M序列的產(chǎn)生和性能分析

#外文資料譯文第29章開啟DSP設(shè)計(jì)之路一旦你覺得數(shù)字信號處理能滿足你的應(yīng)用要求，你需要一個(gè)開始進(jìn)行的方式。許多制造商會(huì)賣給你一個(gè)廉價(jià)的工具包，讓你直接體驗(yàn)他們的產(chǎn)品。這些是偉大的教育工具，而不管你是新手還是提高者，這是熟悉DSP細(xì)節(jié)的最好的方法。例如，AnalogDevice公司提供了EZ－KITLIT讓未來的客戶了解數(shù)字信號處理的SHARC系列。僅僅179美元，你就能得到所有DSP所需的硬件和軟件。這包括軟件包的那些“罐裝”的程序，也包括你可以自己用匯編或者C語言編寫的應(yīng)用程序，假設(shè)你在AnalogDevice公司買了這些工具包的一種并用了幾天的話。本章是你所希望找到和學(xué)習(xí)的知識(shí)的一個(gè)總括。ADSP－2106x系列上一章我們了解了數(shù)字信號處理的ADSP－2106x“SHARC”系列大體的操作過程。表29－1顯示了這一系列的不同成員。所有這些設(shè)計(jì)都有相同的體系結(jié)構(gòu)，但是集成存儲(chǔ)器的區(qū)域是不同的，這是決定使用哪一片存儲(chǔ)器的關(guān)鍵因素。內(nèi)存通道是DSP系統(tǒng)共同的一個(gè)瓶頸。SHARCDSPs忙于向集成存儲(chǔ)器提供足夠的雙重SRAM接口。然而，你想做的最后一件事就是買一個(gè)你實(shí)際并不需要那么大的內(nèi)存。DSPs經(jīng)常用于敏感的產(chǎn)品，如蜂窩電話，CD播放器等。換句話說，這個(gè)家族的機(jī)構(gòu)取決于市場和技術(shù)。這個(gè)家族最早的產(chǎn)品是ADSP－21020。這種芯片包括體系結(jié)構(gòu)的核心，但是不包括集成的存儲(chǔ)器和I/O接口。這就意味著它單機(jī)狀態(tài)下不能運(yùn)行。它需要有擴(kuò)展的操作系統(tǒng)部分。其它的產(chǎn)品單片都是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)。它們的運(yùn)行僅僅需要開啟電源，把程序裝入內(nèi)存，就像一個(gè)擴(kuò)展的PROM或者數(shù)據(jù)連接。注意在表29－1中即使抵擋的產(chǎn)品也有一個(gè)相當(dāng)大的內(nèi)存。例如，ADSP－21065L有544kbit的內(nèi)部SRAM。這就足夠存儲(chǔ)一個(gè)6到8秒的數(shù)字語音文件（每秒8k字節(jié)，每字節(jié)有8bit）。對于高檔的產(chǎn)品，如ADSP—21060有4兆的內(nèi)存。這對于存儲(chǔ)一整張數(shù)字圖像綽綽有余（512x512象素，每象素8bit）。如果你要求更大的內(nèi)存，你可以方便的在任意產(chǎn)品上擴(kuò)展存儲(chǔ)器。PRODUCTXlejiion7KatesAD14^04MlJjrk4Qiiad-SHARC.F=iirADSP-21:=t加gamemodule:prc^desincredible—￡01FL-OPSinc-ii：y"”0.^".ADSP-21160M斗MbitNew!Feacnie=iSingleIn^tnictionMultipleDaca(SINID)corearchitectiii-e;opdisrizedfornmlciprocessing\iitblinkports；.64bitexteruHlbuSpand14chaonehofDMAADSP-21060斗MbitF^jwerbou&&oftlie沁lily;rsiostrneinon.'；linkportsforhighspeeddn怡transferandmulti-processingADSP-2101522MbitSaruefeaTiues陰dimADSP-21D6D.Wt\iitli1?^iBTenialmenion'(forleaver"TtADSP-210611MbitLowcostversioiitl經(jīng)dinclueEZ-KITLite;lessmesnory&nolioiiports;uaddidoualfeitmecjnf)MAforthesenaljoitADSP-21065L544kbit%rec亡ntadditiontotbefamily:fastamiverylawcosi{SIO^.WillattractmanyfixedpcintapplicatioiistotbeSHARCfamilyADSP-21020-0-OldestmemberofdiefaLnilv.CoutaiiL^thecoreprocessorbucmoon-<fiipm亡ihotvorIOioterface.NotquiteaSHARCD5PTABLE29-：hleirbei-c:tieSHARCfaniLh-.補(bǔ)充說明一下存儲(chǔ)器，這個(gè)家族的成員中I/O部件是存在差異的。ADSP-21060和ADSP-21062（高端）都有六個(gè)端口。多線程系統(tǒng)的綜合DSPs都有4bit寬的并行總線，其它應(yīng)用要求有復(fù)雜的高速I/O接口。ADSP-21061和ADSP-21065L（低端）沒有連接口，但是在連續(xù)的端口操作中提供了更多的直接存儲(chǔ)通道。你將看到這些系列成員名稱后綴中都有“L”或“M”，如“ADSP—21060L”。這表明了這些產(chǎn)品運(yùn)行電壓比傳統(tǒng)電壓5.0伏低。比如，ADSP—21060L運(yùn)行電壓為3.3伏，ADSP—21160M只有2.2伏。1998年六月，隨著ADSP—21160的發(fā)布，AnalogDevice公司宣布誕生了第二代SHARC體系。它配備了單指令多數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)核（SIMD或者“sim-dee”），工作頻率為100兆赫，有一個(gè)帶寬為每秒1600兆赫的加速存儲(chǔ)總線，兩個(gè)64比特的數(shù)據(jù)總線，四個(gè)80比特的固定點(diǎn)計(jì)算器堆棧?？傊?，新的ADSP—21160M在46微妙期間就運(yùn)行了1024個(gè)快速傅立葉變換。SIMDDSP包括另一個(gè)計(jì)算單元（算術(shù)和邏輯單元，轉(zhuǎn)換開關(guān)，數(shù)據(jù)注冊文件，和乘法器），允許ADI向老一代ADSP—2106x產(chǎn)品兼容的代碼，有一份路徑表提供十倍的上行速度。

