DSP原理及應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）以高速數(shù)字信號(hào)處理為目標(biāo)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、內(nèi)部具有硬件乘法器、應(yīng)用流水線技術(shù)、具有良好的并行性和專(zhuān)門(mén)用于數(shù)字信號(hào)處理的指令等特點(diǎn)。DSP芯片以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力在通信、電子、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

通用DSP芯片代表性的產(chǎn)品主要有TI公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、Motorola公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列等單片器件，其中占市場(chǎng)份額最大的是美國(guó)德州儀器（TI）公司。TI的定點(diǎn)16位TMS320C54x/54xx系列DSP芯片以其優(yōu)良的性能價(jià)格比得到了廣泛使用。本書(shū)對(duì)TMS320C54x/54xx DSP的原理及應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

全書(shū)共8章，可以分為3個(gè)部分。

第一部分包括第1章～第4章，介紹TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)據(jù)尋址方式以及指令系統(tǒng)。使讀者初步了解芯片的硬件組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其指令系統(tǒng)。

第二部分包括第5章～第7章，介紹DSP應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。第5章詳細(xì)介紹了基于匯編語(yǔ)言和C/C++高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的方法，包括匯編器和鏈接器對(duì)段的處理、常用匯編偽指令、鏈接器命令文件的編寫(xiě)與使用、匯編語(yǔ)言程序編寫(xiě)方法、TMS320C54x C語(yǔ)言編程以及用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。第6章介紹了美國(guó)德州儀器公司推出的CCS（Code Composer Studio）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要內(nèi)容包括CCS系統(tǒng)安裝與設(shè)置、CCS菜單和工具欄、CCS中的編譯器和鏈接器有關(guān)選項(xiàng)設(shè)置，最后通過(guò)具體實(shí)例介紹了CCS的基本操作與使用方法。在第5章介紹匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和第6章CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)上，第7章首先介紹了與程序流程控制有關(guān)的內(nèi)容，然后用具體實(shí)例介紹了匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的方法，以及在CCS環(huán)境下使用Simulator（軟件模擬器）進(jìn)行程序調(diào)試的基本方法，最后介紹了數(shù)字信號(hào)處理中廣泛使用的FIR濾波器、IIR濾波器及FFT算法在定點(diǎn)C54x上的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)例程序。只要使用者安裝了CCS5000系統(tǒng)軟件，在沒(méi)有DSP目標(biāo)板的情況下，可以使用Simulator模擬DSP程序的運(yùn)行。第7章以實(shí)例的方式循序漸進(jìn)地幫助讀者進(jìn)一步熟悉DSP的指令系統(tǒng)、CCS環(huán)境下匯編語(yǔ)言應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。實(shí)例中給出了工作原理、完整的源程序及上機(jī)匯編、鏈接、調(diào)試過(guò)程，初學(xué)者可以按照書(shū)中給出的步驟動(dòng)手操作，進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)練習(xí)。

第三部分包括第8章，介紹了TMS320C54x/54xx系列DSP片內(nèi)外設(shè)及其應(yīng)用，內(nèi)容包括定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器、多通道緩沖串口（McBSP）、主機(jī)并口（HPI）工作原理以及外部總線操作，重點(diǎn)討論了定時(shí)器、多通道緩沖串口（McBSP）工作原理，并給出了具體應(yīng)用實(shí)例。

目前，高校開(kāi)設(shè)這門(mén)課程一般安排40學(xué)時(shí)左右，僅僅靠課堂教學(xué)，學(xué)生是難以掌握的。不少初學(xué)者感到學(xué)習(xí)困難，自己看書(shū)看不懂或看了書(shū)仍不知如何去做題。本書(shū)是一本學(xué)習(xí)DSP的入門(mén)教材，針對(duì)初學(xué)者的學(xué)習(xí)規(guī)律，將問(wèn)題分散，循序漸進(jìn)。同時(shí)，書(shū)中精選了大量實(shí)例，使讀者在實(shí)戰(zhàn)中掌握DSP的應(yīng)用技術(shù)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)不必死記每條指令，只需大概了解有哪幾類(lèi)指令即可，通過(guò)后面章節(jié)的學(xué)習(xí)逐步了解、掌握指令的使用。DSP軟件開(kāi)發(fā)離不開(kāi)開(kāi)發(fā)工具，熟悉CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是進(jìn)行DSP軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)CCS中編譯器、鏈接器的選項(xiàng)設(shè)置時(shí)，開(kāi)始不必追究每一個(gè)選項(xiàng)，首先掌握常用選項(xiàng)設(shè)置，然后再逐步了解、掌握其他選項(xiàng)。深入理解掌握CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)出高效的DSP軟件需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

