北邮 DSP 实验二.docx

1、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CCS v5的开发环境，掌握调试的要素，并理解FFT的过程。二. 实验环境Code Composer Studio v5，Windows XP，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.

2、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

3、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)GB

4、LCTL寄存器图 GBLCTL寄存器配置EMIFA_GBLCTL_RMK(EMIFA_GBLCTL_EK2RATE_FULLCLK, /1 X EMIF input clockEMIFA_GBLCTL_EK2HZ_CLK, /eclkout2 continue output during holdEMIFA_GBLCTL_EK2EN_ENABLE, /eclkout2 enable outputEMIFA_GBLCTL_BRMODE_MRSTATUS, /bus request is memory access or refresh pending/in progressEMIFA_GBLCT

5、L_NOHOLD_DISABLE,EMIFA_GBLCTL_EK1HZ_CLK, /eclkout1 continue output during holdEMIFA_GBLCTL_EK1EN_ENABLE, /eclkout1 enable outputEMIFA_GBLCTL_CLK4EN_ENABLE, /clkout4 output enableEMIFA_GBLCTL_CLK6EN_ENABLE /clkout6 output enable)2)CECTL0-3寄存器配置图 CECTL寄存器配置0xffffffd3为64BIT SDRAM的配置，32BIT SDRAM的相应配置为0x

6、ffffff33，16BIT SDRAM的相应配置为0xffffff93，8BIT SDRAM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TMS320C6000 DSP External Memory Interface (EMIF)中的“CECTL Register Field Descriptions”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 SDCT

7、L寄存器配置EMIFA_SDCTL_RMK ( EMIFA_SDCTL_SDBSZ_4BANKS, /SDRAM bank size 4 banks EMIFA_SDCTL_SDRSZ_11ROW, /row number = 11 EMIFA_SDCTL_SDCSZ_8COL, /column number = 8 EMIFA_SDCTL_RFEN_ENABLE, /SDRAM refresh enable 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

8、 EMIFA_SDCTL_TRP_OF(2), /TRP = (Trp / Tcyc) - 1,3个 EMIFA_SDCTL_TRC_OF(8), EMIFA_SDCTL_SLFRFR_DISABLE /self refresh mode disable ) 4)SDTIM寄存器图 SDTIM寄存器值EMIFA_SDTIM_RMK(EMIFA_SDTIM_XRFR_DEFAULT, /EXT TIMER defaultEMIFA_SDTIM_PERIOD_OF(2083) /refresh period,clockout1 = 10ns) 5)SDEXT寄存器配置图 SDEXT寄存器配置EMI

9、FA_SDEXT_RMK(EMIFA_SDEXT_WR2RD_OF(0), /cycles between write to read command = 1,subtract 1 is 0EMIFA_SDEXT_WR2DEAC_OF(1), /cycles between write to precharge = 2EMIFA_SDEXT_WR2WR_OF(1), /cycles between write to write = 2EMIFA_SDEXT_R2WDQM_OF(1), /cycles between read to bex = 2EMIFA_SDEXT_RD2WR_OF(0),

10、 /cycles between read to write = 1EMIFA_SDEXT_RD2DEAC_OF(1), /EMIFA_SDEXT_RD2RD_OF(0), /EMIFA_SDEXT_THZP_OF(2), /Troh = 3 cycleEMIFA_SDEXT_TWR_OF(1), /Twr = 1 clock +6 nsEMIFA_SDEXT_TRRD_OF(0), /Trrd = 12nsEMIFA_SDEXT_TRAS_OF(5), /Tras = 42nsEMIFA_SDEXT_TCL_OF(1) /cas latency = 3 clock) 6)CE0SECCE3S

11、EC寄存器配置图 CE0SECCE3SEC寄存器配置 设置同步接口数据读延时，可以设置03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6.1 FFT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)short w2*N：

12、N点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成；2)short x2*N：输入的N点时域信号，其中实部和虚部按顺序排列；3)short y2*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-4 FFT，并将结果存放在y中，其中w为N点FFT旋转因子。6.2 SDRAM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)static EMIFA_Config MyEmifaConfig：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

13、存器的配置,具体配置信息在MyEmifaConfig结构体中；2)#pragma DATA_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)short w2*N：N点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成；2)short x12*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)short x22*N：存储

14、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-4 FFT，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

15、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SD

16、RAM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

17、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

18、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

19、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#define N 64/64点FFT的旋转因子，由tw_fft16x16.exe生成const short w2 * N = 0x0000, 0x7FFF, 0x0C8B, 0x7F61, 0x0000, 0x7FFF, 0x18F8, 0x7D89, 0x0000, 0x7FFF, 0x2527, 0x7A7C,

20、 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, 0

21、x5A82, 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,

22、 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, 0

23、x0000, 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short x2*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

24、,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, -8

25、4, 0, 173, 0, 439, 0, 707, 0, 968, 0, 1214, 0, 1437, 0, 1631, 0, 1788, 0, 1904, 0, 1976, 0 ;short x12*N = 0;short x22*N = 0;/存储FFT之后的结果short y2*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,

26、 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 ;int mN = 0;#include #include #include #include #include #include dsk

27、6416.h#include dsk6416_led.hstatic EMIFA_Config MyEmifaConfig = EMIFA_GBLCTL_RMK ( EMIFA_GBLCTL_EK2RATE_FULLCLK, /1 X EMIF input clock EMIFA_GBLCTL_EK2HZ_CLK, /eclkout2 continue output during hold EMIFA_GBLCTL_EK2EN_ENABLE, /eclkout2 enable output EMIFA_GBLCTL_BRMODE_MRSTATUS, /bus request is memory

28、 access or refresh pending/in progress EMIFA_GBLCTL_NOHOLD_DISABLE, EMIFA_GBLCTL_EK1HZ_CLK, /eclkout1 continue output during hold EMIFA_GBLCTL_EK1EN_ENABLE, /eclkout1 enable output EMIFA_GBLCTL_CLK4EN_ENABLE, /clkout4 output enable EMIFA_GBLCTL_CLK6EN_ENABLE /clkout6 output enable ), 0xffffffd3, /64

29、BIT SDRAM/ 0xffffff33, /32BIT SDRAM/ 0xffffff93, /16bit SDRAM/ 0xffffff83, /8bit SDRAM 0xffffffe3, 0x22a28a22, 0x22a28a22, EMIFA_SDCTL_RMK ( EMIFA_SDCTL_SDBSZ_4BANKS, /SDRAM bank size 4 banks EMIFA_SDCTL_SDRSZ_11ROW, /row number = 11 EMIFA_SDCTL_SDCSZ_8COL, /column number = 8 EMIFA_SDCTL_RFEN_ENABLE

30、, /SDRAM refresh enable /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 /self refresh mode disable ), EMIFA_SDTIM_RMK ( EMIFA_SDTIM_XRFR_DEFAULT, /EXT TIMER default EMIFA_SDTIM_PERIOD_OF(2083) /ref