■audioinJLfludioour”:—■audioinJLfludioour”:—■工?cableSHARCAD5P-21061FIGLT<E29-:、、toyourpersonalcomputer,andpower.Th已serialcableSHARCDSPp的一切資料，包括：硬件，軟件，和相關(guān)的SHARCIEZ優(yōu)KITLi隹二語言心】:L?l/.'■■:■■.<■yl：.1:：<e二哉上:1:.iuIldl::audioout.a&erifj]EZ^KIT;Lite■給指南。圖29—1顯示了一張EZ—toyourpersonalcomputer,andpower.Th已serialcableSHARCDSPp的一切資料，包括：硬件，軟件，和相關(guān)的數(shù)字信號處理。這是一張4.5X6.5英寸的印刷電路板，裝了一個(gè)塑料支架使之可以站在你的桌子上。（它也有另一種翻譯叫做EZ—LAB，使用ADSP—21062，裝在你電腦內(nèi)部的插槽里）。只有四個(gè)連接電路你需要操心的：DC電源，你電腦上一個(gè)連續(xù)的連接電路，輸入和輸出信號。一個(gè)DC電源和一些電纜甚至在那個(gè)工具箱里面也有。輸入輸出信號在音頻的范圍，振幅大概為一伏。二選一，一個(gè)連接器允許一個(gè)話筒直接插入到輸入端里。這種想法就是將麥克風(fēng)插入輸入端，連接一系列的擴(kuò)音器（就像用個(gè)人電腦）到輸出端。這是你可以聽到DSP各種運(yùn)算法則的效果。模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換可以熟練的在AD1847模擬信號譯碼器中實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)十六位的累加轉(zhuǎn)換器，能夠以每秒48K的速率數(shù)字化雙通道，同時(shí)以上述速率輸出雙通道。雖然這快芯片主要用來處理音頻信號，輸入和輸出是交流電，頻率為20赫茲。芯片上三個(gè)按鈕可以讓用戶使用中斷，復(fù)位處理器，設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)可以辨識(shí)的標(biāo)志位。四個(gè)芯片上的發(fā)光二極管由標(biāo)志位控制其閃爍。如果你覺得還不夠，芯片上的一些區(qū)域使你可以訪問連續(xù)的端口，連接端口（只在EZ—LAB的ADSP—21062），和處理器總線。然而，沒有人可以幫你，你得自己連接連接器和其它部件。面告訴你它是怎么工作的。上電后，處理器從一個(gè)芯片上的可編程儲(chǔ)存器開始導(dǎo)入（512k），裝載程序確定你電腦內(nèi)部各組件之間的聯(lián)系。下一步，在你機(jī)器上裝載EZ－LiteHost程序，使你可以在DSP下載程序或上傳數(shù)據(jù)。一些程序隨著EZ－KITLite的打開而預(yù)存;你只需點(diǎn)擊相關(guān)圖標(biāo)，這些程序隨之運(yùn)行。例如，一個(gè)帶通程序使你可以對麥克風(fēng)說話，且聽聽聲音經(jīng)過處理從擴(kuò)音器出來的效果。這種程序有用的原因有兩個(gè)：（1）它們使你可以迅速了解系統(tǒng)正在進(jìn)行的工作，且讓你可以確定系統(tǒng)正在工作。（2）它們?yōu)槟阕约涸O(shè)計(jì)程序提供了一個(gè)模板。下面，一個(gè)EZ－KITLite的例子引導(dǎo)我們進(jìn)入下一個(gè)話題。例：音頻濾波器設(shè)備檢查當(dāng)你用預(yù)存程序試驗(yàn)一會(huì)后，你就會(huì)想改編程序以增加你的經(jīng)驗(yàn)。程序可以用匯編或者C語言編寫，EZ－KITLite語言提供了一些軟件工具來支持這兩種語言。待會(huì)本章將為你介紹幾種先進(jìn)的程序，如：仿真工具，調(diào)試工具，且運(yùn)行在完整的發(fā)展環(huán)境。目前，我們集中注意運(yùn)行一個(gè)現(xiàn)有的程序。小腳小步伐***（538頁）***一旦源代碼是以ASCII碼的形式，所有現(xiàn)有文件夾的基本的文本文件都必需重新編輯，或者重新編寫程序。表29－2說明了一個(gè)用匯編編寫的FIR濾波程序的例子。這只是你現(xiàn)在需要考慮的程序代碼，但必需注意還有其它的程序與它一起組合才是一個(gè)完整的程序。這包括一個(gè)“體系描述文件”（它定義了硬件結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)空間配置），設(shè)置了中斷向量表，和一個(gè)初始程序數(shù)字編碼器。最后，你需要理解這些組件在干什么，但現(xiàn)在你只需從預(yù)寫程序復(fù)制它們。就像表29－2頂部顯示的那樣，在進(jìn)入程序主代碼之前，有三個(gè)變量需要定義。