DSP实验报告相关HD8680 通信技术应用讲义正文.docx
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DSP实验报告相关HD8680通信技术应用讲义正文
实验14 定点小数乘法运算
一、实验目的
㈠了解DSP定点运算中小数乘法的处理方法。
㈡掌握汇编源程序的建立、汇编、链接过程，练习使用CCS进行程序调试的方法。
二、实验原理
㈠小数运算
两个16位整数相乘，乘积总是“向左增长”。
这就意味着多次相乘后乘积将会很快超出定点器件的数据范围。
而且要将32位乘积保存到数据存储器，就要开销2个机器周期以及2个字的程序和RAM单元。
更坏的是，由于乘法器都是16位相乘，因此很难在后续的递推运算中，将32位乘积作为乘法器的输人。
然而，小数相乘，乘积总是“向右增长”。
这就意味着超出定点器件数据范围的将是不太感兴趣的部分。
在小数乘法情况下，既可以存储32位乘积，也可以存储高16位乘积，这就允许
用较少的资源保存结果，也可以用于递推运算。
这就是为什么定点DSP芯片都采用小数乘法的原因。
小数的表示方法:
C54x采用2的补码小数，其最高位为符号位，数值范围从-1～+1。
一个16位2的补
码小数（Q15格式）的每一位的权值为：
MSB…LSB
-11/21/41/8…2-16
一个十进制小数乘以32768之后，再将其十进制整数部分转换成十六进制数，就能得到这个十进制小数的2的补码表示了，如图8-4-1所示：
图8-4-1DSP定点运算中小数的表示
在汇编语言程序中，是不能直接写入十进制小数的。
如果要定义一个系数0.707，可以写成：
.word32768*707/1000
而不能写成32768*0.707。
㈡小数乘法
先看一个小数乘法的例子（假设字长4位，累加器8位）：
上述乘积是7位，当将其送到累加器时，为保持乘积的符号，必须进行符号位扩展，这样，累加器中的值为11110100（-0.09375），出现了冗余符号位。
原因是：
即两个带符号数相乘，得到的乘积带有2个符号位，造成错误的结果。
解决冗余符号位的办法是：
在程序中设定状态寄存器ST1中的FRCT（小数方式）位为1，在乘法器将结果传送至累加器时就能自动地左移1位，累加器中的结果为：
Szzzzzz0（Q7格式），即11101000（-0.1875），自动地消去了两个带符号数相乘时产生的冗余符号位。
所以，在小数乘法编程时，应当事先设置FRCT位：
SSBXFRCT
…
MPY*AR2,*AR3,A
STHA,@Z
这样，C54x就完成了Q15*Q15=Q15的小数乘法。
三、实验任务
编制并调试一个计算小数乘法的程序段。
㈠编制程序
题B3-1:
编制一个计算
的程序段,已知其中
a1=0.1a2=0.2a3=-0.3a4=0.4
x1=0.8x2=0.6x3=-0.4x4=-0.2
汇编程序如下：
;***编制计算小数乘法运算的程序段。
其中数据均为小数***
;***a1=0.1a2=0.2a3=-0.3a4=0.4***
;***x1=0.8x2=0.6x3=-0.4x4=-0.2***
.title"chef.asm"
.mmregs
.defstart,_c_int00
.bssx,4
.bssa,4
.bssy,1
.data
table:
.word1*32768/10
.word2*32768/10
.word-3*32768/10
.word4*32768/10
.word8*32768/10
.word6*32768/10
.word-4*32768/10
.word-2*32768/10
.text
_c_int00
bstart
nop
nop
start:
SSBXFRCT
STM#0,SWWSR
STM#x,AR1
RPT#7
MVPDtable,*AR1+
STM#x,AR2
STM#a,AR3
STM#y,AR4
RPTZA,#3
MAC*AR2+,*AR3+,A
STHA,*AR4
done:
Bdone
该程序运行的结果y=0x1EB7=0.24。
㈡建立汇编源程序
点击CCSC5000图标，进入CCS环境。
再点击File→New→SourceFile，打开一个空白文档。
将chef.asm程序逐条输入。
点击File→Save，将出现如图8-4-2的窗口，选择C:
\ti\myprojcets\chenfa子目录,在文件名一栏中输入chef,并选择保存类型为AssemblySourceFiles（*.asm）,按下保存,以上汇编程序被存盘。
图8-4-2保存汇编源程序
㈢建立链接命令文件
点击File→New→SourceFile，打开一个空白文档。
逐条输入链接命令文件:
/*chef.cmd*/
chef.obj
-mchef.map
-ochef.out
MEMORY
{
PAGE0:
ROM:
origin=0080h,length=1000h
ROM:
origin=0060h,length=10h
PAGE1:
OTHER:
origin=0400h,length=40h
}
SECTIONS
{
.text:
{}>ROMPAGE0
.data:
{}>ROMPAGE0
.bss:
{}>OTHERPAGE1
.stack:
{}>OTHERPAGE1
}
图8-4-3
点击File→Save，将出现如图8-4-2的窗口，选择C:
\ti\myprojcets\chenfa子目录,在文件名一栏中输入chef,并选择保存类型为TICommandLanguageFile（*.cmd）,按下保存,以上链接命令程序chef.cmd被存盘。
㈣创建一个新工程
在Project菜单中选择New项，将弹出SaveNewProjectAs窗口。
选择C:
