DSP-第十一章-其它

第十一章算法及硬件設計內(nèi)容1.數(shù)據(jù)格式與IQMath2.DSP最小系統(tǒng)設計3.控制系統(tǒng)實例第一部分數(shù)據(jù)格式與IQMathDSP的數(shù)據(jù)表示格式字長16位32位定點浮點24位格式和字長決定了數(shù)據(jù)的精度和動態(tài)范圍格式和字長也在一定程度上決定了DSP處理器的成本、功耗和編程難度定點與浮點浮點運算DSP比定點運算DSP的動態(tài)范圍要大很多。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，要么作截尾。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、雷達和聲納信號處理時，也會發(fā)生類似的問題。而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，移位和溢出檢查。浮點DSP的優(yōu)勢由于浮點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)高精度復雜算法時尤為突出，為復雜算法的實時處理提供了保證。定點DSP的優(yōu)勢是什么？定義定點數(shù)：通俗的說，小數(shù)點固定的數(shù)。。如果小數(shù)點在最高有效位的前面，則這樣的數(shù)稱為純小數(shù)的定點數(shù)，如0.12345，0.78934等。如果小數(shù)點在最低有效位的后面，則這樣的數(shù)稱為純整數(shù)的定點數(shù)，如12345，78934等。浮點數(shù)：一般說來，小數(shù)點不固定的數(shù)。比較容易的理解方式是，考慮以下我們?nèi)粘Ｒ姷降目茖W記數(shù)法，拿我們上面的數(shù)字舉例，如123.45，可以寫成以下幾種形式：

12.345x1011.2345x1020.12345x103

為了表示一個數(shù)，小數(shù)點的位置可以變化，即小數(shù)點不固定。定點數(shù)與浮點數(shù)的對比(1)表示的精度與范圍不同例如，我們用4個十進制數(shù)來表達一個數(shù)字。對于定點數(shù)（這里以定點整數(shù)為例），我們表示區(qū)間[0000，9999]中的任何一個數(shù)字，但是如果我們要想表示類似1234.3的數(shù)值就無能為力了，因為此時的表示精度為1/100=1；如果采用浮點數(shù)來表示（以歸整的科學記數(shù)法，即小數(shù)點前有一位有效位，為例），則可以表示[0.000，9.999]之間的任何一個數(shù)字，表示的精度為1/103=0.001，精度比上一種方式提高了很多，但是表示的范圍卻小了很多。

定點數(shù)與浮點數(shù)的對比(2)計算機中運算的效率不同一般說來，定點數(shù)的運算在計算機中實現(xiàn)起來比較簡單，效率較高；而浮點數(shù)的運算在計算機中實現(xiàn)起來比較復雜，效率相對較低。(3)硬件依賴性一般說來，只要有硬件提供運算部件，就會提供定點數(shù)運算的支持，但不一定支持浮點數(shù)運算。Qn格式數(shù)值范圍精度Q15-1～0.9999694824218750.000030517578125Q14-2～1.999938964843750.00006103515625Q13-4～3.99987792968750.0001220703125Q12-8～7.9997558593750.000244140625Q11-16～15.999511718750.00048828125Q10-32～31.99902343750.0009765625Q9-64～63.9980468750.001953125Q8-128～127.996093750.00390625Q7-256～255.99218750.0078125Q6-512～511.9843750.015625Q5-1024～1023.968750.03125Q4-2048～2047.93750.0625Q3-4096～4095.8750.125Q2-8192～8191.750.25Q1-16384～16383.50.5Q0-32768～32767116位定點的數(shù)值范圍與精度浮點數(shù)的存儲格式IEEEfloatingpointstandard

浮點數(shù)的小數(shù)點是不固定的，那么怎么在計算機中存儲這種類型的數(shù)字呢？浮點數(shù)的存儲規(guī)范，就是由IEEE指定的，具體的規(guī)范文件是：IEEEStandard754forBinaryFloating-PointArithmetic。大家可以很容易的從網(wǎng)絡上下載到這篇文檔。在c語言中，單精度（float）數(shù)據(jù)類型為32bits，具體的如下圖所示：Sign：符號位，1bit，0為正，1為負；Exponent(bias)：指數(shù)部分，8bits，存儲格式為移碼存儲，偏移量為127；Mantissa(fraction)：尾數(shù)部分。浮點數(shù)表示范圍(-1)^s×(1+m/2^23)×2^(e-127)s是第一位，e是8位指數(shù)，m是數(shù)值?？杀硎镜姆秶恰?.40129846432481707e-45to±3.40282346638528860e+38.IQMath定點DSP沒有定點運算單元，它對浮點格式的實數(shù)必須通過軟件才能實現(xiàn)，這樣就增加了指令代碼，間接地使得定點DSP運算速度低于浮點DSP。因為浮點DSP的價格更加昂貴，因此定點DSP仍然有其巨大的優(yōu)勢。TI公司專門為定點處理器TMS320C2000系列提供的IQmath庫為解決上述問題提供了良好的實現(xiàn)方法。IQmath庫是高度優(yōu)化和具有高精度的數(shù)學函數(shù)庫集合。IQmath庫里面包含的函數(shù)都是采用Q格式定點數(shù)作為輸入/輸出，允許程序設計人員在定點TMS320F281xx處理器上進行浮點算法設計，從而提高運算速度。IQmath庫函數(shù)