作者在編寫(xiě)本書(shū)的過(guò)程中得到了南京解放軍理工大學(xué)陸輝教授的大力支持和幫助，此外，劉乾、李少宇、王彬、曹珊珊、曹艷利、楊金娜、張燁、李艷麗、吳愛(ài)國(guó)、陳斌、陳譜等為本書(shū)繪制了部分插圖并完成了部分文字錄入工作，武漢凌特公司和南京恒締公司提供了部分實(shí)驗(yàn)素材，在此一并表示衷心感謝。

本書(shū)中的源代碼可以從中國(guó)水利水電出版社網(wǎng)站下載，網(wǎng)址為：http://www.waterpub.com.cn/ 。

由于作者水平有限，書(shū)中不妥和疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

作者E-mail：Lili@nciae.edu.cn

作者

2004年9月

序
前言
第1章 緒論 1
1.1 數(shù)字信號(hào)處理概述 1
1.1.1 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的構(gòu)成 1
1.1.2 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn) 1
1.1.3 數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn) 2
1.2 數(shù)字信號(hào)處理器概述 3
1.2.1 DSP芯片的種類(lèi) 3
1.2.2 TMS320 DSP系列 3
1.2.3 DSP芯片的主要特點(diǎn) 4
1.2.4 DSP芯片的應(yīng)用 5
思考題 6
第2章 TMS320C54x數(shù)字信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu) 7
2.1 TMS320C54x的特點(diǎn)和硬件組成框圖 7
2.2 TMS320C54x的總線結(jié)構(gòu) 9
2.3 TMS320C54x的存儲(chǔ)器分配 9
2.3.1 存儲(chǔ)器空間 9
2.3.2 程序存儲(chǔ)器 11
2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 12
2.3.4 I/O存儲(chǔ)器 13
2.4 中央處理單元（CPU） 14
2.5 TMS320C54x片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介 20
2.6 硬件復(fù)位操作 21
2.7 TMS320VC5402引腳及說(shuō)明 22
思考題 25
第3章 TMS320C54x的數(shù)據(jù)尋址方式 26
3.1 立即尋址 26
3.2 絕對(duì)尋址 27
3.2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（dmad）尋址 27
3.2.2 程序存儲(chǔ)器（pmad）尋址 27
3.2.3 端口地址（PA）尋址 27
3.2.4 長(zhǎng)立即數(shù)*（lk）尋址 28
3.3 累加器尋址 28
3.4 直接尋址 28
3.5 間接尋址 29
3.5.1 單操作數(shù)尋址 29
3.5.2 雙操作數(shù)尋址 32
3.6 存儲(chǔ)器映象寄存器尋址 33
3.7 堆棧尋址 33
思考題 34
第4章 TMS320C54x匯編指令系統(tǒng) 35
4.1 指令系統(tǒng)中的符號(hào)和縮寫(xiě) 35
4.2 指令系統(tǒng) 37
4.2.1 算術(shù)運(yùn)算指令 38
4.2.2 邏輯運(yùn)算指令 42
4.2.3 程序控制指令 44
4.2.4 加載和存儲(chǔ)指令 47
第5章 TMS320C54x軟件開(kāi)發(fā) 51
5.1 軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程及開(kāi)發(fā)工具 51
5.2 公共目標(biāo)文件格式 53
5.2.1 COFF文件的基本單元——段 53
5.2.2 匯編器對(duì)段的處理 54
5.2.3 鏈接器對(duì)段的處理 58
5.2.4 重新定位 59
5.2.5 程序裝入 60
5.2.6 COFF文件中的符號(hào) 61
5.3 常用匯編偽指令 61
5.4 鏈接器命令文件的編寫(xiě)與使用 64
5.4.1 MEMORY偽指令及其使用 65
5.4.2 SECTIONS偽指令及其使用 65
5.5 匯編語(yǔ)言程序編寫(xiě)方法 68
5.5.1 匯編語(yǔ)言源程序格式 68
5.5.2 匯編語(yǔ)言中的常數(shù)和字符串 69
5.5.3 匯編源程序中的符號(hào) 70
5.5.4 匯編源程序中的表達(dá)式 72
5.6 TMS320C54x C語(yǔ)言編程 74
5.6.1 存儲(chǔ)器模式 74
5.6.2 寄存器規(guī)則 76
5.6.3 函數(shù)調(diào)用規(guī)則 76
5.6.4 中斷處理 76
5.6.5 表達(dá)式分析 77
5.7 用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程 78
5.7.1 獨(dú)立的C模塊和匯編模塊接口 78
5.7.2 從C程序中訪問(wèn)匯編程序變量 80