\ti\myprojcets\chenfa目录并打开，在文件名一栏键入chef，此时默认的文件保存类型为.mak。
CCS将创建一个名为chef.mak的工程，此文件保存了工程的设置信息及工程中的文件引用情况。
㈤将有关文件添加到工程中
⑴从Project菜单中选取AddFilestoProject命令，选择文件chef.asm。
双击打开按钮将chef.asm添加到工程中。
⑵点击Project→AddFilestoProject，将chef.cmd添加入工程文件中，此文件的作用是将块（Sections）映射到存储器中。
逐层打开Project各级目录前面的+号,可以看到工程结构如图8-4-3所示。
双击chef.asm打开文件,可以观察和修改chef.asm文件内容。
㈥汇编、编译和连接产生.out文件
点击Project菜单中RebuildAll，将在监视窗口显示汇编、编译和链接的相关信息:
asm500chef.asmchef.obj-s
TMS320C54xCOFFAssemblerVersion3.50
Copyright（c）1996-1999TexasInstrumentsIncorporated
PASS1
PASS2
NoErrors,NoWarnings
lnk500chefa.mak
TMS320C54xCOFFLinkerVersion3.50
Copyright（c）1996-1999TexasInstrumentsIncorporated
BuildComplete,
0Errors,0Warnings.
如果没有错误，则将产生chef.out文件。
㈦加载并运行.out文件
图8-4-4Memory选项窗口
执行菜单命令File→LoadProgram，选择chef.out并打开，将RebuildAll生成的程序加载到DSP中。
CCS将自动打开一个反汇编窗口，显示加载程序的反汇编指令。
运行程序点击Debug→Run。
单步执行程序则点击Debug→StepInto，或单击F8键。
若需要设置断点进行调试，则将光标移至准备设置断点的一行，按下
图标；再点击Debug→Run。
㈧观察运行结果
程序调试到断点处或结束处,我们常常需要观察运行的结果。
CCS提供了观察DSP内存数据空间和程序空间的服务。
由本实验任务.asm源程序和.cmd链接程序,我们可以看出本程序的结果y放置在MEMORY内存data空间0408H单元中。
点击View→Memory，将出现如图8-4-4所示的选项窗口,将Address选择改为0x0400,按下OK,将在汇编窗口显示选定的data空间的内容（y=0x1EB7=0.24）。
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
当结果数据错误时,可检查源程序进行修改。
修改完毕,可重新汇编、链接,再加载运行.out文件,直到结果正确。
四、实验设备
微机主机一台（已安装CCSC5000软件包）
五、思考题
㈠定点DSP中如何处理小数?
㈡如何在.asm文件和.cmd文件中确定某一数据在DSP内存中的位置?
实验15 定点小数除法运算
一、实验目的
㈠了解DSP定点运算中小数除法的处理方法。
㈡进一步掌握汇编源程序的建立、汇编、链接过程，练习使用CCS进行程序调试的方法。
二、实验原理
在一般的DSP中，都没有除法器硬件，那是因为除法器硬件代价很高，所以就没有专门的除法指令。
同样在C54x中也没有一条单周期的16位除法指令。
但是，利用一条条件减法指令（SUBC指令），加上重复指令RPT#15,就可以实现两个无符号数的除法运算。
条件减法指令的功能如下：
SUBCSmem,src；（src）-（Smem）<<15→ALU输出端
；如果ALU输出端≥0，则（ALU输出端）<<1+1→src
；否则（src）<<1→src
三、实验任务
编制并调试一个计算除法的程序段。
除法程序的调试过程请参照上一实验进行，此处仅给出汇编源程序。
除法有两种情况:
㈠|被除数|<|除数|，商为小数
题1：
编写0.4÷（-0.8）的程序段。
;***编制计算除法运算的程序段。
其中|被除数|<|除数|，商为小数***
.title"chuf.asm"
.mmregs
.defstart,_c_int00
.bssnum,1
.bssden,1
.bssquot,1
.data
table.word4*32768/10;0.4
.word-8*32768/10;-0.8
.text
_c_int00
bstart
nop
nop
start:
STM#num,AR1
RPT#1
MVPDtable,*AR1+;传送2个数据至分子、分母单元
STM#den,AR1
LD*AR1-,16,A;将分母移到累加器A（31-16）
MPYA*AR1+;（num）*（A（32-16））->B，获取商的符号
;（在累加器B中）
ABSA;分母取绝对值
STHA,*AR1-;分母绝对值存回原处
LD*AR1+,16,A;分子->A（32-16）
ABSA;分子取绝对值
RPT#14;15次减法循环,完成除法
SUBC*AR1,A
XC1,BLT;如果B〈0（商是负数）则需要变号
NEGA
STLA,*（quot）;保存商
.END
该题的结果应为0xC000=-0.5。
㈡|被除数|≥|除数|，商为整数
题2：
编写16384÷512的程序段。
与上题仅有四处改动:
.word4*32768/10改为.word16384
.word-8*32768/10改为.word512
LD*AR1+,16,A改为LD*AR1+,A
RPT#14改为RPT#15
该题的结果应为0x0020=32。
四、实验设备
微机主机一台（已安装CCSC5000软件包）
五、思考题
㈠定点DSP中如何处理小数除法?
