DSP原理及应用期末考试题及答案

DSP原理及应用期末考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.DSP芯片普遍采用的哈佛结构核心特征是？A.程序存储器与数据存储器统一编址，共用一套地址与数据总线B.程序存储空间与数据存储空间独立，配备独立的程序总线与数据总线C.所有存储空间映射到同一连续地址段，仅支持单总线访问D.仅支持寄存器直接寻址，无间接寻址能力答案B2.TMS320C54x系列定点DSP的CPU中，累加器A、B的总位宽为？A.16位B.32位C.40位D.64位答案C3.16位定点DSP中，Q15纯小数格式的数值取值范围是？A.0B.−C.−D.−答案B4.TMS320C54x中，支持地址自动回绕、适配FIR/FFT算法数据访问的特殊寻址方式是？A.立即寻址B.直接寻址C.循环间接寻址D.存储器映射寄存器寻址答案C5.TMS320C54x系列DSP的指令流水线共分为多少个标准阶段？A.3级B.4级C.6级D.8级答案C6.TMS320C54x可屏蔽中断的响应条件不包括以下哪一项？A.全局中断使能位INTM置0B.中断屏蔽寄存器IMR对应位为1C.中断标志寄存器IFR对应位为1D.定时器处于连续运行状态答案D7.TMS320C54x片内双访问RAM（DARAM）的访问特性是？A.单个机器周期内可完成2次读/写访问B.仅能存储程序代码，不能存放数据C.单个机器周期内仅能完成1次读/写访问D.掉电后存储内容不会丢失答案A8.下列关于FIR滤波器特点的描述，错误的是？A.可实现严格的线性相位特性B.单位脉冲响应有限长，系统始终稳定C.相同幅频指标下运算量通常比同阶IIR滤波器更小D.不存在反馈递归结构答案C9.DSP开发流程中，链接命令文件（.cmd文件）的核心作用是？A.编写C语言主程序逻辑B.定义目标系统存储空间划分，将代码/数据段分配到对应存储区域C.配置CCS调试工具的界面参数D.直接生成可烧写的Flash镜像文件答案B10.TMS320C54x片上定时器的定时周期计算与以下哪个参数无关？A.时钟分频系数TDDRB.周期寄存器PRD的值C.预标定计数器PSC的值D.累加器溢出标志位OVA答案D二、填空题（每空1分，共15分）1.TMS320C54x芯片内部共有__组16位内部总线，其中程序总线1组，数据总线__组，地址总线4组。2.16位定点DSP采用纯小数Q15格式表示数据时，量化分辨率为__，可表示的最小负数值为__。3.TMS320C54xCPU状态寄存器ST0中，____位段用于标识当前选中的辅助寄存器，决定AR0~AR7中哪个作为间接寻址的当前指针。4.TMS320C54x实现循环寻址时，若循环缓冲区长度为N，其起始地址的最低k位必须为0，其中k是满足____的最小正整数。5.TMS320C54x片内定时器的核心组成包括定时周期寄存器PRD、____、定时控制寄存器TCR三个16位寄存器。6.FIR滤波器可实现严格线性相位的条件是：单位脉冲响应h(n)7.TMS320C54x中断系统中，中断标志寄存器IFR的某位置1，表示____。8.DSP软件开发流程中，__过程对源程序进行语法检查并生成可重定位的目标文件（.obj），__过程完成段地址分配、符号解析，生成可执行输出文件（.out）。9.TMS320C54x中，专门用于暂存乘法操作其中一个16位乘数的专用寄存器是____。10.TMS320C54x的HPI是____接口，可实现外部主控处理器与DSP之间的高速并行数据传输。11.递归结构的IIR滤波器设计时，必须首先保证系统的____，否则实际运行中易出现输出发散。