DSP軟件編程與算法實(shí)現(xiàn)

1、lDSP應(yīng)用系統(tǒng)的一般開(kāi)發(fā)流程lDSP與MCS51、PC硬件結(jié)構(gòu)對(duì)算法的影響l針對(duì)不同的算法來(lái)選擇DSP與編程語(yǔ)言lDSP常用算法簡(jiǎn)介lDSP算法的仿真lDSP算法的移植與實(shí)現(xiàn)1. 概念分析與建立模型2. 算法設(shè)計(jì)與仿真3. 算法移植與軟件編程4. DSP軟件仿真5. DSP實(shí)時(shí)調(diào)試仿真l累加器ACCl算術(shù)單元邏輯ALUl堆棧指針SPl指令計(jì)數(shù)器PClCache結(jié)構(gòu)lCPU內(nèi)總線lPCI總線橋l流水線結(jié)構(gòu)lPCI總線 l多總線結(jié)構(gòu)l硬件乘法器l流水線結(jié)構(gòu)l內(nèi)部PLLl分組FILE結(jié)構(gòu)lVLIW指令結(jié)構(gòu)lEMIF接口1）硬件上采用了多總線哈佛結(jié)構(gòu)，提高 了數(shù)據(jù)的處理能力與速度。 我們可以利用塊搬

2、移指令在程序與數(shù) 據(jù)空間，兩塊數(shù)據(jù)空間之間實(shí)現(xiàn)快速 的數(shù)據(jù)塊搬移。2）采用了獨(dú)立的硬件乘加器，極大地提高 了數(shù)字信號(hào)處理算法的運(yùn)行速度。 特別在實(shí)現(xiàn)FIR濾波器、相關(guān)器、卷積器 等數(shù)字信號(hào)處理算法時(shí)應(yīng)當(dāng)充分利用這個(gè) 特性。 權(quán)衡現(xiàn)有優(yōu)化算法與算法的DSP優(yōu)化間的利弊 注意現(xiàn)有優(yōu)化算法不一定適合DSP的實(shí)現(xiàn)3）DSP設(shè)有循環(huán)尋址、位反轉(zhuǎn)尋址等特殊指令 循環(huán)尋址在實(shí)現(xiàn)濾波器，多采樣率濾波器 上有很大好處。 位反轉(zhuǎn)尋址加速了FFT算法的實(shí)現(xiàn)。4）內(nèi)部獨(dú)立的DMA總線控制器，通過(guò)DSP器件中 一組或多組獨(dú)立的DMA總線，可以實(shí)現(xiàn)程序執(zhí) 行與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿泄ぷ鳌?）指令執(zhí)行采用流水線結(jié)構(gòu)，具有較高的指令

3、執(zhí) 行速度，我們?cè)谠O(shè)計(jì)算法，特別是程序編寫(xiě)時(shí) 應(yīng)特別注意一方面利用好流水線，另一方面有 效地防止流水線沖突。l匯編語(yǔ)言，線性匯編語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言？l首先的問(wèn)題是您要做什么？l其次是您選擇什么樣的DSP？l然后是您的應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求如何？l最后，您可以權(quán)衡一下采用那一種語(yǔ)言。1） 通用數(shù)字信號(hào)處理算法 FIR濾波器、IIR濾波器、DFT變換、FFT變換。2） 機(jī)電控制算法 電機(jī)伺服、PLC算法3） 通信類(lèi)算法 DTMF收發(fā)、調(diào)制解調(diào)算法、通信信道編解碼4） 信號(hào)處理算法 語(yǔ)音信號(hào)編解碼算法 G.723、G.729、MP3、AAC靜止圖象編解碼算法JPEG、JPEG2000、小波變換壓縮算法視頻

4、編解碼算法MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.263壓縮算法l選擇仿真工具l常用的算法仿真工具 MATLAB、C 對(duì)于通信類(lèi)還可選用 SYSTEMVIEW 高端仿真工具 SPW、COSSAP 在具體編程實(shí)現(xiàn)某個(gè)DSP算法之前，一般首先需要對(duì)其進(jìn)行模擬仿真。MATLAB目前已經(jīng)成為非常優(yōu)秀的仿真工具、現(xiàn)行的版本已經(jīng)包含了許多強(qiáng)大的工具軟件包。被各個(gè)學(xué)科廣泛使用。 單獨(dú)使用MATLAB語(yǔ)言就可以實(shí)現(xiàn)C、FORTRAN等語(yǔ)言的許多功能，并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加簡(jiǎn)潔方便，同時(shí)它也提供同C語(yǔ)言的接口。 MATLAB有其不足之處，如數(shù)值計(jì)算只能按固定精度 進(jìn)行，很難作底層硬件控制，運(yùn)算效率也不如C，等等 因?yàn)?/p>