這些是濾波器核心代碼的關(guān)鍵字,NR-COFF；一個(gè)存儲(chǔ)輸入代碼的循環(huán)緩沖器，dline[]濾波器核心的循環(huán)緩沖器，coef[]。我們還需給出這個(gè)程序另外兩點(diǎn)信息：編碼器的取樣速率，包含濾波器核心的文件夾名，這樣才能讀到coef[]。所有這些步驟都很簡單；每步只不過是一句簡短的代碼。在本例中我們沒有顯示它，因?yàn)樗谖覀優(yōu)榱撕啽愣÷缘牟糠执a中。圖29－2顯示了我們將用來做程序?qū)嶒?yàn)的濾波器核心，和我們在17章設(shè)計(jì)的濾波器一樣。就像你想起來的一樣，這濾波器將做一個(gè)非周期的頻率響應(yīng)，再強(qiáng)調(diào)一個(gè)概念FIR數(shù)字濾波器最終提供一個(gè)你期望的周期性的響應(yīng)。圖（a）顯示了我們實(shí)驗(yàn)的濾波器周期性響應(yīng)，（b）顯示了相應(yīng)的脈沖響應(yīng)。（也就是濾波器核心）。這種301濾波器核心存儲(chǔ)在ASCII碼文件夾里，且鏈接到其它部分的代碼以組成一個(gè)簡單的可執(zhí)行程序。程序的主要部分完成兩個(gè)功能。在6至13行中，數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAGs）用來處理循環(huán)緩沖：dline[]和coef[]。就像上一章所述，每個(gè)緩沖區(qū)需要三個(gè)參數(shù)：存儲(chǔ)器里緩沖區(qū)的起始位置（b0和b8），緩沖區(qū)的長度（10到18），緩沖區(qū)里每個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的字長（m0和m8）。這些控制循環(huán)緩沖區(qū)的參數(shù)裝載在DAGs的硬件寄存器里，使它們存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)效率很高。主程序的第二功能是所謂“繞拇指”運(yùn)動(dòng)，在15至19行執(zhí)行。這其實(shí)什么也不做，只是等待有要求輸入的中斷信號。所有這種程序的處理過程只發(fā)生在瞬時(shí)值－瞬時(shí)值模式。每次一個(gè)瞬時(shí)值從輸入讀入，輸出的瞬時(shí)值信號經(jīng)過計(jì)算發(fā)送到信號譯碼器。大多時(shí)域算法，就像FIR和IIR濾波器，都屬于這種類別?？蛇x擇模式如幀－幀處理方式，要求時(shí)域變換。在幀－幀模式中，一組實(shí)時(shí)信號從輸入讀入，經(jīng)過計(jì)算，再寫到輸出口輸出。處理就緒中斷的服務(wù)子程序分為三部分。第一部分（27到33行）以定點(diǎn)數(shù)的形式接收來自譯碼器的信號，把它轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)。在SHARC匯編語言中，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器儲(chǔ)存一個(gè)定點(diǎn)數(shù)在“r”（就像r0，r8，r15等等）和“f”（儲(chǔ)存一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)在fl，f8，f15等等）里。例如，在32行中，在寄存器0（r0）里儲(chǔ)存的定點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)后覆蓋寄存器0（f0）里的數(shù)。這種轉(zhuǎn)換根據(jù)寄存器1（r1）里的定點(diǎn)數(shù)按比例進(jìn)行。在第三部分，（47到53行），采取相反的步驟，將輸出的浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)數(shù)，發(fā)送到編碼器中。FIR濾波器將輸入信號轉(zhuǎn)換成輸出信號在35到45行之間提到。所有計(jì)算都以浮點(diǎn)數(shù)方式進(jìn)行，避免擔(dān)心比例和溢出問題。就像上一章提到的那樣，代碼的這部分被最優(yōu)化以便充分利用SHARCDSP的運(yùn)算能力在每個(gè)時(shí)鐘周期運(yùn)行多任務(wù)。編寫好匯編語言和設(shè)計(jì)好濾波器核心后，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好編寫一個(gè)能在SHARCDSP上運(yùn)行的程序。執(zhí)行這部分包括運(yùn)行編譯器，匯編程序，連接器，三部分由EZ－KITLite提供。編譯器把C語言轉(zhuǎn)換成SHARC匯編語言。如果你直接用匯編語言編寫程序，就像本例一樣，可以直接跳過這一步。匯編程序和連接程序?qū)⒊绦蚝屯獠课募ū热缦到y(tǒng)文件，譯碼器初始化程序，濾波器核心等）轉(zhuǎn)化成最終的可執(zhí)行文件。所有這一切大概需要三十秒，直到最終的結(jié)果保留在你計(jì)算機(jī)的硬盤里。EZ－KITLite主程序這時(shí)用來運(yùn)行EZ—KITLite的程序。只需點(diǎn)擊你想讓DSP運(yùn)行的文件夾，EZ—KITLite主程序完成余下的工作，下載程序且運(yùn)行它。它帶給我們兩個(gè)問題。第一，我們怎樣測試音頻濾波器來確定它按照我們預(yù)先設(shè)定的那樣工作；第二，世上確實(shí)有一個(gè)叫AnalogDevices的公司在生產(chǎn)數(shù)字信號處理器？DSP系統(tǒng)的模擬測量有一段時(shí)間，忘記你正在學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)。