北邮 DSP 实验二.docx

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北邮DSP实验二

2015-2016学年第二学期

信号与信息处理综合实验（DSP）

实验二

学院：

信息与通信工程学院

班级：

学号：

姓名：

班内序号：

一.实验目的

进一步熟悉CCSv5的开发环境，掌握调试的要素，并理解FFT的过程。

二.实验环境

CodeComposerStudiov5，WindowsXP，DSP开发板

三.实验要求

3.1基本要求

将FFT结果写入SDRAM后，并读取出来。

3.2提高要求

1）有创意的设计；

2）采用改进程序性能的其他方法（如执行效率、内存占用量、灵活性、可移植性等）；

3）功能扩展：

如其他点数的FFT等；

如FFT后再进行IFFT，验证是否与原数据一致等。

四.实验原理

4.1DFT简介

对于N点序列

，它的离散傅里叶变换（DFT）为

通常以符号

表示这一变换，即

4.2FFT简介

1）DFT（离散傅里叶变换）是信号处理中的一种变换，可以将一个时域信号变换到频域。

2）有些信号在时域上是很难看出什么特征的，但是如果变换到频域之后，就很容易看出特征了，而且更容易处理。

3）直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比，当N较大时，计算量太大，直接用DFT算法进行谱分析和信号的实时处理是不切实际的。

4）FFT（快速傅里叶变换）是DFT的快速算法，FFT的发现使得信号实时的谱分析和处理成为了可能。

4.3基2FFT算法

直接计算DFT：

长度为N的有限长序列

的DFT为：

考虑

为复数序列的一般情况，对某一个

值，直接按上式计算

值，需要

次复数乘法以及

次复数加法。

FFT算法是不断地把长序列的DFT分解成几个短序列的DFT，并利用旋转因子的周期性和对称性来减少DFT的运算次数。

在基2快速算法中，频域抽取法FFT是一种常用的快速算法。

设序列

长度为

，将序列

前后对半分为

以及

两组序列，用2个

点DFT来完成一个

点DFT的计算。

令：

根据下图有

即可将一个

点DFT分解为两个

点DFT来计算，反复迭代可降低运算复杂度。

蝶形运算单元：

4.4IDFT原理

离散傅里叶变换的逆变换（IDFT）为：

通常以符号

表示这一变换，即

4.5IFFT原理

利用FFT计算IFFT原理如下：

即：

4.6寄存器及配置

1）GBLCTL寄存器

图GBLCTL寄存器配置

EMIFA_GBLCTL_RMK

（

EMIFA_GBLCTL_EK2RATE_FULLCLK,//1XEMIFinputclock

EMIFA_GBLCTL_EK2HZ_CLK,//eclkout2continueoutputduringhold

EMIFA_GBLCTL_EK2EN_ENABLE,//eclkout2enableoutput

EMIFA_GBLCTL_BRMODE_MRSTATUS,

//busrequestismemoryaccessorrefreshpending/inprogress

EMIFA_GBLCTL_NOHOLD_DISABLE,

EMIFA_GBLCTL_EK1HZ_CLK,//eclkout1continueoutputduringhold

EMIFA_GBLCTL_EK1EN_ENABLE,//eclkout1enableoutput

EMIFA_GBLCTL_CLK4EN_ENABLE,//clkout4outputenable

EMIFA_GBLCTL_CLK6EN_ENABLE//clkout6outputenable

）

2）CECTL0-3寄存器配置

图CECTL寄存器配置

0xffffffd3为64BITSDRAM的配置，32BITSDRAM的相应配置为0xffffff33，16BITSDRAM的相应配置为0xffffff93，8BITSDRAM的相应配置为0xffffff83。

其余位为对CE空间对外设的读写建立时间、选通和保持时间参数等等的配置，可以参照TMS320C6000DSPExternalMemoryInterface（EMIF）中的“CECTLRegisterFieldDescriptions”来确定各个位置的值。

