为 I O 引脚提供专用电源 USBVDD 是数字电源 3 3V 为 USB 模块的 I O 引脚提供专用电源 RDVDD 是数字电源 对于时钟为108MHz 144MHz 和 200MHz 的 DSP 对应的RDVDD 分别为 1 2V 1 35V 和 1 6V 为 RTC 模块的 I O 引脚提供专用电源 RCVDD 是数字电源 对于时钟为108MHz 144MHz 和 200MHz 的 DSP 对应的 RCVDD 分别为 1 2V 1 35V 和 1 6V 为 RTC 模块提供专用电源 AVDD 是模拟电源 3 3V 为 10 位的 A D 提供专用电源 ADVDD 3 3V 为 10 位 A D 数字部分提供专用电源 USBPLLVDD 是数字电源 对于时钟为108MHz 144MHz和200MHz的 DSP 对应的 USBPLLVDD分别为 1 2V 1 35V 和 1 6V 为 USB 的 PLL 提供专用电源 地引脚 VSS 是数字地 为I O 和内核引脚接地 AVSS 是模拟地 为10 位 A D 接地 ADVSS 为 10 位 A D 的数字部分接地 USBPLLVSS 是数字地 为USB 的 PLL 接地 13 TMS320C55x 存储空间结构是怎样的 C55x DSP 的存储空间包括统一的数据 程序空间和I O 空间 数据空间用于访问存储器 和内存映射寄存器 程序空间用于CPU 从存储器中读取指令 而I O 空间用于CPU 与外设 之间的双向通信 14 C55x 的寻址空间为16MB 当 CPU 从程序空间读取程序代码时 使用24 位 地址 当访问数据空间时 使用23 位的地址 但是在访问数据空间时 将23 位地 址左移一位 并将地址总线上的最低有效位 LSB 置 0 使得在对数据空间或 程序空间寻址时 地址总线都传送24 位地址 在连接外部32 位数据宽度的存储器 时 不需要连接地址线低两位A1 A0 DSP 之 A 23 2 存储器之A 21 0 AC55x DSP 支持连接外部8 位数据宽度的存储器 所以芯片任然保留A1 A0这两个引脚 DSP 之 A 23 0 存储器之 A 23 0 在连接外部16 位数据宽度的存储器时 DSP 之 A 23 1 存储器之A 22 0 C55x DSP 的 I O 空间仅用于访问片内外设的寄存 器 15 详细解释Smem Xmem dst src Cmem 的含义 Smem 是 16 位单寻址操作数 Xmem 是 16 位双寻址操作数 用于双操作指令及某些 单操作指令从DB 总线上读出 dst 目的操作数 累加器或辅助 Src 源操作数 寄存器 的低 16 位 或临时寄存器 Cmem 系数间接寻址操作数 16 分别解释 AR2 T1 AR5 T0B的含义 AR2 T1 生成地址后 AR2 减去 T1 中 16 位 AR5 T0B 生成地址后 AR5 加上 T0B 中 16 位 AR2 0 生成地址后 AR2 中减去 AR0 AR5 生成地址后 AR5 中的地址 以循环寻址的方式加1 17 ADD Smem dst 列出所有Smem 可能的具体形式 ARx ARx ARx ARx 0B ARx 0B ARx 0 ARx 0 ARx ARx 0 ARx ARx 0 ARx lk ARx lk ARx lk 18 如不改变DP 的值 直接寻址的范围0 127 如果用直接寻址取出地址为3599H 存储单元中的数 DP 应设为 6BH 偏移量19H 19 将状态寄存器中的SATA 设置为1 能起到什么作用 16 位有符号整形数xa 及 xb 其中 xa 32767 xb 2 分别写出SATA 0 和 SATA 1 时 xa xb 的结果 SATA 的溢出处理方式 如SATA 1 为溢出时取负的最小值 32768 取正的32767 SATA 1 xa xb 32767 SATA 0 xa xb 32767 20 什么是循环寻址 为什么设置循环寻址可提高运算速度 循环寻址是用于循环缓冲区的一种寻址方式 用硬件是实现自动循环的判断 不用软件判断 可以使数据直接存放在缓冲区 如指令 ST A AR1 省略多步代码的执行时间 提 高运算精度 21 为什么 55x DSP 的大部分加 减指令带有移位 定点运算器运算需要移位附带一位可以提高运算速度 操作数格式一致 若两数 Q 值不同 必须在保证数据精度不变的前提下通过一位来调整Q 值 同时通过一位也可调整数据动态范 围确保结果不溢出 实现数值正确相加 22 TMS320C55x 是 16 位定点处理器 为什么其累加器及运算器ALU 都是 40 位的 寄存器对数据是按照16 位存取的 运算也是按16 位 但 16 位数相乘得32 位数存入累 加器中 累加器至少拥有32 位 还有8 位是保护位 便于用来内乘累加运算 若累加器为 32 位需要不断的进行判断是否溢出 40 位累加器256 此内乘累加器无溢出 23 AR7 0200H 内存 0200H 和 0201H 