讓我們從一個(gè)專攻模擬電子技術(shù)的工程師的立場出發(fā)來看待這個(gè)問題。他不在乎EZ—KITLite里面是什么，只在乎模擬輸入，模擬輸出。就像圖29—3顯示的那樣，他會(huì)引用傳統(tǒng)的模擬方法來分析“黑盒子”，在輸入端附加一個(gè)信號發(fā)生器，在示波器上觀察輸出情況。我們的模擬教練發(fā)現(xiàn)了什么？第一，系統(tǒng)是線形的（從這個(gè)簡單的測試只能了解這么多）。一個(gè)正弦波輸入，輸出也是一個(gè)正弦波。如果輸入信號的振幅或者頻率改變了，相應(yīng)的改變將在輸出得到體現(xiàn)。當(dāng)輸入的頻率慢慢增加，存在一個(gè)點(diǎn)使輸出的正弦波振幅迅速減少到零。這事發(fā)生在取樣速率剛減少一半時(shí)，這是由于ADO上濾波器的影響。現(xiàn)在我們的工程師注意到了一些模擬世界未知的事：系統(tǒng)是完美的線形相位。換句話說，在輸入信號和輸出結(jié)果的事件之間有一個(gè)確切存在的延遲。例如，看看圖29—2的濾波器核心例子，當(dāng)對陣中心在瞬時(shí)值150單位的時(shí)候，輸出信號相對于輸入信號將延時(shí)150單位。例如，當(dāng)系統(tǒng)取樣速率在8千赫時(shí)，這種延時(shí)將達(dá)到18.75毫秒。進(jìn)一步說，累加轉(zhuǎn)換器也將附加一個(gè)固定的延時(shí)。NRCOEFdlii^[NRCOEF]coef[NRCOEF]Taenumberofcoefficientsiu?liefilterterne!(30'inthisexnmple；1AcircularbufzerHwldingthein^utsample7；,iudat^meiroryAcircularbufferlioldio^Thefi'tercoefticieiits.mprogrammemoryBeforeenteringthemainproEiain.tlimfollowmgcon；：tautwd■.'triabletmu&7bedefinedOC-1OC-2OC-3004OCc0D60070D8009010Oil01201301401201601?018019020021022O23024Q2i026027028Q2903003103203303403?03603703803904004104204304404?0460470480490?00?l0j20?3***z*x*********xiPROGPA.'1x****x**x*******x#***x#***x#***x#***x#***x#***x#***x#***x#x**x#x**x#x**x#x**x#x***#x*main:IN7TLALIEETHEDAGSTOCONTROLTHECZRCUL_\RBUFFERSbC1=dime:1Htlipd^ine[].:liebufferhidingthepa&7inpii:samples也ID=\i-dime:''uiO=1:b8=coef:1=ietlipcoef{].thebuzferholdingthefiltercoefzisien：7：118=cicoez:'''ui8=1:ENTERALOOP.V.'AITINGFOR.THESAMPLE-RE.\DYINTERRUPT<wait:idle:jumpwait:SUBROUTINETOPROCESSONESAL4PLE***********sample_ready:川ACQUIRETHEINPUTSAMPLE.CONVERTTOFLOATINGPOINT和rO=dm(m_bnf+1);rO=lshiftrC1bv16:t：=-31:'fl)=floatiObyrl;dm(;C.m0i=i^:mo1.-?theinputsampleiiiyorC1Kshifttothehighest16bit?topreservetbesign*&etthescalingfortheconversion1■'*convertfromfixedtofloatinzpoint*&yorethenewsampleiudline[].andzerofl2**CALCULATETHEOUTPUTSAMPLEFROMTHEFIRFILTER*f'2=0;prime?liere^i^ter；;f2=drniiD.ir0);=4=pni(i8.mS):'fS=f2*f4.f2=dmCiO.mQ).f4=pin(i8,m8X1efzicien?mainloop也Iciitt=NRCOEF-2.deiDc.buoti''ceifS=f2*f4.712=fS-fl2.f2=dirdO.mC').f4=pin(i8:m8);fS=z2*f-.=12=f8+zl2:注L-omplete?lielastloop擴(kuò)fl?=f?-fl2;*CONVERTTHEOUTPUTSAtiPLEIOFIXEDP07JI&OUTPUT<rl=51:rS==lxfl2byrl：rti(<lb〕;rS=IshiftrSb耳-16:dm血Jmf+lj=r8:Httne丸alingfsrtneconversion4cinverttTomTloitiii^tofixedpc：in:*reTumtroirintemjpt.bu:executenext2Illlee*mhifttothe'ewes:1^bi:m*tns-.etbesamplets:lieoutput*7I.\BLE29-2FZFLniterpr^ETiminassembly.OscillgLQp*OscillgLQp*■SignalGexueracor吧■■■=?