dsp课程设计大作业报告

1、电气信息工程学院DSP技术及应用 综合训练大作业班 级 10电子2w 姓 名 徐广伟 学 号 10311225 指导老师 倪福银 2013 年 10 月目 录序 言- 2 -第一章 DSP理论技术概述- 3 -1.1 课程设计目的与意义- 3 -1.2 DSP芯片的选择与封装- 3 -1）芯片的选择原则：- 3 -2）芯片的封装：- 4 -1.3 DSP系统设计的方法和步骤- 4 -第二章 DSP硬件部分设计- 6 -2.1 硬件设计任务概述- 6 -2.2 总体方案设计- 6 -2.3 模块电路原理图设计- 7 -2.3.1主芯片为TMS320C5502- 7 -2.3.2外设电路原理图设计

2、- 8 -2.4硬件设计小结- 13 -第三章 DSP软件部分设计- 14 -3.1 人机界面主题设计- 14 -3.1.1软件设计任务概述- 14 -3.1.2程序设计思路与算法原理- 14 -3.1.3软件设计流程- 14 -第四章 小结- 37 -参考文献- 37 -序 言DSP一方面是Digital Signal Processing的缩写，意思是数字信号处理，就是指数字信号理论研究。DSP另一方面是Digital Signal Processor，意思是数字信号处理器，就是用来完成数字信号处理的器件。数字信号处理(Digital Si

3、gnal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信

4、号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。最初的DSP器件只是被设计成用以完成复杂数字信号处理的算法。DSP器件紧随着数字信号理论的发展而不断发展。在20世纪60年代，数字信号处理技术才刚刚起步。60年代中期以后，快速傅里叶算法的出现及大规模集成电路的发展大大促进了DSP技术与器件的飞速发展。DSP器件的发展大致可分为三个阶段：（1）1980年前后的雏形阶段。（2）1990年前后的成熟阶段。（3）2000

5、年之后的完善阶段在设计 DSP 系统之前，首先必须根据应用系统的目标确定系统的性能指标、信号处理的要求，通常可用数据流程图、数学运算序列、正式的符号或自然语言来描述。第二步是根据系统的要求进行高级语言的模拟。在完成第二步之后，接下来就可以设计实时DSP系统，实时DSP系统的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。DSP硬件和软件设计完成后，就需要进行硬件和软件的调试。软件的调试一般借助于DSP开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。系统的软件和硬件分别调试完成后，就可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行。当然，DSP系统的开发，特别是软件开发是一个需要反复进行的过程，虽然通过算法模

6、拟基本上可以知道实时系统的性能，但实际上模拟环境不可能做到与实时系统环境完全一致，而且将模拟算法移植到实时系统时必须考虑算法是否能够实时运行的问题。如果算法运算量太大不能在硬件上实时运行，则必须重新修改或简化算法。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，设计DSP应用系统，选择DSP芯片是非常重要的一个环节。只有选定了DSP芯片，才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。总的来说，DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。不同的DSP应用系统由于应用场合、应用目的等不尽相同，对

7、DSP芯片的选择也是不同的。第一章 DSP理论技术概述1.1 课程设计目的与意义本课程是一门以实践为主的技术类专业选修课，课程的教学目的是使学生了解DSP及DSP控制器的发展过程及其特点，使学生较熟练地在硬件上掌握DSP及DSP硬件器的结构、各部件基本工作原理，在软件上掌握DSP的指令系统、程序设计方法，学会TMS320系列中1至2种DSP芯片的基本使用方法，并能重点利用DSP及DSP控制器设计典型的应用系统, 为今后从事相关设计与研究打下基础。1.2 DSP芯片的选择与封装1）芯片的选择原则：根据实际应用系统需要、应用场合、目的，选择满足所需功能、成本低、耗电小、使用方便、有技术支持、升级方

8、便的芯片。DSP芯片的选择是有技术指标决定的，例如：由信号的频率决定系统的采样频率；有采样频率句顶完成任务书中最复杂的算法所需的最大时间以及系统对实时程序的要求，判断系统能否完成工作；有数量及程序的长短决定RAM的容量，是否需要扩展RAM及RAM的容量；等等。在确定DSP芯片型号之后，应当先进行系统的总体的设计。首先采用高级语言matlab等对算法进行仿真，确定最佳算法并初步确定参数，对系统的软硬件进行初步分工。2）芯片的封装：1） DIP 双列直插式封装，插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。2） SIP单列直插式封装 引脚从封装的一个侧点引出，排列成一条直线。当装配