㈡如何在观察运算的结果?
实验16 用Simulator调试FIR数字滤波器
一、实验目的：
㈠了解一个FIR数字滤波器DSP程序的设计、编写和建立的过程。
㈡学习使用simulator调试滤波器程序的方法。
了解使用simulator进行程序调试，如何输入测试信号，观察输出结果。
二、实验原理：
㈠FIR滤波器的结构和数据存储方式
对于一个FIR滤波器，假定其冲激响应为
，输入信号为x（n）,则有以下差分方程:
其对应的滤波器传递函数为：
可以用横截型（又称直接型或卷积型）FIR数字滤波器的结构图表示（图8-6-1）。
图8-6-1横截型FIR滤波器的结构图
由上面的公式和结构图可知,FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。
它不断地从输入端读入样本值x（n），经延时（
），做乘法累加，再输出滤波结果y（n）。
在实际编程中,
的实现方法有两种:
线性缓冲区法和循环缓冲区法。
本实验采用了循环缓冲区法。
循环缓冲区法的主要特点是:
对于N级FIR滤波器，在数据存储区开辟一个称为滑窗的具有N个单元的缓冲区，滑窗中存放最新的N个输入样本值。
每次输入新的样本时，新的样本将改写滑窗中最老的数据，其它数据则不需要移动。
编写程序时利用片内BK（循环缓冲区长度）寄存器对滑窗进行间接寻址，因而循环缓冲区地址是首尾相邻的。
如图8-6-2所示，图中假定N=6。
图8-6-2利用循环缓冲区法实现
假定第一次执行完
后，间接寻址的辅助寄存器ARx指向x（n-5）。
然后，从I/O口输入数据x（n+1），将原来存放x（n-5）的数据存储器单元改写为x（n+1）。
同样，当进行完第二次乘法累加运算
后，ARx最后指向x（n-4）。
这时，再从I/O口输入数据x（n+2），将原来存放x（n-4）的数据存储器单元改写为x（n+2）。
……
利用循环缓冲区法的主要优点是：
不需要移动数据，可将循环缓冲区定位在数据存储器的任何位置（而线性缓冲区则要求必须定位在DARAM中）。
本实验是一个使用CCS的simulator进行滤波器基本程序调试的实验，其输入信号x（n）用.inc文件输入。
㈡FIR数字滤波器的设计
FIR数字滤波器的设计可以采用C、Fortron等高级语言来实现，其编程较为复杂。
我们采用MATLAB中信号处理工具箱的有关指令，可以很方便地求出FIR滤波器系数。
例：
设计一个FIR低通滤波器，通带边界频率为1500Hz，通带波纹小于1dB；阻带边界频率为2000Hz，阻带衰减大于40dB；采样频率为8000Hz。
FIR滤波器的设计可以用MATLAB窗函数法进行，例如选择Hamming窗，其程序为：
b=fir1（16,1500/8000*2）;
FIR数字滤波器系数b为：
b0=1.16797e-018
b1=0.00482584
b2=0.00804504
b3=-0.00885584
b4=-0.0429174
b5=-0.029037
b6=0.0972537
b7=0.283423
b8=0.374525
b9=0.283423
b10=0.0972537
b11=-0.029037
b12=-0.0429174
b13=-0.00885584
b14=0.00804504
b15=0.00482584
b16=1.16797e-018
将上述系数存盘，建立一个数据文件（如fir01.txt）。
㈢建立DSP汇编程序的FIR滤波器系数文件
上述系数必须转换成Q15格式，并放置在DSP汇编程序的.inc文件中，进行FIR滤波器的汇编程序的汇编、链接时，inc文件将被自动地加入到工程中去。
从MATLAB中产生的fir01.txt文件，通过执行转换命令，将自动变换为firdata.inc滤波器系数文件。
转换命令为（在MATLAB下）：
！
firdatfir01.txt
将产生firdata.inc文件。
其内容如下：
N.set17
COFF_FIR:
.sect"COFF_FIR"
.word0
.word158
.word263
.word-290
.word-1406
.word-951
.word3186
.word9287
.word12272
.word9287
.word3186
.word-951
.word-1406
.word-290
.word263
.word158
㈣产生滤波器输入信号的文件
在使用CCS的Simulator进行滤波器特性的测试时，需要输入时间信号x（n）。
以下是一个产生输入信号的C语言程序，这个信号是频率为1000Hz和2500Hz的正弦波合成的波形。
文件名为firinput.c。
#include
#include
voidmain（）
{
inti;
doublef[256];
FILE*fp;
if（（fp=fopen（"firin.inc","wt"））==NULL）
{
printf（"can'topenfile!