答案1.8；32.2−4.25.定时计数寄存器TIM6.偶；奇7.对应中断源已发出中断请求且尚未被响应8.编译与汇编；链接9.T寄存器（暂存器T）10.主机并行（主机端口）11.稳定性三、判断题（每题1分，共10分）1.DSP芯片的高速数字信号处理能力仅依赖于提高主频，与硬件结构设计无关。答案错误2.TMS320C54x的累加器设置8位保护位，可有效减少多步乘累加运算中的中间结果溢出。答案正确3.Q12格式的数值精度高于Q15格式，因为Q12包含整数位，可表示更大的数值范围。答案错误4.TMS320C54x的流水线操作中，多条指令可重叠执行，不会产生任何冲突，无需额外处理。答案错误5.TMS320C54x的单访问RAM（SARAM）在单个机器周期内仅能完成一次读或写访问。答案正确6.TMS320C54x中所有中断请求一旦被CPU检测到，就会立即被响应，不需要判断使能状态。答案错误7.FIR滤波器一定是稳定系统，因为其单位脉冲响应有限长，不存在递归反馈结构。答案正确8.汇编指令LD#1000H,A采用的是直接寻址方式。答案错误9.CMD文件中，MEMORY伪指令用于定义目标系统实际存在的存储空间范围，SECTIONS伪指令用于将各代码、数据段分配到已定义的存储区域。答案正确10.软件等待状态发生器的作用是扩展DSP访问慢速外部存储器的读写周期，避免时序错误。答案正确四、简答题（每题5分，共20分）1.与通用单片机/微处理器相比，DSP芯片在硬件结构上有哪些适配数字信号处理运算的特点？答案（1）采用改进哈佛结构，程序与数据空间独立，配套多组并行总线，单周期可同时完成取指和多操作数读取；（2）采用多级流水线操作，多条指令的执行阶段重叠，大幅提升指令吞吐率；（3）集成专用硬件乘累加单元（MAC），可单周期完成一次乘法+累加操作，是卷积、滤波、FFT等运算的核心硬件支撑；（4）配备专用地址生成单元，硬件支持循环寻址、位反转寻址等特殊寻址模式，适配FIR、FFT等算法的内存访问需求；（5）片上集成高速RAM、多通道缓冲串口、DMA等专用外设，减少外部访问延迟，适配高速实时信号处理需求。2.简述TMS320C54x流水线的基本阶段，以及常见流水线冲突的解决方法。答案TMS320C54x采用6级指令流水线，依次为预取指、取指、译码、寻址、读数、执行阶段，每个时钟周期流水线推进一级，最多可重叠执行6条指令（2分）。常见冲突包括资源冲突（多指令同时访问同一硬件资源）、数据冲突（后续指令依赖前序指令尚未写入的结果）、控制冲突（分支/中断导致预取指令无效）三类（2分）。解决方法包括：硬件自动插入等待周期、编程/编译器调整指令顺序、插入空操作NOP、采用延时分支指令减少控制冲突开销等（1分）。3.简述定点DSP中Q格式定标运算的基本原理，以及常用的溢出处理方法。答案定点DSP硬件原生支持整数运算，Q格式定标通过预先约定数据字中整数位与小数位的划分位置，虚拟确定小数点的位置，将小数、带整数的混合数转换为整数形式存储与运算，实现定点硬件上的小数运算；Q值越大，小数位数越多，精度越高，但可表示的数值范围越小（3分）。常用溢出处理方法包括：利用累加器的高位保护位扩展动态范围容纳中间溢出、结果饱和钳位（溢出时输出最大正值/最小负值）、输入数据预缩放、动态调整Q值匹配运算动态范围等（2分）。4.简述在TMS320C54x上实现N阶线性相位FIR滤波器的基本步骤。