9、到印刷基板上的封装成侧立状。3） SOJ J型引脚小外型封装表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出象下呈J字型。4） SDP 也叫SOIC小外型封装，表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼型。5） PLCC 带引线的塑料芯片载体，表面贴装型封装之一，引脚从封装的四个侧面引出，呈J字型，是塑料制品。6） QFP 四侧引脚扁平封装，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼型，基材有陶瓷、金属和塑料三种。7） BGA 球型触点阵列表面封装之一，在印刷基板的背面按阵列方式制作出球型凸点，以代替引脚。1.3 DSP系统设计的方法和步骤下图为一个典型DSP系统抗混叠滤波器DPS芯片A/DD/A平滑录波器输入输出

10、 图1-1 DSP典型系统框图先将输入的模拟信号进行带限滤波和抽样，在进行A/D变换，将信号变换成数字比特流，经DSP芯片处理后的数值样值，再经D/A变换成模拟样值之后再进行内插和平滑滤波即可得到连续的模拟信号输出。根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少是输入带限信号最高频率的两倍，其中抗混叠滤波的作用，就是将输入的模拟信号中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱出现混叠/DSP芯片是系统的关键。（1） 总体方案设计在进行DSP系统设计之前首先应给出明确的设计任务，给出设计任务书。在设计任务书中应将系统要达到的功能描述准确、清楚；描述的方式可以是人工语言，也可以是流程图或算法描述

11、。之后将设计任务书转化为量化的技术指标。下图为DSP应用系统设计的一般步骤： 图1-2 总体设计方案流程图（2） 软件设计阶段软件变成步骤如下：1） 用C语言、汇编语言或者两种变成语言混合编写程序,再把它们分别转换成DSP的汇编语言并送到汇编语言汇编器进行汇编,生成目标文件.2） 将目标文件送入连接器进行连接,得到可执行文件.3） 将克制性文件掉如到调试器进行调试,检查运行结果是否正确.如果着呢宫阙进入下一步;如果不正确则返回第一步.4） 进行代码转换将代码写入EEPROM，并脱离仿真器进行程序，检查结果是否正确。如果不正确，返回上一步；如果正确，进入下一步。5） 软件调试，软件调试借助DSP

12、开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。（3） 硬件设计阶段1） 设计硬件实现方案 硬件实现方案是指根据性能指标、工期、成本等，确定最优硬件实现方案，并画出硬件系统框图。2） 器件的选型 除选择DSP芯片外，一般还要考虑选择A/D、D/A、内存、电源、逻辑控制、通信、人机接口、总线等基本部件。3） 原理图设计 硬件设计阶段原理图设计是关键。在原理图设计时必须清楚了解器件的使用和系统的开发，对于关键环节要做仿真。4） PCB板设计 PCB设计要求DSP系统设计人员既要熟悉系统工作原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。5） 软、硬件调试 在采用硬件仿真器进行调试时，如果没有仿真器、且系统

13、不复杂，则可借助一般的工具进行调试。（4） 系统集成 系统的软、硬件设计分别调试完成之后，进行系统集成。系统集成是将软、硬件结合起来，并组合成样机，在实际系统中运行，进行系统测试。第二章 DSP硬件部分设计2.1 硬件设计任务概述 DSP 最小系统是由满足DSP运行的最小硬件组成，包括电源电路，复位电路，时钟电路，JTAG 接口电路，电平转换电路等。请选一55系列DSP芯片设计最小系统。 要求：1. DSP芯片选择TMS320VC5509 ，VC5507，VC5502中的一种。（根据学号的1,2,3分组）外设扩展部分；(外设按照学号依次选择（3）,(4),(5)，任选(1),(2)，至少两个外