5、它主要用于數(shù)值計(jì)算，所以對(duì)于仿真、特別是定點(diǎn) DSP的仿真來(lái)說(shuō)、這些缺陷不影響其強(qiáng)大的仿真功能。 在實(shí)現(xiàn)某種DSP算法功能前，一般可以先充分利用MATLAB的編程簡(jiǎn)單、調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)來(lái)求取各種必須的系統(tǒng)參數(shù)，并利用所求得的系統(tǒng)參數(shù)模擬實(shí)現(xiàn)DSP過(guò)程，來(lái)進(jìn)行算法的驗(yàn)證和各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整。等仿真通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)都以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然后再考慮用C語(yǔ)言、或DSP的匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。在DSP的C編譯器出現(xiàn)以前，C語(yǔ)言擔(dān)當(dāng)?shù)闹饕撬惴ǚ抡娴慕巧ＥcMATLAB相比、它沒(méi)有強(qiáng)大的工具軟件包。但它的優(yōu)勢(shì)是可以很快地形成商業(yè)化軟件，另外由于歷史原因，國(guó)際上的各種算法的交流，都是在UNIX平臺(tái)上，用C語(yǔ)言編寫(xiě)。所以C也成為

6、被廣泛使用的仿真工具。在有了C編譯器、特別是CCS開(kāi)發(fā)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)以后C語(yǔ)言直接可在CCS開(kāi)發(fā)平臺(tái)上完成一些系統(tǒng)仿真從商業(yè)化的C，C+到 DSP的移植工作也容易了許多通常要非常注意以下兩個(gè)問(wèn)題 1。內(nèi)存空間的使用問(wèn)題 2。數(shù)據(jù)類(lèi)型與精度控制問(wèn)題 對(duì)于浮點(diǎn)DSP處理器、算法的移植相對(duì)簡(jiǎn)單一些但也要注意數(shù)據(jù)的范圍和精度的控制。對(duì)于定點(diǎn)DSP處理器、就要特別注意定點(diǎn)化工作和防止數(shù)據(jù)溢出的處理。 l在定點(diǎn)DSP中，都是采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，其操作數(shù)一般采用整型數(shù)來(lái)表示。而許多算法的仿真往往是使用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行的。l對(duì)于定點(diǎn)DSP編程來(lái)說(shuō)，數(shù)的定標(biāo)是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題l對(duì)于16位的DSP而言，由程序員來(lái)確定

7、一個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)將處于16位中的哪一位。l我們可以用Q，S法來(lái)表示，不同的表示方法所帶來(lái)的 數(shù)的范圍和精度的l浮點(diǎn)數(shù)（f）轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù)I： I = f 2Ql定點(diǎn)數(shù)（I）轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)f： f = I 2-Q例如： 浮點(diǎn)數(shù) f=0.5 采用 Q=15 的定標(biāo)后，則定點(diǎn)數(shù) I = 0.5 215 = 16384此時(shí)所表示數(shù)的范圍為 1 到 1 所表示數(shù)的精度為 2-15 l1. 在作運(yùn)算時(shí)最重要的就是保證兩個(gè)操作數(shù)的定標(biāo)值一樣l2. 程序變量的Q值的確定，直接影響到系統(tǒng)的性能指標(biāo)，特別對(duì)于中間變量，若Q值定高了，提高了系統(tǒng) 的精度，但可能會(huì)帶來(lái)中間結(jié)果的溢出。若Q值定低了就能保證不溢出，但是損失了精度。 關(guān)鍵就在于用理論分析或統(tǒng)計(jì)的方法估計(jì)出每一中間變量的可能動(dòng)態(tài)范圍MAX，然后以2MAX的數(shù)據(jù)范圍來(lái)定標(biāo)。 lTI 公司的匯編器和鏈接器創(chuàng)建的目標(biāo)文件采用一種稱(chēng)為COFF（Common Object File Format）。公共目標(biāo)文件格式l采用這種格式的目的是為了模塊化編程的方便。通過(guò)這種格式，程序員可以自己進(jìn)行代碼段的管理和目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的管理。l在COFF文件格式中，程序員在編程時(shí)是基于代碼段的概念。l目標(biāo)文件中最小單位稱(chēng)為塊，一個(gè)塊就是存儲(chǔ)器映像中占據(jù)連續(xù)空間空間的一塊代碼或數(shù)據(jù)l目標(biāo)文件中每個(gè)塊都