〕EZ-EITmitp'AtFIGURE29-3Te:tmztjeEZ-KILLite.Ahsi'oeeDgiiiKi:=逬：］ieperzonuiiiceofi^ystem?ycciiHectmEaee-Derntoitoit-input.idJrmoicilLoicapetoits.output.WheniD^Phu凸躬t^eEE-KlT1/VMeasuredficequeocyresponseL-Lt^)isTeuedlqThistyav.Ltappearstobeivirtuallyp^rfest^llfiIc?systemMeasuredficequeocyresponseFIGURE29-4MeasuredzequeDcyre^poDse.Thi?srapliiIiot'.smeasuredpointscm:liezrequencyresponseoftheexampleFIR.filter.Theselrea^iiedpoLiit；：havefar匕活accuracythantriedesignedfrequencyre&poii&eofFi?.29-C20CO40306030SXCltKKX）Ffeqjueficy我們的模擬工程師看到這種線形相位時(shí)將會(huì)激動(dòng)異常。信號沒有像他預(yù)期的那樣出現(xiàn)，他也會(huì)飛快的扭動(dòng)旋鈕。他會(huì)抱怨觸發(fā)器沒有正常工作，嘟噥著說：“這根本沒有意義，這到底發(fā)生了什么事？”，“誰動(dòng)了我的示波器？”DSP系統(tǒng)工作得非常優(yōu)秀，這將花掉他幾分鐘時(shí)間來明白他看到得一切。將給他留下深印象的是，我們將會(huì)要求我們的工程師用手來測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。為了完成這件事，他將在125赫茲和10千赫茲之間每次增加125赫茲調(diào)遍整個(gè)量程。他測量每個(gè)頻率的輸出信號的幅度，用輸入信號的幅度來劃分它。（當(dāng)然，這樣做最簡單的方法是使輸入信號的幅度保持一個(gè)固定的值）。這次試驗(yàn)中我們把EZ－KITLite的采樣頻率設(shè)置在22千赫。換句話說，圖29—2a中0到0.5數(shù)字頻率對應(yīng)于現(xiàn)實(shí)生活中測量的直流電11千赫。圖29—4顯示了EZ—KITLite實(shí)際的測量情況；沒有比這更好的了。測量的數(shù)據(jù)在誤差允許的范圍內(nèi)與理論的曲線相符。這是我們的模擬工程師在用電阻，電容和感應(yīng)器做成的濾波器中從未發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。然而，即使這樣也沒有讓DSP獲得應(yīng)有的榮譽(yù)。模擬方法使用示波器和數(shù)字伏安

表有一個(gè)典型的大概0.1%到1%的正確度和精確度。相比之下，16位譯碼器的DSP系統(tǒng)四舍五入引起的誤差大約限制在0.001%，內(nèi)部計(jì)算以浮點(diǎn)數(shù)方式進(jìn)行。換句話說，這種裝置的精度大約是所用的測量工具的精度的100倍。對頻率響應(yīng)適當(dāng)?shù)墓烙?jì)需要一個(gè)專門的設(shè)備，就像一個(gè)20bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換器處理過的數(shù)據(jù)。事實(shí)就是，DSPs被用來處理要求高精度的測量裝備一點(diǎn)都不奇怪。***（543頁）***現(xiàn)在我們來回答這樣的問題：為什么AnalogDevices公司銷售數(shù)字信號處理。就在十年前，自動(dòng)距離跟蹤的信號處理技術(shù)就在精密的高級移動(dòng)電話業(yè)務(wù)和類似晶體管的回路中得到應(yīng)用。今天，最高質(zhì)量的模擬處理過程都能用數(shù)字技術(shù)來操作。AnalogDevices公司是個(gè)人和單位的一個(gè)偉大的典范；保持你的視野和目標(biāo)，但是不要危懼技術(shù)的革新。定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的對比在上一例中，我們充分利用了SHARCDSP的一項(xiàng)核心特征，它能勝任浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算。甚至輸入或輸出譯碼器的瞬時(shí)值是定點(diǎn)數(shù)格式的數(shù)據(jù)，在將它們轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)格式的FIR濾波器算法上我們遇到了難題。就像上一章所討論的那樣，有兩個(gè)原因使我們必需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)格式：便于程序設(shè)計(jì)，執(zhí)行。它確實(shí)有什么不同嗎？對于程序師，它確實(shí)有很大不同。浮點(diǎn)數(shù)代碼更容易編寫?；仡檲D29－2的匯編程序。在主FIR濾波器里只有兩行（41和42行）。相比之下，在定點(diǎn)數(shù)情況下程序員必需為每一步數(shù)學(xué)計(jì)算編寫處理代碼。為了避免溢出和下溢，必需核實(shí)值的大小，如果需要的話，還要核實(shí)相應(yīng)的刻度。中間結(jié)果需要用一個(gè)擴(kuò)展的高性能的電池來維持以避免重復(fù)的四舍五入錯(cuò)誤產(chǎn)生的結(jié)果混亂。運(yùn)行的問題相對來說要小得多。例如，圖29－5a顯示了一個(gè)帶有實(shí)時(shí)中斷的FIR低通濾波器，就像16章敘述的那樣。這種“大尺度”曲線無論是用定點(diǎn)數(shù)或者浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算看起來都一樣。