14、设)(1)液晶LCD1602(2)一片4位数码管 (3)键盘和LED,设计一2X4键盘控制8个LED灯 (4)SRAM:IS61LV6416 (5)FLASH:AM29LV400B2.提高部分：在必选题的基础上，可多加其它选题的外设功能。3.请运用Protel完成最小系统的schematic原理图。4.设计完成，根据规范格式撰写设计报告，并附上网络表，器件物料表等。本次选择（2）（4）2.2 总体方案设计 本次硬件电路设计大体方案设计如下：最小系统框图如下：TMS320VC5502电源电路时钟电路复位电路JTAG接口键盘和LED控制状态指示电路图2-1 DSP最小系统框图2.3 模块电路原理图

15、设计2.3.1主芯片为TMS320C5502引脚图如下：图2-2 TMS320VC5502引脚图2.3.2外设电路原理图设计1电源模块C55x数字信号处理器电源包括内核电源和外部接口电源，其外部接口电源为3.3V，内核则根据型号不同而采用了不同电压。由于C55x处理器大多应用于低功耗场合，因此电源电路的设计应注意电源的转换效率和电路的复杂程度，而高效率的DC-DC转换电路则十分适合这种应用。TPS54110能够提供1.5A的连续电流输出，其输出电压可调，电压输出范围覆盖0.93.3V，能够较好的满足C55x处理器的供电要求，图3-1给出采用TPS54110实现DC-DC转换的电路原理图。图2-

16、3 电源模块图 2 时钟电路模块 任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。 图2-4时钟电路模块图3 JTAG仿真模块 JTAG 仿真器也称为 JTAG 调试器，是通过 ARM 芯片的 JTAG 边界扫描口进行调试的设备。 JTAG 仿真器比较便宜，连接比

17、较方便，通过现有的 JTAG 边界扫描口与 ARM CPU 核通信，属于完全非插入式 ( 即不使用片上资源 ) 调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。另外，由于 JTAG 调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、 AC 和 DC 参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。使用集成开发环境配合 JTAG 仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。 图2-5 JTAG仿真模块4 复位电路模块在系统上电过程中，如果电源电压还没有不稳定，这时DSP进入工作状态可能造成不可预知的后果，甚至造成硬件的损坏，解决这个

18、问题的方法就是DSP在上电过程中保持复位状态，因此有必要在系统中加入上电复位电路，上电复位电路的作用可以保证上电可靠，并在用户需要时实现手工复位。图2-6复位电路模块5数码管电路模块一共12个引脚，4个位选，8个段选。从上面一排左边第一引脚开始，按顺时针顺序依次往下遍历所有引脚。 7：左边数起第4个数码管的位选择端 8：g9：c 10：小数点dp 11：d 12：e1：左边第1个数码管的位选择端 2：a   3：f   4：左边数起第2个数码管的位选择端 5：左边数

19、起第3 个数码管的位选择端 6：b 图2-7 4位数码管电路模块6 SRAM:IS61LV6416 模块如图2-8所示，电路SRAM中的接口与DSP芯片VC5507的接口相连接构成电路系统。图2-8 SRAM:IS61LV64162.3.3 硬件设计结果与分析利用Protel分别完成了电源电路、时钟电路、复位电路等外设电路的绘制，完成了最小系统的schematic原理图，绘制过程结束后进行ERC检测，确保绘制无错，并生成了PCB图、PCB板及3D效果图。硬件设计成果如图2-9、图2-10、图2-11所示图2-9电路原理图图2-10电路封装图 图2-11 3D效果图

20、2.4硬件设计小结 在一周的硬件设计中，首先对于芯片资料的获取。因为在整个设计的过程中，对于所使用的软件Protel，该软件我们以前是用过的，所以只要稍加回顾一下使用起来没有太大的难度。所以硬件设计的关键就是要查找所使用的芯片的资料，包括芯片的功能、管脚及其定义、封装等等。因为我们所查找到的芯片资料几乎都是英文资料，而且涉及的专业词语较多，翻译比较困难。但是要想画出一张完整的schematic原理图，主要还是要了解各个模块的功能，与软件结合起来，然后形成一个系统，实现我们需要的功能。 第3章 DSP软件部分设计3.1 人机界面主题设计3.1.1软件设计任务概述1. 请选择某一主题，设计至少6张

