DSP实验.docx

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DSP实验

数字信号处理器（DSP）

实验报告

实验课程：

DSP原理及应用

学生姓名：

XXXX

学号：

XXXXXX

专业班级：

物联网二班

目录

前言3

实验一：

CCS入门实验4

实验二：

编制链接控制文件9

实验三：

数据存取实验16

实验四：

定点数除法实验20

前言

“数字信号处理器”课程实验是在学习“数字信号处理器”课程中加强理解基本的DSP的设计的方法、思路和流程而开设的实践性课程。

通过本实验课程的学习，使学生进一步掌握定点运算DSP的基本知识，包括TMS320C54x的基本硬件资源：

总线结构、存储器、中央处理单元、片内外设，以及DSP软件设计的方法和软件工具CCS的使用，同时通过实验接受了DSP开发的基本步骤训练，为以后从事深入的专业开发打下基础。

本课程实验包含四个必修实验。

实验一《CCS入门实验》，可使学生掌握CodeComposerStudio3.X软件的操作环境和基本功能，掌握TMS320C5xxx软件开发过程。

实验二《编制链接控制文件》，可学习到命令文件控制代码的编制，学会建立和改变map文件，以及利用它观察DSP内存使用情况的方法。

实验三《数据存取实验》，可使学生掌握操作TMS320C5xxx内存空间的指令。

实验四《定点数除法实验》，可进一步理解用减法和移位指令实现除法运算。

实验一：

CCS入门实验

1．1实验目的

（1）掌握CodeComposerStudio3.5的安装和配置。

（2）了解DSP开发系统和计算机与目标系统的连接方法。

（3）了解CodeComposerStudio3.0软件的操作环境和基本功能，了解TMS320C5xxx软件开发过程：

●学习创建工程和管理工程的方法。

●了解基本的编译和调试功能。

●学习使用观察窗口。

●了解图形功能的使用。

1.2实验内容

（1）完成CCS软件的配置和启动。

（2）创建工程文件，创建源文件并添加到工程文件中，完成编译。

（3）下载和运行输出文件，描述F10、F9、F8、F5等按键的作用。

（4）使用观察窗口查看str变量和num变量的值

（5）掌握文件输入/输出的功能，在程序行read_signals（int*input）上设置Probe断点，执行File→FileI/O，打开对话框，加载数据sine2.dat到目标机上，并进行关联设置，最后用图形窗口观察inp_buffer的图形。

1.3实验原理

开发TMS320C5xxx应用系统一般需要以下几个调试工具来完成：

（1）软件集成开发环境（CodeComposerStudio2.0）：

完成系统的软件开发，进行软件和硬件仿真调试。

它也是硬件调试的辅助手段。

（2）开发系统（ICETEK5100USB或ICETEK5100PP）：

实现硬件仿真调试时与硬件系统的通信，控制和读取硬件系统的状态和数据。

（3）评估模块（ICETEKVC5416-A或ICETEKVC5416-C等）：

提供软件运行和调试的平台和用户系统开发的参照。

*CodeComposerStudio2.0主要完成系统的软件开发和调试。

它提供一整套的程序编制、维护、编译、调试环境，能将汇编语言和C语言程序编译连接生成COFF（公共目标文件）格式的可执行文件，并能将程序下载到目标DSP上运行调试。

*用户系统的软件部分可以由CodeComposerStudio建立的工程文件进行管理，工程文件一般包含以下几种文件：

●源程序文件：

汇编语言文件或C语言（*.ASM或*.C）

●头文件:

（*.H）

●命令文件：

（*.CMD）

●库文件：

（*.LIB,*.OBJ）

CCS软件安装的操作一般包括几个步骤：

CCS软件的安装、配置和启动，工程文件的创建、编译和调试。

调试手段有很多，要掌握常用按键F10、F8等的基本使用，掌握观察窗口的使用,掌握使用文件输入/输出功能，并利用图形窗口观察其波形。

1.5实验条件

（1）PC一台：

操作系统为Windows2000（或WindowsNT、WindowsXP），Windows的内核如果是NT的，应安装相应的补丁程序（如：

Windows2000为ServicePack3，WindowsXP为ServicePack1）。

（2）DSP实验箱一台，USB连接电缆一条。

1.6实验步骤

1.设置CodeComposerStudio在软件仿真（Simulator）方式下运行

（1）双击桌面上“SetupCCS3（‘C5000’）”，启动“CodeComposerStudioSetup”。

（2）在“ImportConfiguration”对话框中单击“Clear”按钮，在接下来的对话框中选择“是”，清除原先的系统设置；观察窗口“CodeComposerStudioSetup”中左侧“SystemConfiguration”栏中“MySystem”项被清空。

（3）单击“Close”按钮，退出“ImportConfiguration”对话框。

（4）选择“CodeComposerStudioSetup”窗口“File”菜单中“Exit”项退出，并在接下来显示的对话框中选择“是”，保存设置；再选择“否”，不启动CCS。

2.启动CodeComposerStudio3.1

双击桌面上“CCS3（‘C5000’）”，启动CodeComposerStudio3.0；可以看到显示出的C54XCodeComposerStudio窗口。

3.创建工程

（1）创建新的工程文件:

（2）在工程文件中添加程序文件：

（3）编译连接工程：

4.编辑修改工程中的文件

（1）查看工程文件：

（2）查看源文件：

（3）编辑修改源文件：

（4）修改工程文件的设置：

5.基本调试功能

（1）执行File→LoadProgram,在随后打开的对话框中选择刚刚建立的F:

\volume\volume.out文件。

（2）在项目浏览窗口中,双击volume.c激活这个文件,移动光标到main（）行上，右击鼠标选择ToggleBreakpoint或按F9设置断点。

（3）选择Debug→Run或按F5运行程序,程序会自动停在main（）函数头上。

（4）注意：

在执行C语言的程序时，为了快速的运行到主函数调试自己的代码,可以使用Debug→Gomain命令，上述实验中的使用的是较为繁琐的一种方法。

6.使用观察窗口

1．执行View→WatchWindow打开观察窗口。

2．在volume.c中，选中任意一个变量,右击鼠标,选择“QuickWatch”，CCS将打开QuickWatch窗口并显示选中的变量。

3．在volume.c中，选中任意一个变量,右击鼠标,选择“AddtoWatchWindow”，CCS将把变量添加到观察窗口并显示选中的变量值。

4．在观察窗口中双击变量，则弹出修改变量窗口。

此时，可以在这个窗口中改变变量的值。

5．把str变量加到观察窗口中,点击变量左边的“+”,观察窗口可以展开结构变量,并且显示结构变量的每个元素的值。

6．把str变量加到观察窗口中；执行程序进入write_buffer函数，此时num函数超出了作用范围，可以利用CallStack窗口察看在不同作用范围的变量：

●执行View→CallStack打开堆栈窗口。

●双击堆栈窗口的main（）选项，此时可以察看num变量的值。

7.文件输入/输出

介绍如何从PC机上加载数据到目标机上。

可用于使用已知的数据流测试算法的正确性。

在完成下面的操作以前，先介绍CodeComposerStudio的Probe（探针）断点，这种断点允许用户在指定位置提取/注入数据。

Probe断点可以设置在程序的任何位置，当程序运行到Probe断点时，与Probe断点相关的事件将会被触发，当事件结束后，程序会继续执行。

在这一节里，Probe断点触发的事件是：

从PC机的数据文件加载数据到目标系统的缓冲区中

下面我们使用CC的图形功能检验上一节的结果。

（1）执行View→Graph→Time/Frequency打开GraphPropertyDialog窗口。

（2）修改属性为如下值并确定。

●在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“ClearDisplay”。

（3）按F12运行程序，观察input窗口的内容。

1.7实验结果

下面我们使用CC的图形功能检验上一节的结果。

执行View→Graph→Time/Frequency打开GraphPropertyDialog窗口。

按F12运行程序，观察input窗口的内容。

1.8实验心得

  了解了DSP编程软件CSS的操作环境和基本功能和实用，为以后的实验打基础。

1.9实验例程序

1.volume.h

#defineBUF_SIZE0x64

#defineTRUE1

#defineFALSE0

structPARMS{

intBeta;

