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DSP课后习题答案


对数据和函数的存储类别可分为:自动的(auto) 、静态的(static) 、寄存器的(register) 、外部的(extern) 。 非线性运算的方法:级数展开法、查表法、混合法 DSP 实现的一般方法: (1) 、在通用的计算机上用软件实现。 (2) 、在通用的计算机系统上加上专用的加速处理机 实现(3) 、在通用的单片机上实现。(4) 、在通用的可编程 DSP 芯片实现(5) 、在专用的 DSP 芯片实现、 (2)简述 DSP 应用系统的典型构成和特点 答:DSP 系统的典型结构
输入 抗混 叠滤 波 DSP A/D 芯片 D/A 平滑 滤波 输出

其工作过程 ①对输入信号进行带限滤波和抽样; ②进行 A/D 变换,将信号变换成数字比特流; ③根据系统要求,DSP 芯片对输入信号按照特定算法进行处理; ④D/A 转换,将处理后的数字样值转换为模拟信 号; ⑤平滑滤波,得到连续的模拟信号波形 特点:接口方便 编程方便 稳定性好 (3)简述 DSP 应用系统的一般设计过程 精度高 可重复性好 集成方便

DSP 系统的设计流程:1. 定义系统性能指标 2. 采用高级语言进行性能模拟 3. 设计实时 DSP 应用系统 4. 借助开 发工具进行软硬件调试 5. 系统集成与独立系统运行 设计流程图:
DSP 应用 定义系统性能指 标 选择 DSP 芯片

软件编程

硬件设计

软件调试

硬件调试

系统集成

系统测试和调试

TMS320 系列 DSP 芯片的特点:

1.采用哈佛结构实现内部总线;2.采用流水线操作实现指令操作; 3.乘法采用专用的硬件乘法器实现;4.具有高效的 DSP 指令 哈佛结构的特点:将程序和数据存储在不同的存储空间 流水线的特点:采用流水线操作,处理器可以并行处理多条指令,提高 CPU 工作效率 DSP 芯片的运算速度指标: 指令周期 MAC 时间 FFT 执行时间 MIPS:每秒执行百万条指令 MOPS:每秒执行百万条操作 MFLOPS:每秒执行 百万条浮点操作 BOPS:每秒执行十亿次操作 (8)设计 DSP 应用系统时,如何选择合适的 DSP 芯片 答:DSP 芯片的选择要根据实际系统的需要来选择 DSP 芯片,已达到系统最优化的设计。 所以一般选择 DSP 芯片要考虑以下因素: 芯片运行速度、DSP 芯片的价格、DSP 芯片的硬件资源、DSP 芯片的运算精度、DSP 芯片的开发工具、DSP 芯片的功 耗等因素。 (9)TMS320VC5416-16 工作在 160MHz 时的指令周期是多少 ns?它的运算速度是多少 MIPS?当工作在 100MHZ 时,

其指令周期和运算速度是多少? 解:指令周期 T=1/160M=6.25ns; 运算速度:160MIPS

当工作在 100MHz 时,指令周期:T=10ns; 运算速度:100MIPS (10)一个 DSP 系统的采样频率是 10KHZ,采用的 DSP 芯片的指令周期是 10ns。如果某 DSP 算法是按样点处理的, 问算法实时运行的条件是什么?如果 DSP 芯片是按帧处理的,且帧长是 10ms,则在一帧时间内最多可以运行多少个 指令周期。 解:按样点处理:如果采样频率时 10KHz,那么采样周期为 100us,又因为指令周期为 10ns(指令周期在大小上等于 MAC),所以在一次采样周期内,最多可以完成的 MAC 的个数是:100us/10ns=10000 条指令,所以如果要实时运行, 所运行的指令数不能超过 10000 个。 10ms/10ns=1000000 个。所以,一帧内可以运行 10^6 个指令周期。

第二章

(1)DSP 芯片的基本结构:CPU、总线、存储器以及集成外设与专用硬件电路等 CPU 主要包括:算数逻辑单元(ALU) 、累加器(ACC) 、乘累加单元(MAC) 、移位寄存器和寻址单元。 存储器包括:ROM、Flash、单访问 RAM(SARAM) 、双访问 RAM(DARAM)等 (2)ALU 与累加器的区别是什么? 算术逻辑单元 ALU 可以实现加/减法运算、 逻辑运算等大部分算术和逻辑功能, 且许多运算可以在一个周期内完成, ALU 的运算结果通常被送往累加器;累加器是 DSP 中的一个特殊的寄存器,用于存放 ALU 单元或者其他运算逻辑单 元的运算结果,同时作为一些运算逻辑单元的输入,以提供一个中继的功能 (3)什么是冯诺依曼结构和哈佛结构?二者有什么区别? 答:冯·诺依曼结构:程序指令与数据共享同一存储空间,统一编址,依靠指令计数器提供的地址来区分是指令还 是数据;采用同一条地址和数据总线进行访问。 哈佛结构:将程序和数据存储在不同的存储空间中,独立编址,独立访问;程序总线和数据总线分开,数据吞吐量 提高了一倍 (4)什么是流水线操作?简述其工作原理。

