郭萬有DSP實驗2

1、實驗二實驗?zāi)康模?了解DMA通信基本原理，掌握內(nèi)存與SDRAM間一維DMA通信方式、二維DMA通信方式以及相關(guān)控制方法。學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器設(shè)計方法，掌握其調(diào)試步驟，使學(xué)生加深對IIR的理解，進(jìn)一步提高對數(shù)字信號處理理論的認(rèn)識。實驗任務(wù)：u 實驗1：內(nèi)存與SDRAM間的一維DMA通信實驗u 實驗2：內(nèi)存與SDRAM間的二維DMA通信實驗u 實驗3：無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（IIR）的設(shè)計實驗實驗內(nèi)容：l 實驗1內(nèi)存與SDRAM間的一維DMA通信實驗l 實驗原理DMA是一種不需要處理器內(nèi)核干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，作為一種后臺任務(wù)執(zhí)行，即進(jìn)行DMA傳輸時，處理器可以處理其它任務(wù)。如果使能了DMA中斷，那么當(dāng)數(shù)

2、據(jù)傳輸結(jié)束后會產(chǎn)生中斷信號，表示DMA傳輸已經(jīng)完成。DMA傳輸方式包括：一維DMA、二維DMA、鏈?zhǔn)紻MA、AutoDMA等，本次實驗使用一維DMA方式，即傳輸存儲器中一段連續(xù)的數(shù)據(jù)（地址是相鄰接的）。若要利用DMA傳輸數(shù)據(jù)，首先應(yīng)配置DMA傳輸控制塊（TCB）寄存器。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有方向性，即從發(fā)送端（源）到接受端（目的），若為外部存儲器DMA傳輸，則需要設(shè)置兩個TCB參數(shù)，一個源TCB，用于描述源數(shù)據(jù)的地址、大小和每次傳輸數(shù)據(jù)的長度等；還有一個目的TCB，用于描述數(shù)據(jù)傳入的目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)大小及每次傳輸數(shù)據(jù)的長度等。若要使能DMA中斷，也需要在TCB中設(shè)置相應(yīng)位。若使用鏈路或AutoDM

3、A通道則只需一個目的TCB。設(shè)置好TCB寄存器后，DMA傳輸自動開始。TS201S一共14個DMA通道，4個通道（03）專用于外部存儲器設(shè)備，8個通道（411）用于鏈路口，2個通道（1213）用于自動DMA操作。本次實驗使用DMA0通道實現(xiàn)內(nèi)存與外部存儲器SDRAM間的一維DMA通信。相關(guān)的寄存器：1TCB寄存器TCB寄存器是一個128位的四字組寄存器，由DI、DX、DY和DP寄存器組成：a)DI是DMA索引寄存器，包括了將要發(fā)送或者接收的數(shù)據(jù)的源地址或者目的地址，既可以指向內(nèi)部存儲器又可以指向外部存儲器，也可指向鏈路口b)DX包含了一個16位（高）的計數(shù)值和一個16位的修改量，若使能了二維D

4、MA則該寄存器保存的只是X方向的計數(shù)值和修改量c)DY與DX結(jié)合一起使用，保存了Y方向上的16位計數(shù)值和16位修改量。如果只進(jìn)行一維DMA傳輸，就不需要設(shè)置該寄存器。d)DP寄存器包括了DMA所有控制信息，分為兩個主要段 3122210DMA控制鏈?zhǔn)街羔?amp;鏈標(biāo)記（用于鏈?zhǔn)紻MA）對DP寄存器各位功能說明：位說明位說明014四字地址（TCB指針）2526操作數(shù)據(jù)長度：01=32位，10=64位，11=128位1516鏈指針選擇存儲單元1721鏈目的通道27二維DMA使能22使能鏈?zhǔn)紻MA28DMA請求優(yōu)先級，0=正常優(yōu)先級，1=高優(yōu)先級23DMA請求使能24DMA中斷使能2931指定DM