中分别存放有7000H 和 9000H 分别写出SXMD 1 和 SXMD 0 时 顺序执行下列两条指令后A B 的值 MOV AR7 AC1 MOV AR7 AC2 SXMD 1 A 00 0000 7000H B FF FFFF 9000H SXMD 0 A 00 0000 7000H B 00 0000 9000H 24 定义两个变量va vb 后 1 将它们的值用直接寻址的方式分别赋给累加器AC0 AC1 2 将它们的值用间接寻址方式分别赋给累加器AC0 AC1 程序执行效率应尽 量高 直接寻址 Amov va XDP dp va mov va AC0 mov vb AC1 间接寻址 变量va vb 顺序存放 AMOV va AR1 MOV AR1 AC0 MOV AR1 AC1 25 55x DSP 中设置了指令方便作除法 有条件减法指令 26 下列汇编语句分别对应指令系统中的哪条指令 并说明它们完成的操作 1 ADD 2 AC2 ADD Smem dst 2 MOV AC0 5 AR4 Mov ACx SHIFTW Smem 3 SUB AR1 12 AC0 AC3 SUB uns Smem SHIFTW ACx ACy 4 MAC AR3 AR5 AC1 MAC uns Xmem uns Ymem ACx ACy 27 写出指令MOV Xmen SHIFT dst 的实例汇编语句 Mov AR2 2 12 写出指令SUB K16 SHFT ACx ACy 的实例汇编语句 SUB 9 1 AC0 AC1 28 编写55x 汇编程序可用哪两种指令书写形式 有什么限制 助记符指令 代数指令形式 代数须有机器指令与其对应 否则无意义 29 总结一下为什么DSP 的指令系统有利于快速执行 尤其是快速计算 解 MAC MAS 指令需要单周期即可 节省时间 提高速度重复指令RPT 大大的 节省了时间 程序控制指令中的延迟指令可减少对流水线的破坏 只需单周期的并行指令 间接寻址时ARx 自加减运算提高效率 一些特殊的指令FIR SQDST 30 说明CCS 软件中运行程序时遇到两种断点的处理方式 设置探针断点的主要意义 是什么 很相似 多通过刮起目标系统来完成一个自己的动作 1 探针立即终止目标系统发的运行 在完成操作之后 在恢复目标系统的运行 2 断点暂停CPU 知道人工恢复其运行为止 同时还好更新所有打开的窗口 3 探针允许自动的执行文件的输入或者输出 而断点则不允许 31 CCS 软件中 run 和 animate 的区别是什么 run 和 animate 命令功能很相似 他可以是目标系统应用程序一直运行到断点 随后目标 系统应用程序暂停并刷新窗口 但是Animate 命令和 run 命令不同的是 animate 命令恢复 目标系统应用程序运行到下一个断点 而且此过程是连续的 知道目标系统被人工停止 他 可以做运行 停止 继续执行的过程 32 CCS 软件中 File 菜单中 Load Program 命令完成什么操作 Load Program 命令使 CCS 把程序加载到目标系统的DSP 上 33 在什么情况下需要运行CCS Setup 软件 在更正仿真器 或更改 DSP 型号 或模拟情况和仿真器切换时需要运用CCS Setup 软件 34 P22 2 题简述 X86 处理器完成实时数字信号处理的优缺点 35 P22 5 题简述选择数字信号处理器所需考虑的因素 运算速度算法格式数据宽度 存储类型 功耗和开发工具 36 P22 6 题给出数字信号处理器的运算速度指标 并给出其具体含义 指令周期 执行一条指令所需的最短时间 数值等于主频的倒数 指令周期通常以ns 为单 位 例如 运行在 200MHZ 的 TMS320VC5510 的指令周期为5ns MIPS 每秒百万条指令数 MOPS 每秒百万次操作数 MFLOPS 每秒百万浮点操作数 BOPS 每秒十亿次操作数 MAC时间 一次乘法累加操作花费的时间 大部分DSP 芯片可在一个指令周期内完成 MAC 操作 FFT 执行时间 完成 N 点 FFT 所需的时间 FFT 晕算是数字信号处理中的典型算法而且应 用很广 因此该指标常用于衡量DSP 芯片的运算能力 37 P92 1 题C55x DSP 支持哪三种模式 直接寻址 绝对寻址 间接寻址 38 C55x 汇编语言中 及 的含义是 单指令中内置并行方式 用户自定义的两条指令间的并行方式 39 什么是 CDP 间接寻址 Cmem 的含义 使用 CDP 对数据空间 寄存器空间 IO 空间进行访问的寻址方式 系数间接寻址操作数 40 说明 MPY AR0 CDP AC0 MPY AR1 CDP AC1 所完成的操作 以 AR0 间接寻址指到乘数1 然后 AR0 指针减 1 以 CDP 间接寻址找到乘数2 然后 CDP 指针加 1 两乘数相乘后放入AC0 同时 以AR1 间接寻址找到乘数1 后 AR1 指针 减 1 以 CDP 间接寻址找到乘数2 CDP 指针加 1 