大作業(yè)哈工程

1、DSP原理與應(yīng)用 學(xué)號： 姓名： 日期：2017年5月23日星期二1. DSP的生產(chǎn)廠商主要有哪些？分別有什么系列？答： 德州儀器公司（最有名的DSP芯片廠商）。TI公司在市場上主要的三個系列產(chǎn)品：（1）面向數(shù)字控制、運動控制的TMS320C2000系列，主要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等；（2）面向低功耗、手持設(shè)備、無線終端應(yīng)用的TMS320C5000系列，主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等；（3）面向高性能、多功能、復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域的TMS32

2、0C6000系列，主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。 美國模擬器件公司。其主要的系列：（1）定點DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181、ADSP-BF532以及Blackfin系列；（2）浮點DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及虎鯊TS101、TS201S。 Motorola公司（發(fā)布較晚）。其主要的系列包括：（1）定點DSP 處理器MC56001；（2）與IEEE浮點格式兼容的的浮點DSP芯片MC9

3、6002；（3）DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等產(chǎn)品。 杰爾公司。主要系列有： 嵌入式DSP內(nèi)核的SC1000和 SC2000系列，主要面向電信基礎(chǔ)設(shè)施、移動通信、 多媒體服務(wù)器及其它新興應(yīng)用。2. 浮點DSP和定點DSP各自有什么特點？答：浮點DSP和定點DSP在宏觀上有很大的特點區(qū)別，包括動態(tài)范圍、速度、價格等等。（1）動態(tài)范圍：定點DSP的字長每增加1bit,動態(tài)范圍擴大6dB。16bit字長的動態(tài)范圍為96dB。程序員必須時刻關(guān)注溢出的發(fā)生。例如，在作圖像處理時，圖像作旋轉(zhuǎn)、移動等，就很容易產(chǎn)生溢出。這時，要么不斷地移位定標(biāo)，要么作截

4、尾。前者要耗費大量的程序空間和執(zhí)行時間，后者則很快帶來圖像質(zhì)量的劣化?？傊?，是使整個系統(tǒng)的性能下降。在處理低信噪比信號的場合，例如進行語音識別、雷達(dá)和聲納信號處理時，也會發(fā)生類似的問題。32bit浮點運算DSP的動態(tài)范圍可以作到1536dB，這不僅大大擴大了動態(tài)范圍，提高了運算精度，還大大節(jié)省了運算時間和存儲空間，因為大大減少了定標(biāo)，移位和溢出檢查。 由于浮點DSP的浮點運算用硬件來實現(xiàn)，可以在單周期內(nèi)完成，因而其處理速度大大高于定點DSP。這一優(yōu)點在實現(xiàn)高精度復(fù)雜算法時尤為突出，為復(fù)雜算法的實時處理提供了保證。 32bit浮點DSP的總線寬度較定點DSP寬得多，因而尋址空間也要大得多。這一方

5、面為大型復(fù)雜算法提供了可能、因為省的DSP目標(biāo)子程序已使用到幾十MB存儲器或更多；另一方面也為高級語言編譯器、DSP操作系統(tǒng)等高級工具軟件的應(yīng)用提供了條件。DSP的進一步發(fā)展，必然是多處理器的應(yīng)用。新型的浮點DSP已開始在通信口的設(shè)置和強化、資源共享等方面有所響應(yīng)。（2） 在硬件和軟件上的區(qū)別在硬件結(jié)構(gòu)上最大的不同之處在于數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)方面。浮點DSP用戶不必知道如何存儲數(shù)據(jù)，而應(yīng)用定點DSP時就需了解數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)格式，必須對數(shù)據(jù)格式作一些轉(zhuǎn)換。浮點DSP處理器具有浮點/整數(shù)乘法器，整數(shù)/浮點算術(shù)邏輯運算單元 ALU，適合存放擴展精度的浮點結(jié)果的寄存器等。主要有浮點DSP編程的特點以及注意事項；

6、定點DSP進行浮點運算時的定標(biāo)，移位，檢測溢出操作。比較兩個浮點數(shù)時，不要使用=來判斷是否相等。即使比較兩個相等的數(shù)，還是可能有微小的舍入差別。3. 針對TI公司的C6000系列，說一下CACHE、EDMA、EMIF的概念和用途。答：EMIF: 外部存儲器接口（EMIF）是TMS、DSP器件上的一種接口,具體可以分為EMIFA和EMIFB。一般來說，EMIF可實現(xiàn)DSP與不同類型存儲器（SRAM、Flash RAM、DDR-RAM等）的連接。一般EMIF與FPGA相連，從而使FPGA平臺充當(dāng)一個協(xié)同處理器、高速數(shù)據(jù)處理器或高速數(shù)據(jù)傳輸接口。設(shè)計接口提供了一個FPGA塊至RAM的無縫連接。在讀/

