卷積運(yùn)算及算法的DSP實(shí)現(xiàn)

1、現(xiàn)代信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 卷積運(yùn)算及算法的卷積運(yùn)算及算法的 DSPDSP 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 目 錄第 1 章 總序.11.1 設(shè)計(jì)目的與背景.11.2 設(shè)計(jì)要求.11.3 設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介.1第 2 章 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)與環(huán)境.22.1 CCS 開發(fā)環(huán)境.22.2 ICETEK-F2821-A 開發(fā)實(shí)驗(yàn) 板.2第 3 章 卷積算法設(shè)計(jì)過程 .33.1 卷積算法設(shè)計(jì)總框圖 .33.2 卷計(jì)算法設(shè)計(jì)的原理 .3第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).54.1 程序流程圖.54.2 程序源代碼.6第 5 章 系統(tǒng)仿真.115.1 仿真設(shè)置.115.2 仿真圖.12第 6 章 總結(jié).16參考文獻(xiàn)

2、.17第第 1 章章 緒論緒論1.11.1 設(shè)計(jì)目的與背景設(shè)計(jì)目的與背景1 1）設(shè)計(jì)背景）設(shè)計(jì)背景 卷積是在信號(hào)與線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上或背景中出現(xiàn)的，脫離這個(gè)背景單獨(dú)談卷積是沒有任何意義的，除了那個(gè)所謂褶反公式上的數(shù)學(xué)意義和積分（或求和，離散情況下）。信號(hào)與線性系統(tǒng)，討論的就是信號(hào)經(jīng)過一個(gè)線性系統(tǒng)以后發(fā)生的變化（就是輸入輸出和所經(jīng)過的所謂系統(tǒng)，這三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系）。所謂線性系統(tǒng)的含義，就是，這個(gè)所謂的系統(tǒng)，帶來的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的數(shù)學(xué)關(guān)系式之間是線性的運(yùn)算關(guān)系。因此，實(shí)際上，都是要根據(jù)我們需要待處理的信號(hào)形式，來設(shè)計(jì)所謂的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，那么這個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和輸入信號(hào)，在數(shù)學(xué)上的形式就是所謂的

3、卷積關(guān)系。卷積關(guān)系最重要的一種情況，就是在信號(hào)與線性系統(tǒng)或數(shù)字信號(hào)處理中的卷積定理。利用該定理,可以將時(shí)間域或空間域中的卷積運(yùn)算等價(jià)為頻率域的相乘運(yùn)算，從而利用 FFT 等快速算法，實(shí)現(xiàn)有效的計(jì)算，節(jié)省運(yùn)算代價(jià)。DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）與一般的微處理器相比有很大的區(qū)別，它所特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令集合、數(shù)據(jù)流程方式為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理問題提供了便利，本文選用 F2812 作為 DSP 處理芯片，通過對(duì)其編程來實(shí)現(xiàn)卷積。2 2）設(shè)計(jì)目的）設(shè)計(jì)目的 通過本次設(shè)計(jì)掌握并熟悉 dsp 的應(yīng)用以及 ICETEK-F2812-A 的平評(píng)估板的使用，了解卷積算法的原理和計(jì)算方法，以及其特性與特點(diǎn)，并學(xué)習(xí)卷積

4、算法的程序?qū)崿F(xiàn)。 并且通過本次設(shè)計(jì)來提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，增加我們對(duì)本專業(yè)的各種芯片的了解，增強(qiáng)我們的專業(yè)素養(yǎng)。1.21.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求利用 C 語言在 CCS 環(huán)境中編寫一個(gè)卷積算法程序，并能利用已設(shè)計(jì)好的卷積器對(duì)一些常用信號(hào)進(jìn)行卷積運(yùn)算處理。1.31.3 設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介在 TMS320C54x 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 CCS（Code Composer Studio）下對(duì)卷積的 DSP 實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行討論。利用 C 語言設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，通過實(shí)驗(yàn)仿真，從輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的時(shí)域和頻域曲線可看出在 DSP 上實(shí)現(xiàn)的卷積算法能完成預(yù)定的計(jì)算任務(wù)。第第 2 章章 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)與環(huán)境系統(tǒng)開發(fā)平

5、臺(tái)與環(huán)境2.12.1 CCSCCS 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境DSP 開發(fā)工具： PC 機(jī)+目標(biāo)板+仿真器+CCS 開發(fā)環(huán)境一般是先在 CCS 開發(fā)環(huán)境下編寫程序（使用 C 語言、匯編語言或者兩者混合）CCS 內(nèi)置軟仿真 simulator 提供了編譯，調(diào)試，運(yùn)行功能。其作用主要是檢測(cè)目標(biāo)程序運(yùn)行的正確性和連貫性！但不能夠?qū)崟r(shí)查看和控制。當(dāng)程序成功運(yùn)行通過后,通過仿真器（XDS510 或者 XDS560）與目標(biāo)板連接，安裝仿真器驅(qū)動(dòng)，然后 load program 到目標(biāo)板，運(yùn)行，利用仿真器提供的 RTDX 可實(shí)時(shí)查看存儲(chǔ)器和寄存器變化。2.22.2 ICETEK-F2821-AICETEK-F2821

