DSP原理及应用课程重点知识讲解

1 简述 DSP 系统的构成和工作过程 答 DSP 系统的构成 一个典型的 DSP 系统应包括抗混叠滤波器 数据采集 A D 转换器 数字信号处理器 DSP D A 转换器和低通滤波器等 DSP 系统的工作过程 将输入信号 x t 经过抗混叠滤波 滤掉高于折叠频率的分量 以防止信号频谱的混叠 经过采样和 A D 转换器 将滤波后的信号转换为数字信号 x n 数字信号处理器对 x n 进行处理 得数字信号 y n 经 D A 转换器 将 y n 转换成模拟信号 经低通滤波器 滤除高频分量 得到平滑的模拟信号 y t 2 简述 DSP 系统的设计步骤 答 明确设计任务 确定设计目标 算法模拟 确定性能指令 选择 DSP 芯片和外围芯片 设计实时的 DSP 芯片系统 硬件和软件调试 系统集成和测试 3 TMS320C54X 芯片的基本结构都包括哪些部分 答 中央处理器 内部总线结构 特殊功能寄存器 数据存储器 RAM 程序存储器 ROM I O 口 串行口 主机接口 HPI 定时器 中断系统 4 TMS320C54X 芯片的 CPU 主要由哪几部分组成 答 40 位的算术运算逻辑单元 ALU 2 个 40 位的累加器 ACCA ACCB 1 个运行 16 至 31 位的桶形移位寄存器 17 17 位的乘法器和 40 位加法器构成的乘法器 加法器单元 MAC 比较 选择 存储单元 CSSU 指令编码器 CPU 状态和控制寄存器 0 TMS320VC5402 共有多少可屏蔽中断 它们分别是什么 和属于哪一类中断源 RSNMI 答 TMS320VC5402有13个可屏蔽中断 和属于外部硬件中断RSNMI 1 C54参数参数 指令周期 即执行一条指令所需的时间 通常以ns 纳秒 为单位 MAC时间 即完成一次乘法 累加运算所需要的时间 FFT执行时间 即运行一个N点FFT程序所需的时间 MIPS 即每秒执行百万条指令 MOPS 即每秒执行百万次操作 MFLOPS 即每秒执行百万次浮点操作 BOPS 即每秒执行十亿次操作 2 什么是冯诺依曼结构和哈佛结构 它们有什么区别 什么是冯诺依曼结构和哈佛结构 它们有什么区别 冯 诺依曼结构也称普林斯顿结构 是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构 区别是地址空间和数据空间分开与否 冯诺依曼结构数据空间和地址空间不分开 哈佛结构数据空间和地址空间是分开的 3 什么是流水线技术 什么是流水线技术 每条指令的通过片内多功能单元完成取指 译码 取操作数的执行等多个步骤 实现多条指令的并行执行 从而在不提 高系统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间 4 TMS320C54xCPU的特点 的特点 先进的多总线结构 40位算术逻辑运算单元 ALU 包括一个40位桶形移位寄存器和两个独立的40位累加器 17 17的并行乘法器与40位专用加法器相连 比较 选择 存储单元 CSSU 指数编码器 双地址生成器包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术运算单元 ARAU 5 TMS320C54x的总线结构 的总线结构 程序总线 PB 传送从程序存储器来的指令代码和立即数 3组数据总线 CB DB和EB 连接各种元器件 CB和DB总线传送从数据存储器读出的操作数 EB总线传送写入到存储器 中的数据 4组地址总线 PAB CAB DAB和EAB 传送执行指令所需的地址 6 寻址方式寻址方式 立即寻址 指令中有一个固定的立即数 绝对地址寻址 指令中有一个固定的地址 16位 累加器寻址 按累加器的内容作为地址去访问程序存储器中的一个单元 直接寻址 指令编码中含有的7位地址与DP或SP一起合成数据存储器中操作数的实际地址 间接寻址 通过辅助寄存器寻址 存储器映射寄存器寻址 修改存储器映射寄存器中的值 而不影响当前数据页面指针DP和当前堆栈指针SP的值 堆栈寻址 把数据压入或弹出系统堆栈 7 段定义伪指令段定义伪指令 bss 在该段中保留若干字 data 汇编入已初始化的数据段 sect section name 汇编入已命名的段 text 汇编入可执行的代码段 float 初始化一个32 bit的浮点常数 int 初始化一个或多个16 bit的无符号整数 string 初始化一个或多个字符串 word 初始化一个或多个16 bit的带符号整数 list 开始源文件列表 nolist 停止源文件列表 length 设置源文件列表的页长度 title 在列表文件每一页打印文件名 copy include包含其他文件的源语句 global 确认一个或多个全局 外部 符号 mlib 定义宏库 if else endif 条件汇编代码块 loop endloop 循环汇编代码块 break 终止循环汇编代码块 equ set 使一个符号等于一个值 end 结束程序 8 举例举例 1 定点加法定点加法 temp3 temp1 temp2 ldtemp1 a 变量temp1装入累加器A add temp2 a 变量temp2与累加器A相加 结果放入A中 stla temp3 结果 低16位 存入变量temp3中 2 定点减法定点减法 stm temp1 ar3 变量temp1的地址装入ar3寄存器 stm temp2 ar2 变量temp2的地址装入ar2寄存器 sub ar2 ar3 b 变量temp2和temp1都左移16位 