為了看出這兩種方法的區(qū)別，我們必需通過倍增器將幅度放大幾百倍，就像（b）（c）（d）顯示的那樣。這時(shí)，我們看到了明顯的區(qū)別。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)行的結(jié)果，如（b），在我們設(shè)計(jì)的方法下通過濾波器核心的限制實(shí)現(xiàn)其噪音的平滑過渡。那個(gè)過渡旁邊0.02%的越界是因?yàn)闉V波器使用的是布萊克窗體。要點(diǎn)是，如果想改善程序，重點(diǎn)在于運(yùn)算法則，而不是運(yùn)行。（c）和（d）中的曲線顯示了在濾波器核心內(nèi)每16bit和14bit單獨(dú)描繪一個(gè)點(diǎn)時(shí)會(huì)引起那個(gè)噪音。在好的運(yùn)算法則也無法優(yōu)化這條曲線；頻率響應(yīng)的的準(zhǔn)確形狀將被噪音吞沒。圖29—6顯示了定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在時(shí)域范圍的不同。圖（a）顯示了一個(gè)波動(dòng)信號的幅度以指數(shù)下降。這也許會(huì)再現(xiàn)，例如，播線發(fā)出來的聲波，或者遠(yuǎn)處爆炸而引起的大地?fù)u晃。就像從前一樣，這種“大尺度”波形的不管是以定點(diǎn)數(shù)還是浮點(diǎn)數(shù)采樣的瞬

時(shí)值看起來都是一樣的。為了看出來不同，我們必需對幅度進(jìn)行放大。就像（b），（c）和（d）顯示的那樣。如第3章所述，這種量化顯示了很多額外噪音，限制了區(qū)別信號不同組成的能力。FxequeojcyFieqpencyFxequeojcyFieqpencyFIGLTtE23-5_Roiind-o5fiLiiieldthetequeu^'re習(xí)嚴(yán)li&e.Figure(a)tjenieqneDCYieipomeofaivindowed-siii:?kv.-pais□Iter,iisin?aBhckina口windowand1?Dpsiirtiinthefilter1;emel.Figures(b);(cland(d)diowamoredetailed說已丫wfthihnespotiEEbyzooiriueinon±ieamplitude.W/ien±eniterkemelisrepresentedinzloaniL^point.(b).tlieroiind-itfnoisei&in:igmncan7compared:otheurperfetTiodiiofthe計(jì)indmved-EincdesignAsshovniin［心and(d).repre^eiitLD?thealterkernelinfixedpiiutmalleiroiuid-offDOL\：ethedominateiiiipeiiectiDn.這些定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)行之間的不同常常不是重點(diǎn)；例如，就像圖29－5a和圖29－6a大尺度顯示的那樣，它們一般不能被區(qū)別出來。然而，一些運(yùn)用如浮點(diǎn)數(shù)的額外功能卻是非常有用的，有時(shí)甚至是關(guān)鍵問題。例如，高保真度的消費(fèi)者音頻系統(tǒng)，就像CD唱機(jī)，以16bit定點(diǎn)數(shù)再現(xiàn)原始信號。大多數(shù)情況下，它超過了人類聽覺的識(shí)別能力。然而，最好的個(gè)人音頻系統(tǒng)采樣信號達(dá)到了20到24bit，使我們的音樂儲(chǔ)存達(dá)到了完美的境界。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算是處理高精度數(shù)字信號近乎完美的運(yùn)算法則。浮點(diǎn)數(shù)優(yōu)秀表現(xiàn)的另一個(gè)例子在當(dāng)運(yùn)算法則對噪聲很敏感的時(shí)候。例如，F(xiàn)IR濾波器對于四舍五入引起的結(jié)果很敏感。如圖29－5所示，四舍五入噪聲并沒有改變頻率響應(yīng)

曲線的形狀，但是整個(gè)曲線都充滿了噪音。IIR濾波器不同；四舍五入可以引起各種各樣的災(zāi)難，包括是它們本身不穩(wěn)定。浮點(diǎn)數(shù)可以讓這些算法通過消除頻率曲線銳度，減小衰減帶，跳變響應(yīng)越界來實(shí)現(xiàn)更好的性能。Schi^Ie-nufliberSchi^Ie-nufliberFIGURZ2￡-6Rcuod-offnoi汩int^etimedomain.Figure(a)iliowianexampleii|Dalwl±esp^nentiallYdecaymeamplitude.Figures〔?,i：c〕.and(d)mil□認(rèn)amored&taLled'i'iewbyzoouilh?in□口±enniplimde.UTi亡口±esignal正representediofloatiiiFpoint.匕工theround-offuoiielovtIih?Ltcannotbeleenio山技ernpli.Asshawnio(c〕iod(dj.repre^eDnoe:lieSLenalinfixedpointproduce?farluelierlevelscfrcund-offncise.先進(jìn)的軟件工具我們最想檢驗(yàn)的是C語言編譯器。就像上一章討論的那樣，匯編和C語言通常都用來為DSPs編程。