\n"）;
return;
}
fprintf（fp,"INPUT:
.sect%cINPUT%c\n",'"','"'）;
for（i=0;i<=255;i++）
{f[i]=sin（2*3.14159*i*1000/8000）+sin（2*3.14159*i*2500/8000）;
fprintf（fp,".word%1d\n",（long）（f[i]*16384/2））;
}
fclose（fp）;
}
该程序将产生名为firin.inc的输入信号程序。
㈤FIR数字滤波器的汇编程序
FIR数字滤波器汇编程序如下：
************一个FIR滤波器源程序fir.asm*****************
.mmregs
.globalstart
.defstart,_c_int00
INDEX.set1
KS.set256
.copy"lpin.inc";x（n）在程序区0x00A6
.copy"lpdata.inc";Bn
.data
OUTPUT.space1024;输出在数据区0x2400
FIR_DP.usect"FIR_VARS",0
D_FIN.usect"FIR_VARS",1
D_FOUT.usect"FIR_VARS",1
COFFTAB.usect"FIR_COFF",N
DATABUF.usect"FIR_BFR",N
BOS.usect"STACK",0Fh
TOS.usect"STACK",1
.text
.asgAR0,INDEX_P
.asgAR4,DATA_P
.asgAR5,COFF_P
.asgAR6,INBUF_P
.asgAR7,OUTBUF_P
_c_int00
bstart
nop
nop
start:
STM#COFFTAB,COFF_P
RPT#N-1
MVPD#COFF_FIR,*COFF_P+
STM#INDEX,INDEX_P
STM#DATABUF,DATA_P
RPTZA,#N-1
STLA,*DATA_P+
STM#（DATABUF+N-1）,DATA_P
STM#COFFTAB,COFF_P
FIR_TASK:
STM#INPUT,INBUF_P
STM#OUTPUT,OUTBUF_P
STM#KS-1,BRC
RPTBDLOOP-1
STM#N,BK
LD*INBUF_P+,A
FIR_FILTER:
STLA,*DATA_P+%
RPTZA,N-1
MAC*DATA_P+0%,*COFF_P+0%,A
STHA,*OUTBUF_P+
LOOP:
EENDBEEND
.end
㈥FIR滤波器链接程序
对应以上汇编程序的链接程序fir.cmd如下：
fir.obj
-mfir.map
-ofir.out
MEMORY
{
PAGE0:
ROM1（RIX）:
ORIGIN=0080H,LENGTH=1000H
PAGE1:
INTRAM1（RW）:
ORIGIN=2400H,LENGTH=0200H
INTRAM2（RW）:
ORIGIN=2600H,LENGTH=0100H
INTRAM3（RW）:
ORIGIN=2700H,LENGTH=0100H
INTRAM4（RW）:
ORIGIN=2800H,LENGTH=0040H
B2B（RW）:
ORIGIN=0070H,LENGTH=10H
图8-6-3Graph选项窗口
}
SECTIONS
{
.text:
{}>ROM1PAGE0
.data:
{}>INTRAM1PAGE1
FIR_COFF:
{}>INTRAM2PAGE1
FIR_BFR:
{}>INTRAM3PAGE1
FIR_VARS:
{}>INTRAM4PAGE1
.stack:
{}>B2BPAGE1
}
三、实验任务：
㈠在CCS上建立fir工程，并运行fir.out程序。
建立fir工程，对汇编程序进行汇编、链接，如有错误则进行修改、调试，当汇编、链接成功后，运行fir.out程序。
㈡观察输入信号的波形及频谱
单击View→Graph→Time/Frequency，按图8-6-3改变各选项。
其中，由.cmd可知输入信号的数据放在程序区0x00a6开始的地址中。
其波形为频率为1000Hz和2500Hz正弦信号的合成信号。
将图8-6-3“DisplayType”项改为“FFTMagnitude”,则将显示输入信号的频谱图。
㈢观察输出信号的波形及频谱
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