两乘数相乘后放入AC1 41 根据任务调度的方式不同 C55x 处理器程序可以分为哪两类 并简述其优缺点 一类是由程序自身完成的任务调度 另一类是由嵌入式操作系统完成的任务调度 由程序自身完成任务调度 程序运行效率高 又对硬件中断响应快 程序运行稳定 适 合于任务较为单一 实时性较强的应用 嵌入式操作系统完成任务调度 可以将应用分解为 多个任务 简化了应用系统软件设计 更重要的是良好的多任务设计有助于提高系统地稳定 性和可靠性 42 c 语言 请利用指针将I O 空间中地址从0 x100 到 0 x107 中的值放置到数据空间 ptr 指针当中 Ioport int a Int ptr Void foo void int i j i 0 x000 a ioport int 0 x100 for j 0 j 7 j ptr i a i 43 P116 4 题在 C 语言编写的程序中 分别给出利用C 语言和嵌套汇编语言打开全局中 断的程序代码 44 简述 ccs 编译器约定的C 语言和汇编语言接口的参数传递规则 参数类型寄 存 器 分 配 数据 对 应 的 数 据 类型 子函数返回 类型 所 使 用 寄 存 器 说明 16 位或 32 位 数据指针 AR0 AR1 AR 2 AR3 AR4 数 组 字 符 串 指针或占 用 空 间 长 度 超过 2个字节 的结构 Void 无返回参数 16 位数据T0 T1 AR0 A R1 AR2 AR3 AR4 无符号 字 符 短整数 整数 Char unsigne d char short int int AC0 返回 16 位数 据 32 位数据AC0 AC1AC 2 长整数 浮点 数 以 及 长 度 小 于 等 于 两 个 字 节 的 结 构 struct AR0 返回地址 Long int float double AC0 返回 32 位数 据 45 P117 5 题给出函数int fn longl1 longl2 longl3 int p4 int p5 int p6 int p7 int p8 int i9 int i10 传送的参数所用的寄存器 AC0 AC1 AC2 AR0 AR1 AR2 AR3 AR4 T0 T1 46 P295 例利用了哪些55x 的特点提高处理速度 循环寻址 双乘法器 循环缓冲器 多样的寻址方式 硬件乘法累加单元 47 简述存取SDRAM 的工作过程 SDRAM的基本读操作需要控制线操作和地址线相配合的发出一系列命令来完成 先 发出 BANK激活命令 ACTIVE 并锁存相应的BANK地址 BA0 BA1 给出和行地址 A0 A12 给出 BANK 激活命令必须等待大于tBCD SDRAM 的 RAS 到 CAS 的延迟指 标 时间和 发出读命令字 CL CAS 延迟时间 个工作时钟后 读出数据依次出现在数 据总线上 在读操作的最后 要想SDRAM 发出预充电 PRECHARGE 命令 以关闭已经 激活的页 等待tRP 时间后 可以开始下一次的读写操作 SDRAM的基本写操作需要控制线操作和地址线相配合的发出一系列命令来完 成 写命令可以立即写入需写入数据依次送到DQ 上 在最后一个数据写入后延迟twr 时间 发出预充电命令 关闭已激活的页 等待tRD 时间后 可以展开下一次操作 48 写出 55x 外扩一片SDRAM 的实现步骤 并画出55x 外扩一片8M X16 位 SDRAM 的连 接图 根据外扩SDRAM 容量及排列方式连线在 EMIF 全局控制寄存器中设置频率 参数等通过片选控制寄存器设置位宽通过 SDRAM 控制寄存器设置刷新周期等 49 简述 55x 外扩异步存储器的硬软件步骤 配置 CE 寄存器 根据需要灵活选用异步存储器 进行正确的连线 设置CE 寄存器相关内容 稍加说 明设置哪些 位宽类型 时间参数等 50 55x 片内的 DMA 可以在哪些部件之间传输数据 使用DMA 的设置步骤是什么 HPI DARAM SARAM EMIF外设总线控制器 设置步骤 HPI 的配置DMA传输配置 包过数据传输单位 数据打包 端口 数 据源和目的地址DMA 寄存器配置 包过全局控制寄存器 通道控制寄存器等 51 分别简述降压型 Buck 升压型 Boost DC DC 电路的工作原理 推导稳态下的电压转 换公式 52 链接命令文件 cmd 文件 的作用是什么 解释P112 的链接命令文件的含义 链接器依据链接命令文件 cmd 文件 对汇编器编译好的代码和数据进行链接 在链接 命令文件中定义了段名 段的起始地址 段的长度 初始化段的初始值等 cmd 含有链接 时所需的信息 输入 出定义 memory 命令和 sections 命令实现对程序各段的重定 使之链 接成定位程序存储空间 53 写出多步骤任务 步骤之间要放弃CPU 在使用和不使用多任务操作系统情况下的典型结 构 自我调度程序通常由中断程序部分 初始化部分和主循环部分组成 初始化部分通常完 成 DSP 软件 硬件的初始化设置 启动系统软件 使