//CECTL0配置

0xffffffd3,

//CECTL1配置

0xffffffe3,

//CECTL2配置

0x22a28a22,

//CECTL3配置

0x22a28a22,

3）SDCTL寄存器配置

图SDCTL寄存器配置

EMIFA_SDCTL_RMK

（

EMIFA_SDCTL_SDBSZ_4BANKS,//SDRAMbanksize4banks

EMIFA_SDCTL_SDRSZ_11ROW,//rownumber=11

EMIFA_SDCTL_SDCSZ_8COL,//columnnumber=8

EMIFA_SDCTL_RFEN_ENABLE,//SDRAMrefreshenable

EMIFA_SDCTL_INIT_YES,//SDRAM配置完每个CE空间后，初始化

EMIFA_SDCTL_TRCD_OF

（2）,//TRCD=（Trcd/Tcyc）-1

EMIFA_SDCTL_TRP_OF

（2）,//TRP=（Trp/Tcyc）-1,3个

EMIFA_SDCTL_TRC_OF（8）,

EMIFA_SDCTL_SLFRFR_DISABLE//selfrefreshmodedisable

）

4）SDTIM寄存器

图SDTIM寄存器值

EMIFA_SDTIM_RMK

（

EMIFA_SDTIM_XRFR_DEFAULT,//EXTTIMERdefault

EMIFA_SDTIM_PERIOD_OF（2083）//refreshperiod,clockout1=10ns

）

5）SDEXT寄存器配置

图SDEXT寄存器配置

EMIFA_SDEXT_RMK

（

EMIFA_SDEXT_WR2RD_OF（0）,//cyclesbetweenwritetoreadcommand=1,subtract1is0

EMIFA_SDEXT_WR2DEAC_OF

（1）,//cyclesbetweenwritetoprecharge=2

EMIFA_SDEXT_WR2WR_OF

（1）,//cyclesbetweenwritetowrite=2

EMIFA_SDEXT_R2WDQM_OF

（1）,//cyclesbetweenreadtobex=2

EMIFA_SDEXT_RD2WR_OF（0）,//cyclesbetweenreadtowrite=1

EMIFA_SDEXT_RD2DEAC_OF

（1）,//

EMIFA_SDEXT_RD2RD_OF（0）,//

EMIFA_SDEXT_THZP_OF

（2）,//Troh=3cycle

EMIFA_SDEXT_TWR_OF

（1）,//Twr=1clock+6ns

EMIFA_SDEXT_TRRD_OF（0）,//Trrd=12ns

EMIFA_SDEXT_TRAS_OF（5）,//Tras=42ns

EMIFA_SDEXT_TCL_OF

（1）//caslatency=3clock

）

6）CE0SEC~CE3SEC寄存器配置

图CE0SEC~CE3SEC寄存器配置

设置同步接口数据读延时，可以设置0~3个时钟周期的延时。

0x00000002,

0x00000002,

0x00000002,

0x00000002

五.功能描述

1）对时域信号进行64点的FFT，绘图观测频域结果；

2）对频域信号进行64点的IFFT并查看结果；

3）进行FFT之前先把时域信号写入SDRAM，之后再从SDRAM中读出，并将IFFT的结果与之进行比较，根据对错情况点亮LED；

4）使用软件流水技术对代码进行优化。

六.程序模块描述

6.1FFT模块

对时域信号进行64点的FFT，其中参数以及关键函数说明如下：

1）shortw[2*N]：

N点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成；

2）shortx[2*N]：

输入的N点时域信号，其中实部和虚部按顺序排列；

3）shorty[2*N]：

用来存储FFT计算之后的结果；

4）DSP_fft（w,N,x,y）：

对输入信号x进行N点Radix-4FFT，并将结果存放在y中，其中w为N点FFT旋转因子。

6.2SDRAM模块

使用SDRAM写入以及读取数据，其中参数、关键函数以及文件说明如下：

1）staticEMIFA_ConfigMyEmifaConfig：

在csl_emifa.h中声明一个结构体EMIFA_Config，用来配置EMIFA，实现对EMIFA总线的12个接口寄存器的配置,具体配置信息在MyEmifaConfig结构体中；