5、A設(shè)備類型2中斷屏蔽寄存器（IMASK） IMASK是一個64位寄存器，由IMASKH和IMASKL組成，當(dāng)IMASK中某位被設(shè)置成1的時，那么將響應(yīng)這個位所對應(yīng)的中斷。DMA0中斷對應(yīng)在IMASKL中的第14位，所以我們要取消對DMA0中斷的屏蔽，使能DMA0中斷，可以通過如下指令實現(xiàn)：xr0=0x4000; /*0x4000= B 0100 0000 0000 0000 */IMASKL=xr0;xr0=0;IMASKH=0也可以直接使用如下指令實現(xiàn)，原理是一樣的，下面的方法更為直觀一些。xr0=INT_DMA0; /* INT_DMA0在頭文件中的定義的值為0x4000*/IMASKL=

6、xr0;l 實驗步驟:1)啟動VisualDSP+，新建工程命名為”test2_1”,路徑選擇為”D:DSP”，并將源代碼文件夾下默認(rèn)生成的test2_1.c文件移除； 2)新建空白文件（選擇菜單FileàNewàFile），輸入?yún)⒖荚创a，保存為DMA_1.asm，并將其添加到工程中；3）分析、理解源程序，并編譯文件糾錯；4）建立鏈接文件（選擇菜單ToolsàExpert LinkeràCreate LDF）4）編譯整個工程，若出現(xiàn)錯誤“The following symbols referenced in processor 'p0'

7、 could not be resolved: 'main _main' referenced from 'ts_hdr_TS201.doj'”則說明聲明的程序段/數(shù)據(jù)段（變量）所存放到了不能被執(zhí)行的位置，導(dǎo)致該程序段/數(shù)據(jù)段（變量）沒有被分配到相應(yīng)的存儲空間。處理方式：打開生成的LDF鏈接文件，在打開的Expert Linker窗口中將紅叉項下的DMA1.obj添加（用鼠標(biāo)拖拽）到MSSD0存儲區(qū)（由于TS201S將外部存儲器SDRAM地址映射到了0x4000 0000到0x7FFF FFFF之間的四個部分：MSSD03，所以我們將DMA1.obj添加至其中之

8、一即可，由于開發(fā)板上SDRAM是映射在MSSD0，為方便以后實驗，直接添加至MSSD0即可）。5）重新編譯工程，為方便觀察存儲器內(nèi)相應(yīng)地址其內(nèi)容變化，在_Done處設(shè)置斷點，同時打開兩個存儲器觀察窗口（選擇菜單Memory->TigerSHARC Memory）分別輸入tx_data和rx_data。6）運(yùn)行（RUN）工程，程序自動運(yùn)行至_Done后停止，觀察tx_data內(nèi)數(shù)據(jù)值，然后單步運(yùn)行程序（按F11鍵），觀察rx_data內(nèi)數(shù)據(jù)變化。l 實驗結(jié)果：1.未修改時的實驗結(jié)果：2. 修改程序后運(yùn)行的結(jié)果：3. DMA傳輸?shù)膶嶒灲Y(jié)果：l 結(jié)果分析：由實驗結(jié)果圖1可以看出，代碼修改前傳輸

9、了4個字的數(shù)據(jù)；而從實驗結(jié)果圖2可以看出，代碼改為傳輸一個字后，發(fā)送的數(shù)據(jù)只接受收到一個字長度的數(shù)據(jù)；由實驗結(jié)果3可以看出，改為DMA傳輸后，發(fā)送的所有數(shù)據(jù)均接收到了。l 實驗2內(nèi)存與SDRAM間的二維DMA通信實驗l 實驗原理二維DMA將存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)塊作為一個數(shù)據(jù)陣列進(jìn)行傳輸，有利于執(zhí)行矩陣操作的DSP算法。若要進(jìn)行二維DMA傳輸，對DX、DY寄存器都要進(jìn)行設(shè)置，同時在DP寄存器中使能二維DMA（第27位）。DX增量寄存器（DX低16位）保存的是偏移值，此值加上當(dāng)前地址后指向X維的下一數(shù)據(jù)元素（下一內(nèi)循環(huán)首址），DX計數(shù)寄存器（DX高十六位）保存在X維方向（循環(huán)內(nèi)部）需要傳輸?shù)淖謹(jǐn)?shù)，傳輸一