7、寫、FIFO或存儲器模式中，雙端口塊RAM的一側(cè)被用來實現(xiàn)與DSP的通信。另一側(cè)用于實現(xiàn)與內(nèi)部FPGA邏輯電路或平臺-FPGA嵌入式處理器的通信。EDMA: 增強型直接內(nèi)存存?。‥DMA）是數(shù)字信號處理器(DSP)中用于快速數(shù)據(jù)交換的重要技術(shù)，具有獨立于CPU的后臺批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，能夠滿足實時圖像處理中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。通過靈活控制EDMA不僅能夠提高圖像數(shù)據(jù)的傳輸效率，而且能夠充分發(fā)揮DSP的高速性能。 CACHE：CACHE高速緩沖存儲器一種特殊的存儲器子系統(tǒng)，其中復(fù)制了頻繁使用的數(shù)據(jù)以利于快速訪問。存儲器的高速緩沖存儲器存儲了頻繁訪問的RAM位置的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項的存儲地址。當(dāng)處理

8、器引用存儲器中的某地址時，高速緩沖存儲器便檢查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數(shù)據(jù)返回處理器;如果沒有保存該地址，則進行常規(guī)的存儲器訪問。因為高速緩沖存儲器總是比主RAM存儲器速度快，所以當(dāng)RAM的訪問速度低于微處理器的速度時，常使用高速緩沖存儲器。4. DSP的PCB設(shè)計屬于高速信號設(shè)計，高速信號設(shè)計需要考慮什么問題？答：（1）考慮電源和地的去耦隨著DSP工作頻率的提高，DSP和其他IC元器件趨向小型化、封裝密集化，通常電路設(shè)計時考慮采用多層板，建議電源和地都可以用專門的一層，且對于多種電源，例如DSP的I/O電源電壓和內(nèi)核電源電壓不同，可以用兩個不同的電源層，若考慮多層板的加工費用高，

9、可以把接線較多或者相對關(guān)鍵的電源用專門的一層，其他電源可以和信號線一樣布線，但要注意線的寬度要足夠。無論電路板是否有專門的地層和電源層，都必須在電源和地之間加一定的并且分布合理的電容。為了節(jié)省空間，減少通孔數(shù)，建議多使用貼片電容。可把貼片電容放在PCB板背面即焊接面，貼片電容到通孔用寬線連接并通過通孔與電源、地層相連?？紤]電源分布的布線規(guī)則。分開模擬和數(shù)字電源層。高速高精度模擬元件對數(shù)字信號很敏感。例如，放大器會放大開關(guān)噪聲，使之接近脈沖信號，所以在板上模擬和數(shù)字部分，電源層一般是要求分開的。（2）隔離敏感信號有些敏感信號(如高頻時鐘) 對噪聲干擾特別敏感，對它們要采取高等級隔離措施。高頻時鐘

10、(20MHz以上的時鐘，或翻轉(zhuǎn)時間小于5ns的時鐘)必須有地線護送，時鐘線寬至少10mil，護送地線線寬至少20mil，高頻信號線的保護地線兩端必須由過孔與地層良好接觸，而且每5cm 打過孔與地層連接;時鐘發(fā)送側(cè)必須串接一個22220的阻尼電阻?？杀苊庥蛇@些線帶來的信號噪聲所產(chǎn)生的干擾。（3）硬件抗干擾設(shè)計：硬件抗干擾效率高，在系統(tǒng)復(fù)雜度、成本、體積可容忍的情況下，優(yōu)先選用硬件抗干擾設(shè)計。常用的硬件抗干擾技術(shù)可歸納為以下幾種:硬件濾波：RC 濾波器可以大大削弱各類高頻干擾信號。如可以抑制“毛刺”干擾。合理接地：合理設(shè)計接地系統(tǒng)，對于高速的數(shù)字和模擬電路系統(tǒng)來說，具有一個低阻抗、大面積的接地層是

11、很重要的。地層既可以為高頻電流提供一個低阻抗的返回通路，而且使EMI、RFI變得更小，同時還對外部干擾具有屏蔽作用。PCB 設(shè)計時把模擬地和數(shù)字地分開。屏蔽措施：交流電源、高頻電源、強電設(shè)備、電弧產(chǎn)生的電火花，會產(chǎn)生電磁波，成為電磁干擾的噪聲源，可用金屬殼體把上述器件包圍起來，再接地，這對屏蔽通過電磁感應(yīng)引起的干擾非常有效。光電隔離：光電隔離器可以有效地避免不同電路板間的相互干擾，高速的光電隔離器常用于DSP和其他設(shè)備(如傳感器、開關(guān)等) 的接口。（4）軟件抗干擾設(shè)計軟件抗干擾有硬件抗干擾所無法取代的優(yōu)勢，在DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中還應(yīng)充分挖掘軟件的抗干擾能力，從而將干擾的影響抑制到最小。下面給出幾