然后相减 结果放入累加器B中 高16位 sth b temp3 相减的结果 累加器B的高16位 存入变量temp3 3 定点整数乘法定点整数乘法 rsbx FRCT 清FRCT标志 准备整数乘 ld temp1 T 变量temp1装入T寄存器 mpy temp2 a temp2 temp1 结果放入累加器A 32位 sth a temp3 结果的高16位存入temp3 stla temp4 结果的低16位存入temp4 4 定点小数乘法定点小数乘法 ssbx FRCT FRCT 1 准备小数乘法 ld temp1 16 a temp1装入A的高16位 mpya temp2 temp2乘A的高16位 结果在B中 同时将temp2装入T寄存器 sth b temp3 将乘积的高16位存temp3 CPU 状态和控制寄存器状态和控制寄存器 C54X 有三个状态和控制寄存器 分别为状态寄存器 ST0 状态寄存器 ST1 和处理器方式状态寄存器 PMST ST0 和 ST1 包括各种工作条件和工作方式的状态 PMST 包括存储器配置状态和控制信息 TMS320C54x 的存储器 的存储器 64K 字程序存储器 64K 字数据存储器以及 64K 字 I O 空间 程序存储器空间包括程序指令和程序中所需的常数表格 数据存储器空间用于存储需要程序处理的数据或程序处理后的 结果 I O 空间用于与外部存储器映象的外设接口 程序存储器可以扩展 所有 TMS320C54x 芯片都包括随机访问存储器 RAM 和只读存储器 ROM RAM 可分为两种 双访问 RAM DARAM 和单访问 RAM SARAM FRCT 位位于状态寄存器位位于状态寄存器 ST1 的第几位 的第几位 第 6 位 FRCT 表示 小数方式位 当 FRCT 1 时 表示做的是 乘法器输出左移一位 以消去多余的符号位 语句标号语句标号 由字母 数字 组成 最多不超过 32 个字符 对大小写敏感 第一个字符不能是数字 后跟 但分号不是语句 标号的组成部分 汇编程序语法汇编程序语法 所有的语句必须由语句标号 空格 号或 号开头 语句标号不是必须的 如果用 就必须在第一列 语句中的各部分之间 由一个或多个空格分开 注释不是必须的 注释可以从第一列的 号或 号开头 如果不是从第一列开始 就必须用 号开头 助记符助记符 助记符不允许从第一列开始 否则被认为是语句标号 助记符可以是汇编指令 如 ABS MPYU SPH 等 伪指令 如 data list set 等 宏指令 如 macro var mexit 等 和宏调用 操作数操作数操作数可以是常数 符号或表达式 当操作数多于一个时 用逗号分开 汇编器允许指定常数 符号或表达式作为地址 立即数或间接地址 操作数前缀规定如下 前缀 表示操作数为立即数 如 Label ADD 123 B 表示将操作数 123 十进制 和累加器 B 中的内容相加 前缀 操作数为间接地址 使用操作数的内容作为地址 如 Label LD AR4 A 操作数 AR4 为间接地址 将 AR4 中的内容作为地址 然后将该地址的内容装入到指定的累 加器 A 9 编程举例编程举例 例例1 使用 使用C54X汇编语言编程计算汇编语言编程计算 z1 x1 y1 z2 x1 y1 z3 x1 y1 z4 x2 y2 其中 其中 x1 20 y1 54 x2 0 5 y2 0 5837 编写汇编源程序如下 title suanshu asm mmregs bss x1 1 bss x2 1 bss y1 1 bss y2 1 bss z1 1 bss z2 1 bss z3 h 1 bss z3 l 1 bss z4 1 v1 set 014h v1 20 v2 set 036h v2 54 v3 set 04000h v3 0 5 v4 set 0b548h v4 0 5837 start LD x1 DP ST v1 x1 ST v2 y1 LD x1 A x1 A ADD y1 A A Y1 A STL A z1 保存AL z1 LD x1 A SUB y1 A STL A z2 RSBX FRCT 准备整数乘法 FRCT 0 LD X1 T MPY Y1 A x1 y1 A STH A z3 h 乘法结果高16位在z3 h 单元 STL A z3 l 乘法结果低16位在z3 l单元 ST v3 x2 ST v4 y2 SSBX FRCT 准备小数乘法 FRCT 1 LD x2 16 A 将x2加载到AH MPYA y2 x2 y2 B and y2 T STH B z4 结果放到z4单元 例例2 对数组 对数组x 8 0 1 2 3 4 5 6 7 进行初始化进行初始化 bss x 8 data Table word 0 1 2 3 4 5 6 7 text Start STM x AR5 RPT 7 MVPD table AR5 例例3 计算 计算 y bss x 10 STM x AR1 STM 9 AR2 LD 0 A LOOP ADD AR1 A BANZ LOOP AR2 例例4 对数据 对数据x 8 中的每个元素加中的每个元素加1 bss x 8 Begin LD 1 16 B STM 7 BRC STM x AR4 RPTB next 1 ADD AR4 16 B A STH A AR4 next LD 0 B 例例5 求解求解 其中数据均为小数其中数据均为小数 且且a1 0 3 a2 0 2 a3 0 4 a4 0 1 x1 0 6 x2 0 5 x3 0 1 x4 0 2 bss a