10、次減一，可以指示當(dāng)前行中待傳輸?shù)淖謹(jǐn)?shù)。DY增量寄存器保存的是Y維方向（外循環(huán)）的偏移值，此值加上當(dāng)前地址可以指示Y維方向上下一個數(shù)據(jù)元素（下外循環(huán)的首址）。DY計數(shù)寄存器初始值是Y維的傳輸單元數(shù)（外循環(huán)次數(shù)），每當(dāng)DX計數(shù)器減少至零時，其值才減一。當(dāng)Y計數(shù)寄存器內(nèi)容減為零時，DMA傳輸完成。二維DMA的具體執(zhí)行過程：1 輸出保存在TCB DI寄存器中的當(dāng)前地址，啟動一個DMA存儲器周期；2 在此周期內(nèi)，將TCB DX增量寄存器中的值與當(dāng)前DI寄存器中的當(dāng)前地址相加，產(chǎn)生下一個要訪問的數(shù)據(jù)元素地址，同時更新DI寄存器的值；3 DX計數(shù)器的值減一，然后跳回第二步執(zhí)行，直至DX計數(shù)器值減為零；4 D

11、X計數(shù)器減為零后，DX計數(shù)器被重新加載原來的初始值；5 DY增量寄存器的值加到DI寄存器中的當(dāng)前地址；6 DY計數(shù)寄存器內(nèi)容減一，然后從第二步繼續(xù)開始執(zhí)行，直至DY計數(shù)器減少至零，完成二維DMA傳輸。相關(guān)寄存器說明：TCB寄存器TCB寄存器是一個128位的四字組寄存器，由DI、DX、DY和DP寄存器組成：a) DI是DMA索引寄存器，包括了將要發(fā)送或者接收的數(shù)據(jù)的源地址或者目的地址，既可以指向內(nèi)部存儲器又可以指向外部存儲器，也可指向鏈路口b) DX包含了一個16位（高）的計數(shù)值和一個16位的修改量，若使能了二維DMA則該寄存器保存的只是X方向的計數(shù)值和修改量c) DY與DX結(jié)合一起使用，保存了

12、Y方向上的16位計數(shù)值和16位修改量。如果只進(jìn)行一維DMA傳輸，就不需要設(shè)置該寄存器。d) DP寄存器包括了DMA所有控制信息，分為兩個主要段21310DMA控制鏈?zhǔn)街羔?amp;鏈標(biāo)記（用于鏈?zhǔn)紻MA）22對DP寄存器各位功能說明：位說明位說明014四字地址（TCB指針）2526操作數(shù)據(jù)長度：01=32位，10=64位，11=128位1516鏈指針選擇存儲單元1721鏈目的通道27二維DMA使能22使能鏈?zhǔn)紻MA28DMA請求優(yōu)先級，0=正常優(yōu)先級，1=高優(yōu)先級23DMA請求使能24DMA中斷使能2931指定DMA設(shè)備類型源代碼中寄存器的對應(yīng)關(guān)系：XR0 <> DI Regist

13、er XR1 <> DX Register XR2 <> DY Register XR3 <> DP Register DCS0 <>TRANSMITTE TCB REGISTERSYR0 <> DI Register YR1 <> DX Register YR2 <> DY Register YR3 <> DP Register DCD0<>RECEIVER TCB REGISTERSl 實驗步驟1)啟動VisualDSP+，新建工程命名為”test2_2”,路徑選擇為”D:DSP”，

14、并將源代碼文件夾下默認(rèn)生成的test2_2.c文件移除； 2)新建空白文件（選擇菜單FileàNewàFile），輸入?yún)⒖荚创a，保存為DMA_2.asm，并將其添加到工程中；3）分析、理解源程序，并編譯文件糾錯；4）建立鏈接文件（選擇菜單ToolsàExpert LinkeràCreate LDF）4）編譯整個工程，若出現(xiàn)錯誤“The following symbols referenced in processor 'p0' could not be resolved: 'main _main' referenced

