数字信号处理课程设计与实践解析哈工程深度学习项目

DSP原理与应用

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日期：5月23日星期二

1.DSP的生产厂商重要有哪些？分别有什么系列？

答：

①德州仪器企业(最有名的DSP芯片厂商)。TI企业在市场上重要的三个

系列产品：

(1)面向数字控制、运动控制的TMS320C系列，重要包括

TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、

TMS320c28xx等；

(2)面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列，重要

包括TMS320c54x、TMS320C54xx.TMS320c55x等；

(3)面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列，重要包

括TMS320c62xx、TMS320c64xx、TMS320c67xx等。

②美国模拟器件企业。其重要的系列：

(1)定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105>ADSP2111/2115>

ADSP2126/2162/2164.ADSP2127/218KADSP-BF532以及Blackfin系列；

(2)浮点DSP芯片有ADSP21000/21()20^ADSP21060/21062,以及虎鲨

TS10KTS201So

③Motorola企业(公布较晚)。其重要的系列包括：

(1)定点DSP处理器MC56001；

(2)与IEEE浮点格式兼容的的浮点DSP芯片MC96002；

(3)DSP5361K16位DSP56800.24位的DSP563XX和MSC8101等产

品。

④杰尔企业。重要系列有：

嵌入式DSP内核的SCI000和SC系列，重要面向电信基础设施、移动通

信、多媒体服务器及其他新兴应用。

2.浮点DSP和定点DSP各自有什么特点？

答：

浮点DSP和定点DSP在宏观上有很人的特点区别，包括动态范围、速咬、

价格等等。

(1)动态范围：定点DSP的字长每增长Ibit,动态范围扩大6dB。16bit字长的

动态范围为96dBo程序员必须时刻关注溢出的发生。例如，在作图像处理时，

图像作旋转、移动等，就很轻易产生溢出。这时，要么不停地移位定标，要么

作截尾。前者要花费大量的程序空间和执行时间，后者则很快带来图像质量的

劣化。总之，是使整个系统的性能下降。在处理低信噪比信号的场所，例如进

行语音识别、雷达和声纳信号处理时，也会发生类似的问题。

32bit浮点运算DSP的动态范围可以作到1536dB,这不仅大大扩大了动态

范围，提高了运算精度，还大大节省了运算时间和存储空间，由于大大减少了

定标，移位和溢出检查。

由于浮点DSP的浮点运算用硬件来实现，可以在单周期内完毕，因而其处

理速度大大高于定点DSPo这一长处在实现高精度复杂算法时尤为突出，为复

杂算法的实时处理提供了保证。

32bit浮点DSP的总线宽度较定点DSP宽得多，因而寻址空间也要大得

多。这首先为大型复杂算法提供了也许、由于省的DSP目的子程序已使用到几

十MB存储器或更多；另首先也为高级语言编译器、DSP操作系统等高级工具

软件的应用提供了条件。DSP的深入发展，必然是多处理器的应用。新型的浮

点DSP已开始在通信口的设置和强化、资源共享等方面有所响应。

（2）在硬件和软件.上的区别

在硬件构造上最大的不一样之处在于数据存储构造方面。浮点DSP顾客不必懂

得怎样存储数据，而应用定点DSP时就需理解数据存储数据格式，必须对数据

格式作某些转换。浮点DSP处理器具有浮点/整数乘法器，整数/浮点算术逻辑

运算单元ALU,适合寄存扩展精度的浮点成果的寄存器等。

重要有浮点DSP编程的特点以及注意事项；定点DSP进行浮点运算时的定标，

移位，检测溢出操作。比较两个浮点数时，不要使用二二来判断与否相等.虽然

比较两个相等的数，还是也许有微小的舍入差异。

3.针对TI企业的C6000系列，说一下CACHE.EDMA、EMIF的概念和用

途。

答：

EMIF:外部存储器接口（EMIF）是TMS、DSP器件上的一种接口，详细可

以分为EMIFA和EMIFBo一般来说，EMIF可实现DSP与不一样类型存储器

（SRAM、FlashRAM>DDR-RAM等）的连接。一般EMIF与FPGA相连，从

而使FPGA平台充当一种协同处理器、高速数据处理器或高速数据传播接口。