intEchoPower;

intErrorPower;

intRatio;

structPARMS*Link;

};

2.volume.c

#include"volume.h"

intinp_buffer[BUF_SIZE];/*BUF_SIZE的定义见volume.h*/

intout_buffer[BUF_SIZE];

int*input;

int*output;

intvolume=1;

structPARMSstr={2934,9432,213,9432,&str};

intread_signals（int*input）

{

/*readreferencesignal*/

/*readinputsignal*/

return（TRUE）;

}

intwrite_buffer（int*input,int*output,intcount）

{

while（count--）

{

*output++=（*input++）*volume;

}

return（TRUE）;

}

main（）

{

intnum=BUF_SIZE;

while（TRUE）/*loopforever*/

{

input=&inp_buffer[0];

output=&out_buffer[0];

read_signals（input）;/*readinputsignalsfromPCfile*/

write_buffer（input,output,num）;/*writetooutputbuffer*/

}

}

3.volume.cmd

MEMORY

{

PAGE0:

VECT:

o=80h,l=80h

PRAM:

o=100h,l=1f00h

PAGE1:

DRAM:

o=2000h,l=1000h

}

SECTIONS

{

.text:

{}>PRAMPAGE0

.data:

{}>PRAMPAGE0

.cinit:

{}>PRAMPAGE0

.switch:

{}>PRAMPAGE0

.const:

{}>DRAMPAGE1

.bss:

{}>DRAMPAGE1

.stack:

{}>DRAMPAGE1

.vectors:

{}>VECTPAGE0

}

实验二：

编制链接控制文件

2.1实验目的

（1）学习用汇编语言编制程序；了解汇编语言程序与C语言程序的区别和CCS使用它们在设置上的不同。

（2）学习编制命令文件控制代码的连接。

（3）学会建立和改变map文件，以及利用它观察DSP内存使用情况的方法。

（4）熟悉使用软件仿真方式调试程序。

2.2实验原理

（1）汇编语言程序

汇编语言程序除了程序中必须使用汇编语句之外，其编译选项的设置与C语言编制的程序也稍有不同。

其区别为：

●汇编语言程序在执行时直接从用户指定入口开始，常见的入口标号为“start”，而C语言程序在执行时，先要调用C标准库中的初始化程序（入口标号为“_c_init00”），完成设置之后，才转入用户的主程序main（）运行。