2）#pragmaDATA_SECTION（sdram_data,".off_ram"）：

数据段定义，定义要写入的数据位置，需要在CMD文件中建立对应的section；

3）C641x_SDRAM.cmd：

描述物理寄存器的管理，分配和使用情况，用于DSP代码的定位。

6.3IFFT模块

对频域信号进行64点的IFFT，其中参数以及关键函数说明如下：

1）shortw[2*N]：

N点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成；

2）shortx1[2*N]：

存储输入的N点时域信号，其中实部和虚部按顺序排列；

3）shortx2[2*N]：

存储IFFT计算之后的结果；

4）DSP_fft（w,N,x,y）：

对输入信号x进行N点Radix-4FFT，并将结果存放在y中，其中w为N点FFT旋转因子（在本程序中我们使用FFT函数实现IFFT）。

七.程序流程图

八.各种功能的测试记录、结果及说明

8.1功能分析

本实验所设计的功能都顺利实现：

1）对时域信号进行64点的FFT，绘图观测频域结果；

2）对频域信号进行64点的IFFT并查看结果；

3）进行FFT之前先把时域信号写入SDRAM，之后再从SDRAM中读出，并将IFFT的结果与之进行比较，根据对错情况点亮LED；

4）使用软件流水技术对代码进行优化。

8.2截图分析

1）FFT部分

FFT的结果储存在y序列中（64个点按实部虚部的顺序依次存储），通过View->Variable，可以查看y序列的值，如下图所示：

为了更形象地表示出FFT的结果，我们使用绘图工具绘制FFT的输出结果即m序列（m序列为64点FFT的复数结果）如下图所示，可以看出FFT的输出图像在

点处出现峰值。

2）IFFT部分

FFT的结果储存在x2序列中（64个点按实部虚部的顺序依次存储），通过View->Variable，可以查看x2序列的值，如下图所示：

3）SDRAM读写部分

将初始序列x从SDRAM中读出并赋值给x1序列，如下图所示：

将IFFT的结果x2序列与进行FFT之前的x1序列进行比较，控制台输出信息表明SDRAM的读写以及FFT、IFFT是正确的，如下图所示：

在板子上观测到0，1，2的LED灯被点亮，说明结果正确，如下图所示：

改变x2序列并再次x1序列进行比较，此时在板子上观测到只有0的LED灯被点亮，如下图所示：

4）优化部分

在优化前，运行程序所需时间为177219576个时钟周期，进行流水线优化之后，运行程序所需时间为72377859个时钟周期，如下图所示：

九.调试过程中的主要问题及难点

这次实验在操作部分比较简单，没有遇到太大的问题，因此只花了一节课的时间就顺利完成实验，所遇到的问题主要是一些理论性的问题，如下：

1）FFT结果图为什么会在这些位置出现峰值，它满足奈奎斯特抽样定律吗？

答：

输入信号为

与下式比较

得到

因此输出图像在

以及

处有峰值，又因为以

进行周期延拓，所以在

以及

处有峰值，满足奈奎斯特抽样定律。

2）旋转因子是怎么计算得到的？

答：

旋转因子为FFT公式

中的矩阵

，具体的形式如下：

十.心得体会

本次实验操作难度不是很大，有了第一次实验的经验，我们对CC5开发环境已经比较熟悉了，所以，我们在教师资源中给出的例程的基础上，逐步按照实验指导书来操作，就很容易地完成基本的实验要求。

但在实现IFFT以及整合代码的过程中，由于对相关的理论知识掌握不牢固、对开发板理解不足等原因，我们遇到了一些阻碍。

在重新认真复习DSP课本之后，我们进一步加深了对FFT和IFFT算法的理解，查找资料并反复对代码进行修改和完善，最终顺利实现了IFFT功能。

另外还有一些问题，是我们在与周围同学一起讨论之后商量出解决办法的。

比如，在查看变量的过程中，我们发现按照实验指导书中步骤给出的View->Variables步骤，并不能查看所有变量，后来发现通过Expressions窗口可以添加并观察所有变量结果。

这个过程让我们对FFT、IFFT原理以及SDRAM读写操作等知识有了系统的了解和掌握，因为花费了较长时间，因此收获比仅完成基本实验要求要大得多。

在验收过程中，助教学长提问我的问题比较简单，提问同组另一个同学的问题则有一些难度，而他完美回答了学长提出的问题，并得到了学长的表扬和赞许，让我意识到自己需要再加强理论知识的理解和学习。

通过这次实验，我把以前学过的理论知识又复习了一遍，同时初步学会将它应用于实践，但这是远远不够的，我仍需要在接下来的实验以认真的态度对待，以便能在今后所剩不多的实验里学到更多东西。

十一.程序源代码

#include"dsp_fft.h"

#include"math.h"