设计接口提供了一种PPGA块至RAM的无缝连接。在读/写、PIPO或存储器模

式中，双端口块RAM的一侧被用来实现与DSP的通信。另一侧用于实现与内

部FPGA逻辑电路或平台-FPGA嵌入式处理器的通信。

EDMA:增强型直接内存存取（EDMA）是数字信号处理器（DSP）中用于迅

速数据互换的重要技术，具有独立于CPU的后台批量数据传播的能力，可以满

足实时图像处理中高速数据传播的规定。通过灵活控制EDMA不仅可以提高图

像数据的传播效率，并且可以充足发挥DSP的高速性能。

CACHE：CACHE高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了

频繁使用的数据以利于迅速访问。存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的

RAM位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址

时，高速缓冲存储器便检查与否存有该地址。假如存有该地址，则将数据返回

处理器;假如没有保留该地址，则进行常规的存储器访问。由于高速缓冲存储器

总是比主RAM存储器速度快，因此当RAM的访问速度低于微处理器的速度

时，常使用高速缓冲存储器。

4.DSP的PCB设计属于高速信号设计，高速信号设计需要考虑什么问题？

答：

（1）考虑电源和地的去耦

伴随DSP工作频率的提高，DSP和其他IC元器件趋向小型化、封装密集

化，一般电路设计时考虑采用多层板，提议电源和地都可以用专门的一层，且

对于多种电源，例如DSP的I/O电源电压和内核电源电压不一样，可以用两个

不一样的电源层，若考虑多层板的加工费用高，可以把接线较多或者相对关键

的电源用专门的一层，其他电源可以和信号线同样布线，但要注意线的宽度要

足够。

无论电路板与否有专门的地层和电源层，都必须在电源和地之间加一定的

并且分布合理的电容。为了节省空间，减少通孔数，提议多使用贴片电容，可

把贴片电容放在PCB板背面即焊接面，贴片电容到通孔用宽线连接并通过通孔

与电源、地层相连。

考虑电源分布的布线规则。

分开模拟和数字电源层。

高速高精度模拟元件对数字信号很敏感。例如，放大器会放大开关噪声，

使之靠近脉冲信号，因此在板上模拟和数字部分，电源层一般是规定分开的。

（2）隔离敏感信号

有些敏感信号（如高频时钟）对噪声干扰尤其敏感，对它们要采用高等级隔

离措施。高频时钟QOMHz以上的时钟，或翻转时间不不小于5ns的时钟）必须

有地线护送，时钟线宽至少护送地线线宽至少20mil,高频信号线的保

护地线两端必须由过孔与地层良好接触，并且每5cm打过孔与地层连接;时钟发

送侧必须串接一种22。〜220Q的阻尼电阻。可防止由这些线带来的信号噪声

所产生的干扰。

（3）硬件抗干扰设计：

硬件抗干扰效率高，在系统复杂度、成本、体积可容忍的状况下，优先选

用硬件抗干扰设计。常用的硬件抗干扰技术可归纳为如下几种：

硬件滤波：RC滤波器可以大大减弱各类高频干扰信号如可以克制“毛

刺”干扰。

合理接地：合理设计接地系统，对于高速的数字和模拟电路系统来说，具

有一种低阻抗、大面积的接地层是很重要的。地层既可认为高频电流提供一种

低阻抗的返回通路，并且使EMLRFI变得更小，同步还对外部干扰具有屏蔽

作用。PCB设计时把模拟地和数字地分开。

屏蔽措施：交流电源、高频电源、强电设备、电弧产生的电火花，会产生

电磁波，成为电磁干扰的噪声源，可用金属壳体把上述器件包围起来，再接

地，这对屏蔽通过电磁感应引起的干扰非常有效。

光电隔离：光电隔离器可以有效地防止不一样电路板间的互相干扰，高速

的光电隔离器常用于DSP和其他设备（如传感器、开关等）的接口。

（4）软件抗干扰设计

软件抗干扰有硬件抗干扰所无法取代的优势，在DSP应用系统中还应充足

挖掘软件的抗干扰能力，从而将干扰的影响克制到最小。下面给出几种有效的

软件抗干扰措施。

数字滤波：模拟输入信号的噪声可以通过数字滤波加以消除。常用的数字

滤波技术有:中值滤波、算术平均值滤波等。

设置陷阱：在未用的程序区内设置一段引导程序，当程序受干扰跳到此区

域时，引导程序将强行捕捉到的程序引导到指定的地址，在那里用专门程序对

出错程序进行处理。

指令冗余：在双字节指令和三字节指令后插入两三个字节的空操作指令

NOP,可以防止当DSP系统受干扰程序跑飞时，将程序自动纳入正轨。

设置看门狗定期：如失控的程序进入“死循环”，一般采用“看门狗”技

术使程序脱离“死循环”。其原理是运用一种定期器，它按设定周期产生一种

脉冲，假如不想产生此脉冲，DSP就应在不不小于设定周期的时间内将定期器