6、-A 開發(fā)實(shí)驗(yàn)板開發(fā)實(shí)驗(yàn)板第第 3 章章 卷積算法設(shè)計(jì)過程卷積算法設(shè)計(jì)過程3.13.1 卷積算法設(shè)計(jì)總框圖卷積算法設(shè)計(jì)總框圖開 始初始化 DSP 產(chǎn)生輸入信號(hào)將卷積信號(hào)X（m）和 H（m）輸入在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)翻轉(zhuǎn)：將 H（m）以 m=0 的垂直軸為軸翻褶成 H（-m）移位：將 H（-m）移位 n，即得 H（n-m）相乘：再將 H（n-m）和X（m）的相同 m 值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)值相乘相加：把以上所有點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的乘積疊加起來，即得 Y(n)值。取移位值 nN 值取遍整個(gè)坐標(biāo)軸結(jié) 束YES3.23.2 卷積算法設(shè)計(jì)的原理卷積算法設(shè)計(jì)的原理1 1）卷積算法基礎(chǔ)理論）卷積算法基礎(chǔ)理論 卷積的基本理論和公式 卷

7、積和：對(duì)離散系統(tǒng)“卷積和”也是求線性時(shí)不變系統(tǒng)輸出響應(yīng)（零狀態(tài)響應(yīng)）的主要方法。 卷積和的運(yùn)算在圖形表示上可分為四步：A）翻褶 現(xiàn)在亞變量坐標(biāo) M 上作出 X（m）和 H（m），將 m=0 的垂直軸為軸翻褶成 H（-m）。B）移位 將 H（-m）移位 n，即得 H（n-m）。當(dāng) n 為正整數(shù)時(shí)，右移 n 位。當(dāng)n 為負(fù)整數(shù)時(shí)，左移 n 位。C）相乘 再將 H（n-m）和 X（m）的相同 m 值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)值相乘。D）相加 把以上所有點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的乘積疊加起來，即得 Y(n)值。依上法，取 n=，-2，-1，0，1，2，3，各值，即可得全部 Y（n）值。第第 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.14

8、.1 程序流程圖程序流程圖 While（TRUE）執(zhí)行 dataIO2（）子程序執(zhí)行 dataIO（）子程序執(zhí)行 processing4（）子程序結(jié)束YESNO執(zhí)行 processing4（）子程序開始打印“volume example tartedn”執(zhí)行 processing1（）子程序執(zhí)行 processing2（）子程序執(zhí)行 processing3（）子程序程序的自編函數(shù)及其功能1）processing（int *input2，int *output2）調(diào)用形式：processing1（int *input2，int *output2）參數(shù)解釋：input2、output 為兩個(gè)整型指

9、針數(shù)組。返回值解釋：返回一個(gè)“TURE”，讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持連續(xù)。功能說明：對(duì)輸入的 input2 buffer 波形進(jìn)行截取 m 點(diǎn)，再以零點(diǎn)的 Y軸為對(duì)稱軸進(jìn)行翻褶，把生成的波形上的各點(diǎn)的值存入以 OUTPUT2 指針開始的一段地址空間中。2）processing2（int *output2，int *output3）調(diào)用形式: processing2（int *output2，int *output3）參數(shù)解釋：output2、output3 為兩個(gè)整形指針數(shù)組。返回值解釋：返回了一個(gè)“TREN”,讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持連續(xù)。功能說明：對(duì)輸出的 output2 b

10、uffer 波形進(jìn)行作 n 點(diǎn)移位，然后把生成的波形上的各點(diǎn)的值存入以 OUTPUT3 指針開始的一段空間中。3）processing3（int *input1，int *output2，int *output4）調(diào)用形式：processing3（int *input1，int *output2，int *output4）參數(shù)解釋：output2、output4、input1 為三個(gè)整型指針數(shù)組。返回值解釋：返回了一個(gè)“TRUE”，讓主函數(shù)的 While 循環(huán)保持繼續(xù)。功能說明：對(duì)輸入的 input2 buffer 波形和輸入的 input1 buffer 做卷積和運(yùn)算，然后把生成的波形上的各