12、種有效的軟件抗干擾方法。數(shù)字濾波：模擬輸入信號的噪聲可以通過數(shù)字濾波加以消除。常用的數(shù)字濾波技術(shù)有:中值濾波、算術(shù)平均值濾波等。設(shè)置陷阱：在未用的程序區(qū)內(nèi)設(shè)置一段引導(dǎo)程序，當(dāng)程序受干擾跳到此區(qū)域時，引導(dǎo)程序?qū)娦胁东@到的程序引導(dǎo)到指定的地址，在那里用專門程序?qū)Τ鲥e程序進行處理。指令冗余：在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩三個字節(jié)的空操作指令NOP，可以防止當(dāng)DSP系統(tǒng)受干擾程序跑飛時，將程序自動納入正軌。設(shè)置看門狗定時：如失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。其原理是利用一個定時器，它按設(shè)定周期產(chǎn)生一個脈沖，如果不想產(chǎn)生此脈沖，DSP就應(yīng)在小于設(shè)定周期的時間內(nèi)將定

13、時器清零;但當(dāng)DSP程序跑飛時，就不會按規(guī)定把定時器清零，于是定時器產(chǎn)生的脈沖作為DSP復(fù)位信號，將DSP重新復(fù)位和初始化。（5）電磁兼容性設(shè)計電磁兼容性是指電子設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境中仍可以正常工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來干擾，又能減少電子設(shè)備對其他電子設(shè)備的電磁干擾。在實際的PCB板中相鄰信號間或多或少存在著電磁干擾現(xiàn)象即串?dāng)_。串?dāng)_的大小與回路間的分布電容和分布電感有關(guān)。解決這種信號間的相互電磁干擾可采取以下措施:選擇合理的導(dǎo)線寬度：由于瞬變電流在印制線條上產(chǎn)生的沖擊干擾主要是印制導(dǎo)線的電感成分引起的，而其電感量與印制導(dǎo)線長度成正比，與寬度成反比。所以采用短而寬

14、的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、總線驅(qū)動器的信號線常有大的瞬變電流，其印制導(dǎo)線要盡可能短。對于分立元件電路，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右即可滿足要求;對于集成電路，印制導(dǎo)線寬度在0. 2mm1. 0mm之間選擇。采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)：具體做法是在PCB印制板的一層橫向布線，緊挨著的一層縱向布線。（6）散熱設(shè)計為有利于散熱，印制板最好是自立安裝，板間距應(yīng)大于2cm，同時注意元器件在印制板上的布排規(guī)則。在水平方向，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，從而縮短傳熱途徑;在垂直方向大功率器件盡量靠近印制板上方布置，從而減少其對別的元器件溫度的影響。對溫度較敏感的元器件盡量布放在溫度比較低的區(qū)域，而

15、不能放在發(fā)熱量大的器件的正上方。5. 自己設(shè)定參數(shù)，用C語言編寫一段低通濾波器的程序，并指明，在RF5框架中，此程序如何嵌入其中。答：程序如下：#include <stdio.h>#include <math.h>#define true 1#define false 0#define n 8#define bufsize 100 int in_bufferbufsize; int out_bufferbufsize;static int processing(int *input, int *output);static void dataio(void);stati

16、c long round(long a);void main() int *input = &in_buffer0; int *output = &out_buffer0; puts("the 1st experiment startedn"); while(true) dataio(); processing(input, output); dataio(); static int processing(int *input, int *output) int i,size = bufsize; short xx0,x,y; short zn=0,0,0,

17、0,0,0,0,0; short w2*n+1=101,4356,810,8192,2835,3403,5670,2517,7088,605,5670,193,2835,21,810; long y0,z0; while(size-) xx0=*input+; x=xx0*6; z0=(long)x<<15; y0=0; for(i=0;i<n;i+) z0-=(long)w2*i+1*(long)zi; y0+=(long)w2*i+2*(long)zi; y0+=(long)w0*(z0>>15); y0=round(y0); for(i=n-1;i>0

18、;i-) zi=zi-1; z0=round(z0); z0=(short)(z0>>15); y=(short)(y0>>15); *output+ =y; return(true);static void dataio() return;static long round(long a) long x3; x3=a&(0xffff0000); return x3;6. 利用視頻的FVID驅(qū)動編寫一段視頻驅(qū)動的程序。答：程序如下：/gioAttrs.nPackets = 8;/gioAttrs.timeout = SYS_FOREVER;self->hGioVpfeCcdc = FVID_create （ "/VPFE0", IOM_INOUT）result=FVID_controlfor (i=0; i<LOCAL_PRIMER_FRAME_CNT && status = 0; i+)pspFramePtrNew=LOCAL_allocPspFrame(hBlock);numBytes = self->bytesPerFrame;p = pspFramePtrNew->frameBufferPtr;for(i=0;i< numBytes / sizeof;