DSP大作業(yè)(哈工程)

1、DSP原理與應(yīng)用學(xué)號(hào)：姓名：2017 年 5 月 23 日星期二1. DSP 的生產(chǎn)廠商主要有哪些？分別有什么系列？答：德州儀器公司（最有名的DSP芯片廠商）。公司在市場(chǎng)上主要的三個(gè)系列產(chǎn)品：（ 1 ） 面 向 數(shù) 字 控 制 、 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 TMS320C2000 系 列 ， 主 要 包 括 TMS320C24x/F24x、 TMS320LC240x/LF240x 、 TMS320C24xA/LF240xA 、 TMS320C28xx 等；（ 2）面向低功耗、手持設(shè)備、無線終端應(yīng)用的TMS320C5000 系列，主要包括 TMS320C54x、 TMS320C54xx、 TMS320

2、C55x 等；（ 3）面向高性能、多功能、復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域的TMS320C6000 系列，主要包括TMS320C62xx、 TMS320C64xx、 TMS320C67xx 等。 美國(guó)模擬器件公司。其主要的系列：（1 ） 定 點(diǎn) DSP 芯 片 有 ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164 ADSP2127/2181、ADSP-BF532 以及 Blackfin 系歹心（2）浮點(diǎn) DSP 芯片有 ADSP21000/21020、ADSP21060/21062,以及虎鯊 TS101、 TS201S。 Motorola 公司（發(fā)布較晚）。其

3、主要的系列包括：（ 1）定點(diǎn) DSP 處理器 MC56001；（ 2）與IEEE 浮點(diǎn)格式兼容的的浮點(diǎn)DSP 芯片MC96002；（ 3） DSP53611、 16位 DSP56800、 24 位的 DSP563XX 和 MSC8101 等產(chǎn)品。 杰爾公司。主要系列有：嵌入式DSP內(nèi)核的SC1000和SC2000系歹1，主要面向電信基礎(chǔ)設(shè)施、移動(dòng) 通信、 多媒體服務(wù)器及其它新興應(yīng)用。2. 浮點(diǎn) DSP 和定點(diǎn) DSP 各自有什么特點(diǎn)？答：浮點(diǎn) DSP 和定點(diǎn) DSP 在宏觀上有很大的特點(diǎn)區(qū)別，包括動(dòng)態(tài)范圍、速度、價(jià)格等等。（1）動(dòng)態(tài)范圍：定點(diǎn)DSP的字長(zhǎng)每增加1bit,動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大6dB。16

4、bit字長(zhǎng)的 動(dòng)態(tài)范圍為96dB。程序員必須時(shí)刻關(guān)注溢出的發(fā)生。例如，在作圖像處理時(shí)， 圖像作旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等，就很容易產(chǎn)生溢出。這時(shí)，要么不斷地移位定標(biāo)，要么作截尾。 前者要耗費(fèi)大量的程序空間和執(zhí)行時(shí)間，后者則很快帶來圖像質(zhì)量的劣化?？傊?， 是使整個(gè)系統(tǒng)的性能下降。在處理低信噪比信號(hào)的場(chǎng)合，例如進(jìn)行語音識(shí)別、雷達(dá)和聲納信號(hào)處理時(shí)，也會(huì)發(fā)生類似的問題。32bit浮點(diǎn)運(yùn)算DSP的動(dòng)態(tài)范圍可以作到1536dB,這不僅大大擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍， 提高了運(yùn)算精度，還大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間，因?yàn)榇蟠鬁p少了定標(biāo)，移位和溢出檢查。由于浮點(diǎn)DSP 的浮點(diǎn)運(yùn)算用硬件來實(shí)現(xiàn)，可以在單周期內(nèi)完成，因而其處理速度大大高于