21、以上的界面，结合按键实现相关功能。 2. 充分发挥想象，设计内容丰富，形式多样的界面，表达明确的主题。 3充分利用板上可利用的其它资源，实现综合性设计。 4.根据相关内容自由发挥设计3.1.2程序设计思路与算法原理设计思路与算法原理：1，确立主题。根据主题功能的要求，需要在液晶显示器上显示的汉字，利用取模软件提取需要显示的字模代码。2，确定主题页面。程序主要部分包括了汉字液晶显示LCD，键盘控制KEY，页面功能的切换。3，规划程序布局。用键盘控制各个模块的显示，将各个模块写成子程序，然后进行调用，使整个程序清新易懂。3.1.3软件设计流程本人做的智能通讯录系统，里面有公共号码，通讯录，酒店查询

22、，点餐服务，云同步及软件介绍，程序如下：#include "LCD.h"#include "myapp.h"/ 定义指示灯寄存器地址和寄存器类型#define MCTRKEY (*(unsigned int *)0x602802) / port8005#define CTRCLKEY (*(unsigned int *)0x600803) / port8006#define CTRSTATUS (*(unsigned int *)0x600800) / port8000unsigned int uWork1,uWork2,nWork,w;unsigned

23、 int st1= 0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF, / 控制字 进度条显示 ; /* 爱心图标*/unsigned int st2=0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0078,0x0084,0x0102,0x0202,0x0402,0x0802,0x1004,0x2008,0x4010,0x2008,0x1004,0x0802,0x0402,0x0202,0x01

24、02,0x0084,0x0078,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000, ; / 爱心 unsigned int str0=0x0000,0xFFFE,0x0002,0x0012,0x1F92,0x0892,0x0892,0x0892,0x0892,0x0892,0x1F92,0x4012,0x8002,0x7FFE,0x0000,0x0000, /同0x0000,0x4420,0x4420,0x4220,0x41BC,0x2020,0x2020,0x2020,0x17FF,0x1024,0x

25、0824,0x0424,0x0324,0x0220,0x0020,0x0000, /步0x0000,0x0000,0x07FC,0x0208,0x0208,0x0208,0x0208,0xFFFF, 0x0208,0x0208,0x0208,0x0208,0x07FC,0x0008,0x0000,0x0000, /中0x0000,0x0000,0x0000,0x30C0,0x30C0,0x0000,0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000 / :;unsigned int str2=0x0000

26、,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,;unsigned int str3=0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

27、0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,; /* 欢迎使用易讯通讯录系统*/unsigned int str51= 0x2014,0x1024,0x4C44,0x4384,0x4364,0x2C1C,0x2020,0x1018, 0x0C0F,0x03E8,0x0608,0x1808,0x3028,0x6018,0x2008,0x0000, /欢 0x4040,0x2041,0x1FCE,0x2004,0x4000,0x47FC,0x4204,0x4102, 0x4002,0x5FFC,0x4004,0x4204,0x4404,0x43

28、FC,0x4000,0x0000, /迎 0x0040,0x0020,0x7FF0,0x001C,0x4007,0x41F2,0x2294,0x1494,0x0C94,0x13FF,0x1094,0x3094,0x2094,0x61F4,0x2004,0x0000, /使0x8000,0x4000,0x3000,0x0FFE,0x0222,0x0222,0x0222,0x0222,0xFFFE,0x0222,0x0222,0x4222,0x8222,0x7FFE,0x0000,0x0000, /用0x0000,0x5200,0x5200,0x4900,0x28BE,0x24EA,0x12AA,

29、0x11AA,0x08AA,0x04AA,0x03AA,0x40BE,0x8080,0x7F80,0x0000,0x0000, /易0x0020,0x0021,0x002E,0x7FE4,0x2000,0x1042,0x0042,0x7FFE,0x0042,0x0042,0x0042,0x0002,0x3FFE,0x4000,0x3800,0x0000, /讯0x4040,0x2041,0x1FC6,0x2000,0x4000,0x5FF2,0x4252,0x4252,0x4256,0x5FFA,0x4A5A,0x5256,0x4FF2,0x4000,0x4000,0x0000, /通0x00

30、20,0x0021,0x002E,0x7FE4,0x2000,0x1042,0x0042,0x7FFE,0x0042,0x0042,0x0042,0x0002,0x3FFE,0x4000,0x3800,0x0000, /讯0x0020,0x1020,0x3022,0x10AA,0x092A,0x4A2A,0x842A,0x7FEA,0x022A,0x052A,0x08AA,0x18FE,0x3020,0x1020,0x0020,0x0000, /录0x0000,0x4000,0x2102,0x1322,0x09B2,0x05AA,0x4166,0x8162,0x7F22,0x0111,0x05