●由于CodeComposerStudio的代码链接器默认支持C语言，在编制汇编语言程序时，需要设置链接参数，选择非自动初始化，注明汇编程序的入口地址。

（2）命令文件的作用

命令文件（文件名后缀为cmd）为链接程序提供程序和数据在具体DSP硬件中的位置分配信息。

通过编制命令文件，我们可以将某些特定的数据或程序按照我们的意图放置在DSP所管理的内存中。

命令文件也为链接程序提供了DSP外扩存储器的描述。

（3）内存映射（map）文件的作用

一般地，我们设计、开发的DSP程序在调试好后，要固化到系统的ROM中。

为了更精确地使用ROM空间，我们就需要知道程序的大小和位置，通过建立目标程序的map文件可以了解DSP代码的确切信息。

当需要更改程序和数据的大小和位置时，就要适当修改cmd文件和源程序，再重新生成map文件来观察结果。

（4）源程序分析

汇编语言源程序UseCMD.asm框图：

2.3实验内容与步骤

1.实验准备

设置软件仿真模式：

（1）启动CC驱动设置窗口：

双击桌面上“SetupCCS2（‘C5000）”图标。

（2）清除原先驱动设置：

单击“Clear”按钮。

（3）安装软件仿真驱动（Simulator）：

单击“C5416DeviceSimulator”驱动名，单击“Import”按钮。

（4）完成设置：

单击“Close”，菜单“File”→“Exit”→“是”。

2.打开工程文件

（1）双击桌面上“CCS2（‘C5000）”，启动CodeComposerStudio2.0。

（2）打开菜单“Project”的“New…”项；在“Project”项中输入UseCMD，在“Location”中选择F:

\UseCMD目录，单击“完成”建立UseCMD.pjt。

（3）新建UseCMD.asm和UseCMD.cmd文件，保存在F:

\UseCMD，并在工程中添加文件UseCMD.asm和UseCMD.cmd。

3.设置工程文件

（1）打开设置窗口：

选择菜单“Project”的“BuildOptions…”项。

（2）选择链接设置：

单击“Linker”属性页。

（3）观察汇编语言程序的特殊设置：

●“AutoinitModel”项设置成“NoAutoinitialization”

●“CodeEntryPoint”项中输入“start”。

（4）退出设置窗口：

单击“确定”按钮。

4.编译源文件，下载可执行程序

（1）单击菜单“Project”、“RebuildAll”。

（2）执行File→LoadProgram,在随后打开的对话框中选择刚刚建立的UseCMD.out文件。

完成后，系统自动打开源程序文件UseCMD.asm。

5.打开观察窗口

（1）开启CPU寄存器观察窗口：

单击菜单“View”→“CPURegisters”→“CPURegisters”。

（2）在内存观察窗口中观察变量的值：

6.观察程序运行结果

此时代表程序运行位置的黄色光标条停在start标号下面语句上，程序开始执行。

（1）单步执行程序（按F10键）2次，可观察到CPU寄存器窗口中DP和ST0的值有变化。

（1）单步运行2次，在变量窗口中观察到变量x、y被赋值。

（2）单步执行到xh标号后面的语句，观察ACC寄存器和变量z值的变化。

7.生成内存映像文件

（1）单击菜单“Project”→“Options…”，启动“BuildOptions”工程设置对话框。

（2）单击“Linker”属性页，在“MapFilename”项中输入需要生成的map文件名，比如可以输入UseCMD.map

（3）单击“确定”，完成设置。

（4）选择菜单“Project”→“RebuildAll”，重新编译工程，生成新设置的map文件。

8.对照观察map文件和cmd文件的内容

（1）选择菜单“File”→“Open…”，将找到F:

\UseCMD目录，将文件类型改为“MemoryMapFiles”，选择刚刚生成的UseCMD.map文件，打开该文件。

（2）展开工程管理窗中的UseCMD.pjt，双击其中的UseCMD.cmd文件。

（3）程序的入口地址：

cmd文件的SECTION中指定.text段放到程序区（PAGE0）的PRAM中，在MEMORY中指定PRAM从内存地址100h开始，长度为1f00h；再看map文件中“ENTRYPOINTSYMBOL”中说明了“start”标号的地址为十六进制0000100，两者相符。

（4）内存的占用情况：

通过观察map文件中的“MEMORYCONFIGURATION”字段可以了解内存的使用情况，可以看到，程序所占用的长度为十六进制b，即11个字长，而数据区因开设了3个变量，所以占用了3个字的地址空间。

9.改变内存分配

●修改cmd文件中的PRAM:

o=100h,l=1f00h

●改为PRAM:

o=200h,l=1e00h

●重新编译工程，观察map文件中有何变化。

2．4实验结果

2.5实验心得

进一步了解了CCS软件的应用，对工程文件的应用更加熟悉，能简单的验证程序的正确性。

2.6实验例程序

1.UseCMD.asm

.globalstart;定义全局标号

.mmregs

.data

.bssx,1;开设全局变量（非初始化段）

.bssy,1;三个变量各为一个字（16位）

.bssz,1

.text

start:

LD#x,DP;因下面诸变量使用直接寻址，装载DP值

ST#1,@x;变量赋初值，x=1

ST#2,@y;y=2

LD@x,A;将x的值装载至累加器

add@y,A;累加器加上y的值

stlA,@z;将累加器结果（32位）的低16位存放到变量z

xh:

bxh;空循环

.end

2.UseCMD.cmd

MEMORY

{

PAGE0:

VECT:

o=80h,l=80h

PRAM:

o=100h,l=1f00h

PAGE1:

DRAM:

o=2000h,l=1000h

}

SECTIONS

{

.text:

{}>PRAMPAGE0

.data:

{}>PRAMPAGE0

.cinit:

{}>PRAMPAGE0

.switch:

{}>PRAMPAGE0

.const:

{}>DRAMPAGE1

.bss:

{}>DRAMPAGE1

.stack:

{}>DRAMPAGE1

.vectors:

{}>VECTPAGE0

}

实验三：

FIR滤波器算法实验

3.1实验目的

（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法

（2）熟悉线性相位FIR数字滤波器特性

（3）了解各种窗函数对滤波器特性的影响

3.2实验原理

（1）FIR的原理和参数生成

●N阶有限冲激响应滤波器：

●FIR设计原理：

根据系数h是偶对称，为了简化运算产生如下计算方法：

如果一个FIR滤波有一个冲激响应，h（0）,h

（1）,…h（N-1），和x（n）描绘输入的时常滤波n，输出滤波y（n）的n给出以下方程：

（2）程序的流程：

3.3实验内容与步骤

1.实验准备

设置软件仿真模式：

（1）启动CC驱动设置窗口：

双击桌面上“SetupCCS2（‘C5000）”图标。

（2）清除原先驱动设置：

单击“Clear”按钮。

（3）安装软件仿真驱动（Simulator）：

单击“C5416DeviceSimulator”驱动名，单击“Import”按钮。

（4）完成设置：

单击“Close”，菜单“File”→“Exit”→“是”。

2.打开工程文件

（1）双击桌面上“CCS2（‘C5000）”，启动CodeComposerStudio2.0。

（2）打开菜单“Project”的“New…”项；在“Project”项中输入FIR，在“Location”中选择F:

\FIR目录，单击“完成”建立FIR.pjt。

（3）新建FIR.asm和FIR.cmd文件，保存在F:

\FIR，并在工程中添加文件FIR.asm和FIR.cmd。

3.设置工程文件

（1）打开设置窗口：

选择菜单“Project”的“BuildOptions…”项。

（2）选择链接设置：

单击“Linker”属性页。

（3）观察汇编语言程序的特殊设置：

●-“AutoinitModel”项设置成“NoAutoinitialization”

（4）退出设置窗口：

单击“确定”按钮。

4.编译源文件，下载可执行程序

（1）单击菜单“Project”、“RebuildAll”。

（2）执行File→LoadProgram,在随后打开的对话框中选择刚刚建立的FIR.out文件。

完成后，系统自动打开源程序文件FIR.asm。

5.打开观察窗口

（1）选择菜单“View”-“Graph”-“Time/Frequency”进行如下设置：

●GraphTitle:

input

●StartAddress:

input

●Page:

Data

●AcquisitionBufferSize:

1

●IndexIncrement:

1

●DisplayDataSize:

200

●DSPDataType:

16-bitsignedinteger

（2）继续选择菜单“View”-“Graph”-“Time/Frequency”进行如下设置：

●GraphTitle:

output

●StartAddress:

output

●Page:

Data

●AcquisitionBufferSize:

1

●IndexIncrement:

1

●DisplayDataSize:

200

●DSPDataType:

16-bitsignedinteger

6.