IQmath庫中主要包括以下函數(shù)：◆格式轉(zhuǎn)換函數(shù)IQ（）、IQN（）、IQtoF（）、IQtoIQN（）等◆算術運算函數(shù)IQmpy（）、IQdiv（）等◆三角運算函數(shù)IQsin（）、IQcos（）、IQatan2（）等IQMath的使用為了應用IQmath，首先要從TI官方網(wǎng)站下載IQmath庫，文檔名稱為SPRC087。我們主要應用庫里面的：IQmath.cmd，IQmathLib.h，IQmath.lib。新建一個工程，將IQmath.lib，IQmath.cmd添加到工程，同時在main（）函數(shù)之前增加語句：#include“IQmathLib.h”。當然也可以不用IQmath.cmd文件，而用自己的CMD文件，只要在你的CMD里面添加以下代碼即可：MEMORY{

PAGE0:

BOOTROM:origin=0x3ff000,length=0x000fc0

RAMH0

:origin=0x3f8000,length=0x002000}SECTIONS{

IQmathTables

:load=BOOTROM,type=NOLOAD,PAGE=0

IQmath

:load=

RAMH0

,PAGE=0

}例程

第二部分2812最小系統(tǒng)設計

DSP系統(tǒng)電路設計的指導原則

首先，要了解DSP芯片的基本參數(shù)（從數(shù)據(jù)手冊Datasheet中查找參數(shù)說明），重點關注以下幾個參數(shù)：

1）芯片的工作電源Vcc,Vdd（5V，3.3V，2.5V，1.8V?）;2）信號接口的電平要求（VIH,VIL,VOH,VOL）和驅(qū)動能力，注意電平轉(zhuǎn)換問題;3）控制信號時序（RD、WE、RST,AddrBus,DataBus等）；最小系統(tǒng)概念什么是最小系統(tǒng)電源，復位電路，外設接口，擴展內(nèi)存，JTGA等。時鐘電路設計2812的兩種時鐘模式：利用內(nèi)部振蕩器或者外部時鐘內(nèi)部振蕩器便宜穩(wěn)定、推薦，除非需要和其他設備使用相同的時鐘才使用外部模式。使用外部時鐘時，要求電平在0-3.3vXCLKOUT可以用來判斷DSP是否工作，晶振推薦布線方式2812復位電路通過按鍵和看門狗提供復位信號CM1215靜電保護二極管JTAG引腳JTAG是英文“JointTestActionGroup（聯(lián)合測試行為組織）”的詞頭字母的簡寫，JTAG也是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。

GPIO引腳的處理最大驅(qū)動電流±4mA，如果要驅(qū)動大電流負載如二極管、繼電器可以使用

SN54AC241,SN74AC241等緩沖驅(qū)動芯片，驅(qū)動電流±24mA?；蛘呤褂酶唠妷焊唠娏鲝秃暇w管陣列ULN2xxx，50v/500mA。不使用的管腳可以配置為輸出或者接上拉電阻。AD設計濾波電路的設計模擬數(shù)字部分處理運放的使用電壓的限制基準源盡量靠近DSP外部基準源設計典型CAN電路典型SCI電路外部RAM擴展MOSARAM(1K)M1SARAM(1K)LOSARAM(4K)L1SARAM(4K)HOSARAM(8K)BootROM(4K)MP/MC=0BROMvector(32)MP/MC=0ENPIE=0OTP(1K)FLASH(128K)reservedreservedreservedPF0(2K)reservedreservedPF1(4K)reservedPF2(4K)reservedPIEvector(256)ENPIE=1XINTZone0(8K)XINTZone1(8K)XINTZone2(0.5M)XINTZone6(0.5M)XINTZone7(16K)MP/MC=1XINTVector-RAM(32)MP/MC=1ENPIE=0reservedreservedreservedData|Program0x0000000x0004000x0008000x000D000x0010000x0060000x0070000x0080000x0090000x00A0000x3D78000x3D80000x3F80000x3FA0000x3FF0000x3FFFC00x3FC0000x1800000x1000000x0800000x0040000x002000Data|Program128-BitPasswordCSM:LO,L1OTP,FLASHreserved0x3D7C00F2812通過XINTF外擴CY7C1041CV33(256K×16位靜態(tài)RAM，最大讀寫時間為8ns)存儲器。WE=XWECE=XZCS2*XA18OE=XRDCE=XZCS67*XA18并行接口（并行DA接口）I/O空間擴展8位并行數(shù)字輸出接口電路（具有瑣存功能）8位并行數(shù)字輸入接口電路（無瑣存功能）典型3.3V和1.9V電源電路設計220VAC/5VDC市電220VTPS767D301控制板電源系統(tǒng)設計思路開關電源或電機控制典型電路設計

在開關電源和電機控制電路系統(tǒng)設計中，幾乎都用到PWM控制和故障保護。下面給出兩種電路接口的典型電路設計。1)P