31、4D,0x0981,0x1301,0x6201,0x0000,0x0000, /系0x2020,0x2230,0x232C,0x12A3,0x1260,0x9210,0x4084,0x30C4,0x0FA4,0x009D,0x0086,0x3F84,0x40A4,0x41C4,0x7084,0x0000,; /统/*K1：公共号码*/ unsigned int str52= 0x2008,0x3FF8,0x2088,0x01C0,0x2628,0x3818,0x2008,0x0000, 0x0000,0x2010,0x2010,0x3FF8,0x2000,0x2000,0x0000,0x000

32、0, / k1 0x0000,0x0000,0x0000,0x30C0,0x30C0,0x0000,0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000, / :0x0000,0x0100,0x2080,0x7040,0x2830,0x240E,0x2384,0x3100, 0x1000,0x100E,0x1410,0x7860,0x30C0,0x0180,0x0080,0x0000, /公0x0200,0x0210,0x8210,0x4210,0x3210,0x1FFE,0x0A10,0x0210, 0x

33、0210,0x0610,0x0BFE,0x3210,0xE210,0x4210,0x0200,0x0000, /共0x0040,0x0040,0x0040,0x025F,0x07D1,0x0251,0x0251,0x2251,0x4251,0x8251,0x4251,0x3E5F,0x0040,0x0040,0x0040,0x0000, /号0x0102,0x0082,0x7FE2,0x105E,0x1042,0x3FC2,0x0000,0x0402,0x04FA,0x0482,0x4482,0x8482,0x40FE,0x3F80,0x0000,0x0000, /码 ; /*K2:通讯录*/

34、 unsigned int str53= 0x2008,0x3FF8,0x2088,0x01C0,0x2628,0x3818,0x2008,0x0000, 0x0000,0x3070,0x2808,0x2408,0x2208,0x2188,0x3070,0x0000, / K2 0x0000,0x0000,0x0000,0x30C0,0x30C0,0x0000,0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000, / : 0x4040,0x2041,0x1FC6,0x2000,0x4000,0x5FF2,

35、0x4252,0x4252,0x4256,0x5FFA,0x4A5A,0x5256,0x4FF2,0x4000,0x4000,0x0000, /通0x0020,0x0021,0x002E,0x7FE4,0x2000,0x1042,0x0042,0x7FFE,0x0042,0x0042,0x0042,0x0002,0x3FFE,0x4000,0x3800,0x0000, /讯0x0020,0x1020,0x3022,0x10AA,0x092A,0x4A2A,0x842A,0x7FEA,0x022A,0x052A,0x08AA,0x18FE,0x3020,0x1020,0x0020,0x0000,

36、 /录 ; /* k3：云同步*/ unsigned int str54= 0x2008,0x3FF8,0x2088,0x01C0,0x2628,0x3818,0x2008,0x0000, 0x0000,0x1830,0x2008,0x2088,0x2088,0x1148,0x0E30,0x0000, / k3 0x0000,0x0000,0x0000,0x30C0,0x30C0,0x0000,0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000, / :0x0040,0x2040,0x7044,0x384

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39、8110,0x4110,0x2110,0x1111,0x091E,0x0514,0x03F0,0x0510,0x0918,0x3117,0x6112,0xC118,0x4110,0x0100,0x0000, /关0x0040,0x0040,0x0042,0x0042,0x2042,0x4042,0x8042,0x7FFE,0x0042,0x0042,0x0042,0x0042,0x0042,0x0042,0x0040,0x0000, /于0x0888,0x08C8,0x08B8,0x088F,0xFFE8,0x0488,0x8488,0x6020,0x181C,0x060B,0x01E8,0x

40、0608,0x1808,0xE018,0x4008,0x0000, /软0x0040,0x0020,0xFFF8,0x000F,0x0182,0x0160,0x011E,0x0114,0x0110,0xFFFF,0x0110,0x0110,0x0110,0x0110,0x0100,0x0000, /件;/* 00%*/ unsigned int str56= 0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0FF0,0x1008,0x2004,0x2004,0x2004,0x1008,0x0FF0,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,

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