#defineN64

//64点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成

constshortw[2*N]=

{

0x0000,0x7FFF,0x0C8B,0x7F61,0x0000,0x7FFF,0x18F8,0x7D89,

0x0000,0x7FFF,0x2527,0x7A7C,0x18F8,0x7D89,0x2527,0x7A7C,

0x30FB,0x7641,0x471C,0x6A6D,0x471C,0x6A6D,0x62F1,0x5133,

0x30FB,0x7641,0x3C56,0x70E2,0x5A82,0x5A82,0x6A6D,0x471C,

0x7641,0x30FB,0x7F61,0x0C8B,0x471C,0x6A6D,0x5133,0x62F1,

0x7641,0x30FB,0x7D89,0x18F8,0x7D89,-0x18F8,0x70E2,-0x3C56,

0x5A82,0x5A82,0x62F1,0x5133,0x7FFF,0x0000,0x7D89,-0x18F8,

0x5A82,-0x5A82,0x3C56,-0x70E2,0x6A6D,0x471C,0x70E2,0x3C56,

0x7641,-0x30FB,0x6A6D,-0x471C,0x18F8,-0x7D89,-0x0C8B,-0x7F61,

0x7641,0x30FB,0x7A7C,0x2527,0x5A82,-0x5A82,0x471C,-0x6A6D,

-0x30FB,-0x7641,-0x5133,-0x62F1,0x7D89,0x18F8,0x7F61,0x0C8B,

0x30FB,-0x7641,0x18F8,-0x7D89,-0x6A6D,-0x471C,-0x7A7C,-0x2527,

0x0000,0x7FFF,0x30FB,0x7641,0x0000,0x7FFF,0x5A82,0x5A82,

0x0000,0x7FFF,0x7641,0x30FB,0x5A82,0x5A82,0x7641,0x30FB,

0x7FFF,0x0000,0x5A82,-0x5A82,0x5A82,-0x5A82,-0x30FB,-0x7641,

0x0000,0x0000,0x0000,0x7FFF,0x0000,0x7FFF,0x0000,0x7FFF

};

//输入时域信号，i=[0:

63],x=1000*cos（i*pi/32）+1000*cos（i*pi/16）

//实部虚部顺序排列

shortx[2*N]=

{

2000,0,1975,0,1904,0,1788,0,1631,0,1437,0,1214,0,968,0,707,0,439,0,173,0,

-84,0,-324,0,-541,0,-729,0,-883,0,-1000,0,-1079,0,-1119,0,-1122,0,-1090,0,-1027,0,

-938,0,-829,0,-707,0,-578,0,-449,0,-326,0,-217,0,-125,0,-57,0,-14,0,0,0,

-14,0,-57,0,-125,0,-217,0,-326,0,-449,0,-578,0,-707,0,-829,0,-938,0,-1027,0,

-1090,0,-1122,0,-1119,0,-1079,0,-1000,0,-883,0,-729,0,-541,0,-324,0,-84,0,

173,0,439,0,707,0,968,0,1214,0,1437,0,1631,0,1788,0,1904,0,1976,0

};

shortx1[2*N]={0};

shortx2[2*N]={0};

//存储FFT之后的结果

shorty[2*N]=

{

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

};

intm[N]={0};

#include

#include

#include

#include

#include

#include"dsk6416.h"

#include"dsk6416_led.h"

staticEMIFA_ConfigMyEmifaConfig=

{

EMIFA_GBLCTL_RMK

（

EMIFA_GBLCTL_EK2RATE_FULLCLK,//1XEMIFinputclock

EMIFA_GBLCTL_EK2HZ_CLK,//eclkout2continueoutputduringhold

EMIFA_GBLCTL_EK2EN_ENABLE,//eclkout2enableoutput

EMIFA_GBLCTL_BRMODE_MRSTATUS,//busrequestismemoryaccessorrefreshpending/inprogress

EMIFA_GBLCTL_NOHOLD_DISABLE,

EMIFA_GBLCTL_EK1HZ_CLK,//eclkout1continueoutputduringhold

EMIFA_GBLCTL_EK1EN_ENABLE,//eclkout1enableoutput

EMIFA_GBLCTL_CLK4EN_ENABLE,//clkout4outputenable

EMIFA_GBLCTL_CLK6EN_ENABLE//clkout6outputenable

）,

0xffffffd3,//64BITSDRAM

//0xffffff33,//32BITSDRAM

//0xffffff93,//16bitSDRAM

//0xffffff83,//8bitSDRAM

0xffffffe3,

0x22a28a22,

0x22a28a22,

EMIFA_SDCTL_RMK

（

EMIFA_SDCTL_SDBSZ_4BANKS,//SDRAMbanksize4banks

EMIFA_SDCTL_SDRSZ_11ROW,//rownumber=11

EMIFA_SDCTL_SDCSZ_8COL,//columnnumber=8

EMIFA_SDCTL_RFEN_ENABLE,//SDRAMrefreshenable

//EMIFA_SDCTL_INIT_NO,//SDRAM配置完每个CE空间后，不初始化

EMIFA_SDCTL_INIT_YES,//SDRAM配置完每个CE空间后，初始化

EMIFA_SDCTL_TRCD_OF

（2）,//TRCD=（Trcd/Tcyc）-1

EMIFA_SDCTL_TRP_OF

（2）,//TRP=（Trp/Tcyc）-1,3个

EMIFA_SDCTL_TRC_OF（8）,

EMIFA_SDCTL_SLFRFR_DISABLE//selfrefreshmodedisable

）,

EMIFA_SDTIM_RMK

（

EMIFA_SDTIM_XRFR_DEFAULT,//EXTTIMERdefault

EMIFA_SDTIM_PERIOD_OF（2083）//ref