11、點(diǎn)的值存入以 OUTPUT4 指針開始的地址空間中。4）processing4（int *input2，int *output1）調(diào)用形式：processing4（int *input2，int *output1）參數(shù)解釋：output1、input 為兩個(gè)整型指針數(shù)組返回值解釋：返回了一個(gè)“TRUE”，讓主函數(shù)的循環(huán)保持繼續(xù)。功能說明：對(duì)輸入的 input2 buffer 波形截取 m 點(diǎn)，然后把生成的波形上的各點(diǎn)的值存入以 OUTPUT1 指針開始的一段地址空間中。4.24.2 程序源代碼程序源代碼源程序：源程序：#include DSP281x_Device.h #include DSP

12、281x_Examples.h #include f2812a.h#include stdio.h#include volume.h int inp1_bufferBUFSIZE;int inp2_bufferBUFSIZE; int out1_bufferBUFSIZE;int out2_bufferBUFSIZE;int out3_bufferBUFSIZE;int out4_bufferBUFSIZE*2;int size = BUFSIZE;int ain = MINGAIN;int zhy=0;int sk=64; unsigned int processingLoad = 1; s

13、tatic int processing1(int *output1, int *output2);static int processing2(int *output2, int *output3); static int processing3(int *input1,int *output2,int *output4);static int processing4(int *input2, int *output1);static void dataIO1(void);static void dataIO2(void);int *input1 = &inp1_buffer0;in

14、t *input2 = &inp2_buffer0;int *output1 = &out1_buffer0;int *output2 = &out2_buffer0;int *output3 = &out3_buffer0;int *output4 = &out4_buffer0;void main(void) int jishu=0; int *input1 = &inp1_buffer0; int *input2 = &inp2_buffer0; int *output1 = &out1_buffer0; int *outp

15、ut2 = &out2_buffer0; /int *output3 = &out3_buffer0; int *output4 = &out4_buffer0; puts(volume example startedn); while(TRUE) dataIO1(); dataIO2(); processing4(input2,output1); processing1(output1, output2); /*processing2(output2, output3); */ processing3(input1,output2,output4) ; jishu+;

16、/在此處加斷點(diǎn) static int processing4(int *input2,int *output1) int m=sk; for(;m=0;m-) *output1+ = (*input2+) * ain; for(;(size-m)0;m+) output1m=0; static int processing1(int *output1,int *output2) int m=sk-1; for(;m0;m-) *output2+ = *output1+ * ain; static int processing2(int *output2, int *output3) int n

17、=zhy,m; size=64; for(;n0;) i=y; x=0; z=0; f=y; for(;i=0;i-) g=input1z*output2f; x=x+g; z+; f-; *output4+ = x; y+; m=sk; y=sk-1; w=m-zhy-1; for(;m0;m-) y-; i=y; z=sk-1; x=0; f=sk-y; for(;i0;i-,z-,f+) g=input1z*output2f; x=x+g; out4_bufferw=x; w+; static void dataIO1() return;static void dataIO2() /*

18、do data I/O */ return; 第第 5 章章 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真5.15.1 仿真設(shè)置仿真設(shè)置 1）在程序中“dataIO1（）；”上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇“Toggle software breakpoint”，設(shè)置軟件斷點(diǎn)：再在同一行上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“software breakpoint”，“edit”，來設(shè)置斷點(diǎn)。此時(shí)打開了一個(gè)新的窗口。最后設(shè)置成如下圖所示： 2）同理，在程序中“dataIO2（） ；”上同樣操作設(shè)置。最后設(shè)置如下圖： 3）打開窗口菜單 Viwe-Graph-Frequency進(jìn)行如下設(shè)置：5.25.2 仿真圖仿真圖1）當(dāng)輸入波為SIN，SIN 時(shí)SIN-

19、inp1SIN-inp2SIN-out2)當(dāng)輸入波為SIN11 、SIN11 時(shí)SIN11-inp1SIN11-inp2SIN11-out3）當(dāng)輸入波為SIN22、SIN22 時(shí)SIN22-inp1SIN22-inp2SIN22-out5）當(dāng)輸入波為SIN33、SIN33 時(shí) SIN33-inp1 SIN33-inp2 SIN33-out6）當(dāng)輸入波為SIN44、SIN44 時(shí)SIN44-inp1SIN44-inp2SIN44-out7）當(dāng)輸入波為 SIN44、SINSin44-inp1Sin-inp2SIN44、SIN-Out8）當(dāng)輸入波為 SIN11、SIN33 時(shí)Sin11-inp1Sin33-inp2Sin11.sin33-Out9）當(dāng)輸入波為 SIN22、SIN 時(shí)Sin22-inp1Sin-inp2Sin22.Sin-Out第第 6 章章 總結(jié)總結(jié)卷積計(jì)算是數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)，也是 dsp 芯片的基礎(chǔ)。通過本次設(shè)計(jì)不僅使我們對(duì)卷積計(jì)算的理解加深了，也加強(qiáng)了我們對(duì) dsp 芯片的了解與其應(yīng)用的學(xué)習(xí)程度。而且還增