5、定點(diǎn)DSP。 這一優(yōu)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜算法時(shí)尤為突出，為復(fù)雜算法的實(shí)時(shí)處理提供了保證。32bit浮點(diǎn)DSP的總線寬度較定點(diǎn)DSP寬得多，因而尋址空間也要大得多。這一方面為大型復(fù)雜算法提供了可能、因?yàn)槭〉腄SP 目標(biāo)子程序已使用到幾十MB 存儲(chǔ)器或更多；另一方面也為高級(jí)語言編譯器、DSP 操作系統(tǒng)等高級(jí)工具軟件的應(yīng)用提供了條件。DSP的進(jìn)一步發(fā)展，必然是多處理器的應(yīng)用。新型的浮點(diǎn) DSP 已開始在通信口的設(shè)置和強(qiáng)化、資源共享等方面有所響應(yīng)。（ 2） 在硬件和軟件上的區(qū)別在硬件結(jié)構(gòu)上最大的不同之處在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方面。浮點(diǎn)DSP 用戶不必知道如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而應(yīng)用定點(diǎn)DSP 時(shí)就需了解數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)格

6、式，必須對(duì)數(shù)據(jù)格式作一些轉(zhuǎn)換。浮點(diǎn)DSP處理器具有浮點(diǎn)/整數(shù)乘法器，整數(shù)/浮點(diǎn)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU ，適合存放擴(kuò)展精度的浮點(diǎn)結(jié)果的寄存器等。主要有浮點(diǎn)DSP編程的特點(diǎn)以及注意事項(xiàng)；定點(diǎn) DSP進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)的定標(biāo)，移位，檢測(cè)溢出操作。比較兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，不要使用=來判斷是否相等。即使比較兩個(gè)相等的數(shù)，還是可能有微小的舍入差別。3. 針對(duì) TI 公司的 C6000 系列，說一下CACHE、 EDMA、 EMIF 的概念和用途。答：EMIF:外部存儲(chǔ)器接口（ EMIF）是TMS、DSP器件上的一種接口，具體可 以分為EMIFA和EMIFB。一般來說，EMIF可實(shí)現(xiàn) DSP與不同類型存儲(chǔ)器 （SRA

7、M、Flash RAM、DDR-RAM 等）的連接。一般 EMIF 與 FPGA相連，從 而使FPGA平臺(tái)充當(dāng)一個(gè)協(xié)同處理器、高速數(shù)據(jù)處理器或高速數(shù)據(jù)傳輸接口。 設(shè) 計(jì)接口提供了一個(gè)FPGA 塊至 RAM 的無縫連接。在讀/寫、FIFO 或存儲(chǔ)器模式中，雙端口塊RAM 的一側(cè)被用來實(shí)現(xiàn)與DSP 的通信。另一側(cè)用于實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部FPGA邏輯電路或平臺(tái)-FPGA嵌入式處理器的通信。EDMA:增強(qiáng)型直接內(nèi)存存?。‥DMA ）是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）中用于快速數(shù)據(jù)交換的重要技術(shù)，具有獨(dú)立于CPU 的后臺(tái)批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，能夠滿足實(shí)時(shí)圖像處理中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。通過靈活控制EDMA 不僅能夠提高圖像數(shù)

8、據(jù)的傳輸效率，而且能夠充分發(fā)揮DSP 的高速性能。CACHE： CACHE 高速緩沖存儲(chǔ)器一種特殊的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，其中復(fù)制了頻繁使用的數(shù)據(jù)以利于快速訪問。存儲(chǔ)器的高速緩沖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了頻繁訪問的RAM 位置的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)地址。當(dāng)處理器引用存儲(chǔ)器中的某地址時(shí)，高速緩沖存儲(chǔ)器便檢查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數(shù)據(jù)返回處理器;如果沒有保存該地址，則進(jìn)行常規(guī)的存儲(chǔ)器訪問。因?yàn)楦咚倬彌_存儲(chǔ)器總是比主RAM 存儲(chǔ)器速度快，所以當(dāng)RAM 的訪問速度低于微處理器的速度時(shí)，常使用高速緩沖存儲(chǔ)器。4. DSP的PCB設(shè)計(jì)屬于高速信號(hào)設(shè)計(jì)，高速信號(hào)設(shè)計(jì)需要考慮什么問題？ 答：（ 1）考慮電源和地的去