5.7.3 在C程序中直接嵌入?yún)R編語(yǔ)句 81
思考題 82
第6章 CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 83
6.1 CCS系統(tǒng)安裝與設(shè)置 83
6.1.1 CCS系統(tǒng)安裝 83
6.1.2 為CCS安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 84
6.2 CCS菜單和工具欄 85
6.2.1 菜單 86
6.2.2 工具欄 92
6.3 CCS中的編譯器、匯編器和鏈接器選項(xiàng)設(shè)置 94
6.3.1 編譯器、匯編器選項(xiàng) 94
6.3.2 鏈接器選項(xiàng) 99
6.4 用CCS開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的程序 101
6.5 在CCS中讀取數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的圖形顯示 103
6.5.1 探點(diǎn)的設(shè)置及從PC機(jī)文件中讀取數(shù)據(jù) 104
6.5.2 靜態(tài)圖形顯示 105
6.5.3 動(dòng)態(tài)圖形顯示 106
6.6 代碼執(zhí)行時(shí)間分析（Profiler的使用） 107
6.6.1 函數(shù)執(zhí)行時(shí)間分析 107
6.6.2 某段程序執(zhí)行時(shí)間分析 108
第7章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 109
7.1 程序流程控制 109
7.1.1 程序存儲(chǔ)器地址生成 109
7.1.2 條件操作 110
7.1.3 分支轉(zhuǎn)移 111
7.1.4 調(diào)用與返回 113
7.1.5 重復(fù)操作 114
7.1.6 TMS320C54x中斷系統(tǒng) 116
7.1.7 堆棧的使用 120
7.2 數(shù)據(jù)塊傳送 121
7.3 定點(diǎn)數(shù)的基本算術(shù)運(yùn)算 125
7.3.1 加法、減法和乘法運(yùn)算 125
7.3.2 定點(diǎn)除法運(yùn)算 132
7.4 長(zhǎng)字運(yùn)算和并行運(yùn)算 134
7.4.1 長(zhǎng)字運(yùn)算 134
7.4.2 并行運(yùn)算 137
7.5 FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn) 138
7.5.1 線性緩沖區(qū)法 139
7.5.2 循環(huán)緩沖區(qū)法 140
7.5.3 系數(shù)對(duì)稱FIR濾波器的DSP實(shí)現(xiàn) 146
7.6 IIR數(shù)字濾波器的DSP實(shí)現(xiàn) 149
7.7 FFT運(yùn)算的DSP實(shí)現(xiàn) 154
7.7.1 基二實(shí)數(shù)FFT運(yùn)算的算法 154
7.7.2 FFT運(yùn)算模擬信號(hào)的產(chǎn)生及輸入 157
7.7.3 實(shí)序列FFT匯編源程序及鏈接命令文件 157
7.7.4 觀察信號(hào)時(shí)域波形及其頻譜 163
思考題 164
第8章 TMS320C54x片內(nèi)外設(shè)及應(yīng)用實(shí)例 165
8.1 定時(shí)器 165
8.2 時(shí)鐘發(fā)生器 167
8.2.1 硬件配置PLL 167
8.2.2 軟件可編程PLL 168
8.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器編程舉例 170
8.4 多通道緩沖串口（McBSP） 174
8.4.1 McBSP原理框圖及信號(hào)接口 174
8.4.2 McBSP控制寄存器 176
8.4.3 時(shí)鐘和幀同步 185
8.4.4 McBSP數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送 187
8.4.5 有關(guān)的幾個(gè)概念 187
8.5 多通道緩沖串口應(yīng)用實(shí)例 191
8.5.1 TLV1572高速串行ADC與TMS320C5402接口設(shè)計(jì) 191
8.5.2 TLC5617串行DAC與TMS320C5402接口設(shè)計(jì) 195
8.5.3 語(yǔ)音接口芯片TLC320AD50C與TMS320C5402接口設(shè)計(jì) 200
8.6 主機(jī)接口（HPI） 210
8.6.1 HPI-8接口的結(jié)構(gòu) 210
8.6.2 HPI-8控制寄存器和接口信號(hào) 211
8.6.3 HPI-8接口與主機(jī)的連接框圖 214
8.6.4 HPI的8條數(shù)據(jù)線作通用的I/O引腳 215
8.7 外部總線操作 216
8.7.1 軟件等待狀態(tài)發(fā)生器 216
8.7.2 可編程分區(qū)切換邏輯 217
8.7.3 外部總線接口定時(shí) 219
思考題 223
參考文獻(xiàn) 224

1. DSP原理及應(yīng)用（第二版） [主編 李利]