LI.iTHOPERATIONSCHARACTER&STRINGM^JhlPULATION血absolute丁艮]n亡atoicod-.ertSTTL115toLiite^erarcso&Liiebsearchbioan7searchofarrayarcrin亡i^alnumderectalpjanuoeriscliaras:eratidaxtangenti皿phade?ectalphabeticcliru込c:亡：<171D2axtangentofquotienti^nzrlde?ectcontrol^jaiactercabsfcomplexibsolntevaluei血且：detec?decimal辦gitcexpfcomplexexponentiali^Eiaphde?ectprintablecharacterCMco&Liieidowerde?ectlov.ercaiecharaL-terco&nli^erbohcL-o&Loeimprintde?ectprintablecharacterco?cotauzeot琦UllCtde?ectpuiiL-niidoncharacterdi\-divisioni^spacede?ectwliLtespaceL-haracterexpexponential正ngp町de?ectuppercasechiracyerfmodmodulusi^disi?detec?hexadecimaldisi?loslianual應(yīng)燦dmlueinclirfindtir&tccciirreiiceofcharlog10ba&elOlogaiitrimmemspycopycliara^yersLLLHtHddmntns^ddLtLousTreatcoDciyeDAteitriu3&LLLHtnilllmntnsmuldplicationSTTCUipcompareMtnn護(hù)pC'rtrai^etoaSTrerrcr5e?errormessageuJraodrandomoiiiLbergenera??rs?rlenstnuzlengthsin=]ine'STrncirpcomparesaaiacter^siunli^erbohc^inesnrcliriiodlasTa^cinTenseof2^arsqrtsquarerootSTT^triiod&T1D5witrim^triugsrindrandomniiniber^eedsnlokcoo-.erts^tluetoTetenstantangentsystemsenttooperadoisystemtanlili^erbolktangentto^ov.erchangeuppercaseto'c'.verca^echangeloweycasetouppercasetoupperabortabooinialproeramendSIGNALPR0CESS2<GcallocallocAteidtLalizememorya_compre^?A-law20mpre&\：iDgtreedeaEocateHenoiya_expandA-lawespan^iaaiid'e^roce1；ioridlemsTmctLcmautoeorr^UT^some'^tioHin左miFtdefineinyemiptaaud'in^biquadbiquad"Liter^ecdonpoll_flag_iuteGtinputflaz'cfrcNcorjplexFFTsetfla^—J爼出:lieprocessorflasscro^scorrCT05w?orTelatioiitmier_;ffdisablepraces^^rtimerfirFIRfiltertimer^DDenablepr;cenortiineThi^tosTim■_*hi&toETniiLtLiner_ie7initializeprocessortimeriffNinveneL-omplesFFIiirI衛(wèi)iL:ermeanhl亡anofanarray丄RLE29-3mu_c0mpressmulawL-ompressiinlibrniyfuoctiom.Tinsi&mpartiallimtw:themu~expandmulawexpansiona'.'aiLib'eivli亡口Ciiu^edtoprosramrffiNrealFFTeAoaloeDencesSHARCDSPt.'wna*nr&valueofannm-.-PROG^biCONTROL使用C語言的一個(gè)很大的好處就是能利用函數(shù)庫，這也是C語言和DSP算法的一個(gè)基本的操作。圖29—3顯示了部分應(yīng)用于這也是C語言和DSP算法的一個(gè)基了很多DSP的通用功能，如三角函數(shù)（正弦，余弦，正切，等等），對數(shù)，指數(shù)。如果你的程序里需要用到這些函數(shù)，就有足夠的理由用C語言來編程而不是匯編。對圖29—3的“信號處理”程序應(yīng)引起足夠重視?，F(xiàn)在，你將發(fā)現(xiàn)DSP的關(guān)鍵算法，包括:和統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)如平均值，均方根，和實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)快速傅立葉變換，F(xiàn)IR和IIR濾波器，和統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)如平均值，均方根，和方差。當(dāng)然，所有這些程序都是用匯編語言編寫的，使它們運(yùn)行起來在速度和儲(chǔ)存上CIP.CULAR_BUFFEP.(f.oat.l.ec^CIP.CULAR_BUFFEP.