9、耦隨著DSP工作頻率的提高，DSP和其他IC元器件趨向小型化、封裝密集化，通常電路設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用多層板，建議電源和地都可以用專門的一層，且對(duì)于多種電源，例如DSP 的 I/O 電源電壓和內(nèi)核電源電壓不同，可以用兩個(gè)不同的電源層， 若考慮多層板的加工費(fèi)用高，可以把接線較多或者相對(duì)關(guān)鍵的電源用專門的一層，其他電源可以和信號(hào)線一樣布線，但要注意線的寬度要足夠。無論電路板是否有專門的地層和電源層，都必須在電源和地之間加一定的并且分布合理的電容。為了節(jié)省空間，減少通孔數(shù)，建議多使用貼片電容?？砂奄N片電容放在PCB 板背面即焊接面，貼片電容到通孔用寬線連接并通過通孔與電源、地層相連?？紤]電源分布的布線規(guī)則

10、。分開模擬和數(shù)字電源層。高速高精度模擬元件對(duì)數(shù)字信號(hào)很敏感。例如， 放大器會(huì)放大開關(guān)噪聲，使之接近脈沖信號(hào)，所以在板上模擬和數(shù)字部分，電源層一般是要求分開的。（ 2）隔離敏感信號(hào)有些敏感信號(hào)（如高頻時(shí)鐘） 對(duì)噪聲干擾特別敏感，對(duì)它們要采取高等級(jí)隔離措施。高頻時(shí)鐘（20MHz以上的時(shí)鐘，或翻轉(zhuǎn)時(shí)間小于5ns的時(shí)鐘）必須有地線 護(hù)送，時(shí)鐘線寬至少10mil,護(hù)送地線線寬至少20mil,高頻信號(hào)線的保護(hù)地線兩端必須由過孔與地層良好接觸，而且每 5cm 打過孔與地層連接;時(shí)鐘發(fā)送側(cè)必須用接一個(gè)22Q220Q的阻尼電阻?？杀苊庥蛇@些線帶來的信號(hào)噪聲所產(chǎn)生的 干擾。（ 3）硬件抗干擾設(shè)計(jì)：硬件抗干擾效率高

11、，在系統(tǒng)復(fù)雜度、成本、體積可容忍的情況下，優(yōu)先選用硬件抗干擾設(shè)計(jì)。常用的硬件抗干擾技術(shù)可歸納為以下幾種:硬件濾波：RC 濾波器可以大大削弱各類高頻干擾信號(hào)。如可以抑制 “毛刺”干擾。合理接地：合理設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)，對(duì)于高速的數(shù)字和模擬電路系統(tǒng)來說，具有一個(gè)低阻抗、大面積的接地層是很重要的。地層既可以為高頻電流提供一個(gè)低阻抗的返回通路，而且使EMI 、 RFI 變得更小，同時(shí)還對(duì)外部干擾具有屏蔽作用。PCB 設(shè)計(jì)時(shí)把模擬地和數(shù)字地分開。屏蔽措施：交流電源、高頻電源、強(qiáng)電設(shè)備、電弧產(chǎn)生的電火花，會(huì)產(chǎn)生電磁波，成為電磁干擾的噪聲源，可用金屬殼體把上述器件包圍起來，再接地，這對(duì)屏蔽通過電磁感應(yīng)引起的干擾非

12、常有效。光電隔離：光電隔離器可以有效地避免不同電路板間的相互干擾，高速的光電隔離器常用于DSP 和其他設(shè)備（如傳感器、開關(guān)等） 的接口。（ 4）軟件抗干擾設(shè)計(jì)軟件抗干擾有硬件抗干擾所無法取代的優(yōu)勢(shì)，在DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中還應(yīng)充分挖掘軟件的抗干擾能力，從而將干擾的影響抑制到最小。下面給出幾種有效的軟件抗干擾方法。數(shù)字濾波：模擬輸入信號(hào)的噪聲可以通過數(shù)字濾波加以消除。常用的數(shù)字濾波技術(shù)有:中值濾波、算術(shù)平均值濾波等。設(shè)置陷阱：在未用的程序區(qū)內(nèi)設(shè)置一段引導(dǎo)程序，當(dāng)程序受干擾跳到此區(qū)域時(shí)， 引導(dǎo)程序?qū)?qiáng)行捕獲到的程序引導(dǎo)到指定的地址，在那里用專門程序?qū)Τ鲥e(cuò)程序進(jìn)行處理。指令冗余：在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令