清零;但当DSP程序跑飞时，就不会按规定把定期器清零，于是定期器产生的脉

冲作为DSP复位信号，将DSP重新复位和初始化。

（5）电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备在复杂电磁环境中仍可以正常工作的能力。电磁

兼容性设计的目的是使电子设备既能克制多种外来干扰，又能减少电子设备对

其他电子设备的电磁干扰。在实际的PCB板中相邻信号间或多或少存在着电磁

干扰现象即串扰。串扰的大小与回路间的分布电容和分布电感有关。处理这种

信号间的互相电磁干扰可采用如下措施：

选择合理的导线宽度：由于瞬变电流在印制线条上产生的冲击干扰重要是

印制导线的电感成分引起的，而其电感量与印制导线长度成正比，与宽度成反

比。因此采用短而宽的导线对克制干扰是有利的。时钟引线、总线驱动器的信

号线常有大的瞬变电流，其印制导线要尽量短。对于分立元件电路，印制导线

宽度在1.5mm左右即可满足规定;对于集成电路，印制导线宽度在().2mm〜1.

0mm之间选择。

采用井字形网状布线构造：详细做法是在PCB印制板的一层横向布线，紧

挨着的一层纵向布线。

(6)散热设计

为有助于散热，印制板最佳是自立安装，板间距应不小于2cm,同步注意

元器件在印制板上的布排规则。在水平方向，大功率器件尽量靠近印制板边缘

布置，从而缩短传热途径;在垂直方向大功率器件尽量靠近印制板上方布置，从

而减少其对别的元器件温度的影响。对温度较敏感的元器件尽量布放在温度比

较低的区域，而不能放在发热量大的器件的正上方。

5.自己设定参数，用C语言编写一段低通滤波器的程序，并指明，在RP5框

架中，此程序怎样嵌入其中。

答：程序如下：

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#definetrue1

#definefalse0

#definen8

#dcfincbufsize100

intin_buffer[bufsize];

intout_buffer[bufsize];

staticintprocessing(int*input,int.output);

staticvoiddataio(void);

staticlonground(longa);

voidmain()

(

int*input=&in_buffer[O];

int*output=&out_bufferlOJ;

puts("the1stexperimentstarted\n");

while(true)

(

dataio();

processing(input,output);

dataio();

)

)

staticintprocessing(int*inpul,int*outpul)

inti,size=bufsize;

shortxxO,x,y;

shortz[n]={0,0,0,0,0,0,0,0};

short

w[2*n+11={101,4356,810,8192,2835,3403,5670,2517,7088,605,5670,193,2835,21,81

0)；

longy(),z();

while(size—){

xx0=*input++;

x=xx0*6;

z0=(long)x«15;

y0=0;

for(i=0;i<n;i++)

(

z0-=(long)w[2*i+l]*(long)z[i];

y()+=(long)w[2*i+2]*(long)z[i];

}

y0+=(long)w[0]*(z0»15);

y0=round(y0);

fbr(i=n-1;i>0;i-)

z[i]=z[i-l];

z0=round(z0);

z[()]=(short)(z()»15);

y=(short)(y0»15);

*output++=y;

)

return(true);

)

staticvoiddataio()

(

return;

1

staticlonground(longa)

{

longx3;

x3=a&(()xffff()000);

returnx3;

)

6.运用视频的FVID驱动编写一段视频驱动的程序。

答：程序如下：

//gioAttrs.nPackets=8;

//gioAttrs.timeout=SYS_FOREVER;

self->hGioVpfeCcdc=FVID.create(VVPFEO",IOMJNOUT)

result=FVID_control

for(i=0;i<LOCAL_PR