15、from 'ts_hdr_TS201.doj'”處理方法同前一個實驗。5）重新編譯工程，為方便觀察存儲器內(nèi)相應(yīng)地址其內(nèi)容變化，在_Done處設(shè)置斷點，同時打開兩個存儲器觀察窗口（選擇菜單Memory->TigerSHARC Memory）分別輸入tx_data和rx_data。6）運(yùn)行（RUN）工程，程序自動運(yùn)行至_Done后停止，觀察tx_data內(nèi)數(shù)據(jù)值，然后單步運(yùn)行程序（按F11鍵），觀察rx_data內(nèi)數(shù)據(jù)變化。l 實驗結(jié)果:1. 源代碼執(zhí)行后的結(jié)果：2.代碼修改后運(yùn)行的結(jié)果：3.代碼修改為只接收奇數(shù)數(shù)據(jù)后的運(yùn)行結(jié)果：l 結(jié)果分析:從實驗結(jié)果圖1可以看到，接收到了

16、發(fā)送地所有數(shù)據(jù)；從實驗結(jié)果圖2.1可以看出，發(fā)送的數(shù)據(jù)每隔一個字接收，從實驗結(jié)果圖2.2可以看到，接收了數(shù)據(jù)，并且是每隔一個字接收，且這一個字的數(shù)據(jù)丟失了；從實驗結(jié)果圖3可以看出，只接收了奇數(shù)數(shù)據(jù)，并且接收到的數(shù)據(jù)按順序排列。l 實驗3 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（IIR）的設(shè)計實驗l 實驗原理所謂的數(shù)字濾波，指的是輸入、輸出均為數(shù)字信號，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分。數(shù)字濾波可分為無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波和有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波。本次試驗利用VISUAL DSP+ 軟環(huán)境SIMULATOR模擬實現(xiàn)無限脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字信號處理。無限脈沖響應(yīng)(I

17、IR)的系統(tǒng)函數(shù)為： .公式1即如果輸入為X(Z)，輸出為Y(N),則：Y(Z)=X(Z)H(Z)，即.公式2本試驗中利用的公式是對上面的公式2對了相應(yīng)的形式變化，利用中間變量 .公式3那么 .公式4因此，本次試驗設(shè)計了一個4階IIR濾波，其對應(yīng)的公式3和公式4的時域公式如下：wn=xn*scale+wn-1*a1+wn-2*a2+wn-3*a3+wn-4*a4公式5yn=wn+wn-1*b1+wn-2*b2+wn-3*b3+wn-4*b4公式6本次設(shè)計中系數(shù)a4,a3,a2,a1,b4,b3,b2,b1都是用戶自己初始化的時候給定的且均為常數(shù)，其中x(n)是輸入的數(shù)字序列。從公式5和公式6可

18、知，只要我們設(shè)定設(shè)計需要的a4,a3,a2,a1,b4,b3,b2,b1，以及初始化w(n-1), w(n-2), w(n-3), w(n-4)，就可以得到我們所需要的濾波器了。濾波器算法中的變量分配：inputsN： 存放輸入數(shù)據(jù)；coeffs2*SECTIONS：按順序猘2, a4, b2,b4,a1, a3, b1, b3存放濾波器系數(shù)；delaylineSECTIONS：存放w(n-1), w(n-2), w(n-3), w(n-4)初始化值（此處濾波器設(shè)計為因果濾波器，n<0時w(n)全為0）；outputN：存放計算結(jié)果。l 實驗步驟:1)啟動VisualDSP+，新建工程命名為”test2_3”,路徑選擇為”D:DSP”，并將源代碼文件夾下默認(rèn)生成的test2_3.c文件移除； 2)新建空白文件（選擇菜單FileàNewàFile），輸入?yún)⒖荚创a，保存為IIR.asm，并將其添加到工程中；3）分析、理解源程序，并編譯文件糾錯；4）編譯整個工程；5）查看inputs和output的時域圖和頻譜圖： 新建繪圖窗口（選擇菜單 ViewDebug WindowsPlotNew項）在Plot設(shè)置窗口中type設(shè)定為Line Plot