(f.oat.l.ec^defmeesbs21kDAG1re^l1*：aDMpointeracircularbuffer*川CIRCBUF.C*Thi^inanechoproEiam^TitteiiioCf=rti]eADSP-21061EZ-fCTLite.Tne1echoproE：am?nkeithe淀Ikdiniprogramnud衛(wèi)廿血acircularbuzferiDescheme.Theciiriihibufferndefinedby?liefunctioQsCIRCULAR_BUFFER.BASE,andLENGTH.TheeL-li;:hpeTzcnredbyaddingtheL-iirreDtiiipu?t;?lieoldestinput.Thedelayintheec^ocanbemodifiedbyclian^iQ^BUFF_LENGTE.1嚴(yán)fiqelude-21020.2*」zortheidleCcommaiidKFioclude<\：LEDal.ah?*zorthemteiruptciizmiaQd*^include<iracres.li>-KforCIRCULARBUFFERandseamen:functisDS也J.^defmeBUFFLENGTH400Dliip_re?0andliLp-re^?areliip_re?0andliLp-re^?areKn&edinthearcliiresturefile*■.■o'atLlefloatin_porteminent(jip_reg0):■.■o'atLlefloatout_por7segmen:(hip_reg2：oldpnxME_inpii:i：itit):oidmain(void^{Maketlinnvariable'en^Tliarray.ZfeuiuU:;:isstoppedatlrain?*and_BUFF_LENGTHindmimmodifietl.theechode'ay*ismodified.DanotmaieBUFF_LENGTHgreatertjao^tacksize!floatdata_bnff[BUFF_LENGTH]:iiiTeiriip:(SIG_IRQ3.pr;cess_Liipiitj:BASE(echoj=data_bnff:LENGTH(echo)=BUFF_LENGTH:Load；：a'andl'認(rèn)i:libuff&ynr?adr也LoadiL1with?lielen^ylioftaebuffer床asthearrayisfilled,thenthlocatioDcwutLniiE?lienev.estA'alue.while*thehtIi-l'losationcontaiostheilde\：tv^lne.Kwhile(1)floatolde&7.uev.est:idleO：theecho^endstheriinioftheraws:*■'recentvalueandtnei'de^tva'lie*Ecn;:hp；Ln7Liistothentli1ol-j7l;iiaftertheinterruptroutine.=Placethenew'Aluein'.'nniblenewest'.Af?er?lienet己譏.update-*thepointerbyonep=mtatlocation□-!.*CIR.C_R.EAD(erho,1.newest,dm);N;wechoispointington-1.ReidthelicatLonandplacemineiovariableoldest1.Donotupdatethepointer,sinceitisnowpoiDtiDe70taenew'ocatioDforTheintemiptnandler.=CIR._READ；ecjo.0.oldes:.dm):addtneaideitwdmostrecentand\：end;utonp;rt*out_p0rt=oldeit-newest:■,cldproce；：\：_iDput(intint_ninnber；{"_*Thenewestinputvaluenivri:怙口o'.'er:lieoldest^'alnein:lieDtn審嚴(yán)locatisDandtbepointerisnotupdaTed.CIR.C_WRZTE(echo.0.m_psr7.dm):TABLE29-4r.uisirniinrr.uisirniinr-iisourcefileMoveevillybe7,veeuEdi7.Biuld.nndDebugacn-.itLestfixAs&eizab'vandCldaVl^.v'build"re&iilTiPmverfiieditorimder?以口血mvtrax-■Easyacse^sthrcuplilisckirarksFIGUKE29-?_Example亍凱己亡口frcmVi^iui'DSP.Thisproviderin?e?:^teddevelopmenteD-iioLmeotforcre^tiu^p:o^ramicdtheSHARC.AJofthefollov.iii?fnnctKmrcanbeacL-e^edft=mthi^sin^'einterface:edinD^.compi'in?.aiseirbliDe.hiikiD^.siiEiilanD^.debummiiim-do^Dl^adui^.andPROMcreation.jJJ'■*wrJ—JCpjuvk*-I-圖29－4舉了一個(gè)C程序的例子，來自AnalogDevices公司的“C語言編程導(dǎo)讀和參考手冊”。這個(gè)程序通過附加一個(gè)編譯的延遲相對它本身產(chǎn)生了一個(gè)回音。從輸入獲得的最新的4000個(gè)瞬時(shí)信號被儲(chǔ)存在一個(gè)循環(huán)緩沖器中。每個(gè)信號需要時(shí)，緩沖器就更新，新數(shù)據(jù)信號覆蓋最早的信號，結(jié)果值直接輸出。下一個(gè)你將尋找的先進(jìn)軟件工具有一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境。這是一個(gè)奇特的要求，意味著DSP編程和測試的全部需求都將集成在一個(gè)迷人的工具包里。AnalogD