答案（1）根据滤波指标设计得到FIR滤波器的单位脉冲响应h(（2）在片内RAM中开辟两个缓冲区：系数缓冲区存放量化后的滤波器系数，输入样本缓冲区配置为循环缓冲区结构，存放最新的N个输入样本；（3）初始化辅助寄存器指向缓冲区首地址，配置循环缓冲区长度寄存器BK，设置循环寻址模式；（4）采用硬件重复指令配合乘累加MAC指令完成卷积运算：每读入一个新样本写入循环缓冲区，逐点完成样本与对应系数的乘累加，得到当前时刻的滤波输出；（5）更新循环缓冲区指针，准备下一个样本的滤波计算。五、综合计算与分析题（共35分）1.（12分）某16位定点TMS320C54xDSP采用补码表示有符号整数，基于Q格式处理小数运算。请完成以下计算：（1）分别计算Q14、Q13格式的量化分辨率、最大正数值、最小负数值；（2）已知两个Q15格式的有符号数x=0.5，y=−0.25，写出x、y对应的16位十六进制补码值；计算z答案（1）Q14格式：分辨率为2−14≈6.1×10−5，最大正数值为2−（2）x=0.5对应的Q15值为0.5×215=16384，十六进制为0x4000；y=−2.（11分）已知TMS320C54x部分寄存器和存储单元初始值如下（每条指令独立执行，执行前状态恢复为初始值）：•AR2=0x0100，AR0=0x0003•数据存储单元：0x0100=0x0002，0x0101=0x0004，0x0102=0x0006，0x0103=0x0008•T寄存器=0x0001，累加器A=0x0000000000（40位格式：保护位:高位字:低位字）•ST1寄存器：SXM=1（符号扩展使能），OVM=0（关闭饱和模式）请分别写出执行以下指令后目标操作数的值（十六进制），并说明指令采用的寻址方式：（1）LD#0x1234,A（2）ADD*AR2+0,A（3）LD*AR2+,T（4）MAC*AR2,A（5）STHA,*AR2答案（1）寻址方式：立即寻址；执行后累加器A=0x0000001234（2分）。（2）寻址方式：AR0步进的间接寻址；执行时访问0x0100单元的值0x0002加到A，A=0x0000000002，执行后AR2自增AR0的值变为0x0103（2分）。（3）寻址方式：自增间接寻址；执行时将0x0100单元的值0x0002加载到T，T=0x0002，执行后AR2自增1变为0x0101（2分）。（4）寻址方式：不变地址间接寻址；执行时将T寄存器的值（0x0001）与0x0100单元的值（0x0002）相乘，结果加到A，A=0x0000000002，AR2保持0x0100不变（3分）。（5）寻址方式：不变地址间接寻址；执行时将累加器A的高16位（0x0000）存入0x0100单元，0x0100单元值变为0x0000（2分）。3.（12分）以下为TMS320C54x上实现FIR滤波器的核心汇编片段，已知滤波器为8阶（共8个抽头系数h0FIR:

LD#FIR_BUF,AR1;AR1指向输入循环缓冲区首地址

STM#8,BK;配置循环缓冲区长度

STM#1,AR0;设置地址步进值为1

RPTZA,#7;重复控制初始化

MAC*AR1+0%,COEF,A;核心乘累加操作

STLA,*AR2;存储滤波输出

RET请回答以下问题：（1）该程序段实现的核心数字信号处理运算是什么？写出对应的数学表达式；（2）程序中设置BK=8的作用是什么？该配置下输入循环缓冲区FIR_BUF的起始地址需要满足什么对齐要求？（3）指令中*AR1+0%属于什么寻址方式？其中“%”符号的作用是什么？（4）RPTZA,#7指令的作用是什么？重复模式下执行8次MAC操作共需要多少个时钟周期（忽略填充流水线的固定开销）？答案：（1）核心运算为8点卷积运算，实现FIR滤波器的时域滤波，数学表达式为：y其中h(i)（2）BK为循环缓冲区长度寄存器，设置BK=8用于定义循环寻址的缓冲区长度为8，地址指针访问到缓冲区末尾时可