13、后插入兩三個(gè)字節(jié)的空操作指令NOP,可以防止當(dāng)DSP系統(tǒng)受干擾程序跑飛時(shí)，將程序自動(dòng)納入正軌。設(shè)置看門狗定時(shí)：如失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離 “死循環(huán)”。 其原理是利用一個(gè)定時(shí)器，它按設(shè)定周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖，如果不想產(chǎn)生此脈沖，DSP 就應(yīng)在小于設(shè)定周期的時(shí)間內(nèi)將定時(shí)器清零;但當(dāng)DSP 程序跑飛時(shí)，就不會(huì)按規(guī)定把定時(shí)器清零，于是定時(shí)器產(chǎn)生的脈沖作為DSP復(fù)位信號(hào)，將DSP 重新復(fù)位和初始化。（ 5）電磁兼容性設(shè)計(jì)電磁兼容性是指電子設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境中仍可以正常工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來干擾，又能減少電子設(shè)備對(duì)其他電子設(shè)備的電磁干擾。

14、在實(shí)際的PCB 板中相鄰信號(hào)間或多或少存在著電磁干擾現(xiàn)象即串?dāng)_。串?dāng)_的大小與回路間的分布電容和分布電感有關(guān)。解決這種信號(hào)間的相互電磁干擾可采取以下措施:選擇合理的導(dǎo)線寬度：由于瞬變電流在印制線條上產(chǎn)生的沖擊干擾主要是印制導(dǎo)線的電感成分引起的，而其電感量與印制導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比，與寬度成反比。所以采用短而寬的導(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線、總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常有大的瞬變電流，其印制導(dǎo)線要盡可能短。對(duì)于分立元件電路，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右即可滿足要求；對(duì)于集成電路，印制導(dǎo)線寬度在0. 2mm1.0mm之間 選擇。采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)：具體做法是在PCB 印制板的一層橫向布線，緊挨著的一層縱向

15、布線。( 6)散熱設(shè)計(jì)為有利于散熱，印制板最好是自立安裝，板間距應(yīng)大于2cm,同時(shí)注意元器件在印制板上的布排規(guī)則。在水平方向，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，從而縮短傳熱途徑;在垂直方向大功率器件盡量靠近印制板上方布置，從而減少其對(duì)別的元器件溫度的影響。對(duì)溫度較敏感的元器件盡量布放在溫度比較低的區(qū)域，而不能放在發(fā)熱量大的器件的正上方。5. 自己設(shè)定參數(shù)，用C 語言編寫一段低通濾波器的程序，并指明，在RF5 框架中，此程序如何嵌入其中。答：程序如下：#include <stdio.h>#include <math.h>#define true 1#define fals

16、e 0#define n 8#define bufsize 100int in_bufferbufsize;int out_bufferbufsize;static int processing(int *input, int *output);static void dataio(void);static long round(long a);void main()int *input = &in_buffer0;int *output = &out_buffer0;puts("the 1st experiment startedn");while(tru

17、e)dataio();processing(input, output);dataio();static int processing(int *input, int *output)int i,size = bufsize;short xx0,x,y;short zn=0,0,0,0,0,0,0,0;shortw2*n+1=101,4356,810,8192,2835,3403,5670,2517,7088,605,5670,193,2835,21,81 0;long y0,z0;while(size-)xx0=*input+;x=xx0*6;z0=(long)x<<15;y0=

18、0;for(i=0;i<n;i+)z0-=(long)w2*i+1*(long)zi;y0+=(long)w2*i+2*(long)zi;y0+=(long)w0*(z0>>15);y0=round(y0);for(i=n-1;i>0;i-)zi=zi-1;z0=round(z0);z0=(short)(z0>>15);y=(short)(y0>>15);*output+ =y;return(true);static void dataio()return;static long round(long a)long x3;x3=a&(0x

19、ffff0000);return x3;6. 利用視頻的FVID 驅(qū)動(dòng)編寫一段視頻驅(qū)動(dòng)的程序。答：程序如下：/gioAttrs.nPackets = 8;/gioAttrs.timeout = SYS_FOREVER;self->hGioVpfeCcdc = FVID_create ("/VPFE0", IOM_INOUT )result=FVID_controlfor (i=0; i<LOCAL_PRIMER_FRAME_CNT && status = 0; i+)pspFramePtrNew=LOCAL_allocPspFrame(hBlock);numBytes = self->bytesPerFrame;p = pspFramePtrNew->frameBufferPtr;for(i=0;i< numBytes