答:流水线的原理:将指令分成几个子操作,不同的子操作由不同的单元完成。这样每一个时钟周期,每个单元都 可以进入一条新指令。因此在同一个时钟周期内,在不同的单元可以处理多条指令,相当于并行指令了多条指令。 (5)如何利用 I/O 口实现 UART 通信。 答:大多数 DSP 芯片中都设置了通用的 I/O(GPIO)口。GPIO 与定时、中断和各种时序有机的结合,就可以模拟出 绝大多数的串口通信方式。 (6)HPI 口的特点 答: 接口所需硬件少; 允许一个或两个选通信号, 一个独立或复用的地址总线, 一个独立或复用的数据总线接到 MCU 上;主机和 DSP 可以独立的控制 HPI;主机和 DSP 握手可以通过中断方式完成;主机可以通过 HPI 接口装载 DSP 应 用程序,接受 DSP 运行结果或诊断 DSP 运行状态。 (9)TI 公司的定点 DSP 芯片有哪些?各有什么特点。 答:TMS320C2000 系列:主要用于工业控制领域 MS320C5000 系列:主要用于音频领域和低质量的视频领域 TMS320C6000 系列:主要用于高质量的视频领域

第三章 (1)已知一十六进制数 3000H,若该数分别用 Q0,Q5,Q15 表示,计算该数的大小。 答:这道题是一道定点转浮点的题:3000H=(0011 0000 0000 0000)B 用 Q0 表示为 12288;用 Q5 表示为 12288/(2^5)=384;用 Q15 表示 12288/(2^15)=0.375 (2)若某一变量用 Q10 表示,计算该数所能表示的数值范围和精度。 答:Q10 的最大值: ( (2^15)-1)*2^-Q=31.9990234 Q10 的最小值:-2^15*2^-Q=32 Q10 的精度:2^-Q=1/1024 (3)已知 x=0.4567,试分别用 Q15,Q14,Q5 将该数转化为定点数(考虑舍入和不考虑舍入两种情况) 答:这是一道浮点转定点的题:在不考虑舍入的情况下:用 Q15 表示:[0.4567*2^15]=14965 用 Q14 表示:[0.4567*2^14]=7482;用 Q5 表示:[0.4567*2^5]=14 考虑舍入情况下:用 Q15 表示:[(0.4567*2^15)+0.5]=14965; 用 Q14 表示:[(0.4567*2^14)+0.5]=7483; 用 Q5

表示:[(0.4567*2^5)+0.5]=15 (4)函数 f(x)=2(1+x^2),-1<x<1,为了保持最大精度,确定定点运算时自变量 x 和函数 f(x)的 Q 值。 解:若-1<x<1,则 f(x)的范围是(2,4) 查表可以发现:x 的 Q 值是 15,f(x)的 Q 值是 13 (5)两个数 x,y 分别用 0.45 和 1.97,试采用 16 位定点法(保持最大精度) ,计算 x,y 之和及乘积,并比较定点和 浮点的结果。 解:定点加法:首先进行浮点加法运算,大致确定 x,y,z 的范围:0.45+1.97=2.42 确定精度:x 的精度:15,y 的精度:14;z 的精度:13 x 的定点结果:14745 ;y 的定点结果:31457 z=(x+y*2)/4=19414 z 的浮点表示:2.37 定点乘法:首先进行浮点乘法:0.45*1.97=0.8865 大致确定精度为,x:15;y:14;z:15 x 的定点结果:14745 ;y 的定点结果:31457

Z=(x*y)*2(Qz-Qx-Qy)=28310 化为浮点数:0.87

第四章 (1)DSP 软件开发的工具有几类,各有什么作用? 答:软件开发过程要使用代码生成工具,代码调试工具,代码优化工具,代码管理工具等 代码生成工具:是指把高级语言,汇编语言,或二者的混合编码程序转化为 DSP 可执行的目标代码。 代码调试工具:是对 DSP 程序及系统进行调试使之能够达到设计功能的工具程序。 代码优化工具:代码优化器是对 C 语言进行优化使之能够达到一定运算量要求的程序。 代码管理工具:是对整个系统所涉及的文件进行管理,使之便于大规模的系统开发。 (2)从 Sample.c 源程序到最终的 Sample.out,中间需要经过哪些步骤? 答:C 语言实现 C 编译器

汇编编译器 目标文件 链接器 可执行文件 (3)CCS 集成开发软件有哪些功能,与原先的 DSP 开发软件相比有哪些优势? 具有编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试及实时跟踪等功能: 优势;A.集成的代码生成工具使开发设计人员不必在 DOS 窗口输入大量的命令及参数; B.集成的调试工具使调试 程序一目了然,大量的观察窗口使程序调试得心应手。 提供配置、构造、调试、跟踪和分析程序的工具。 速和增强了实时、嵌入信号处理的开发过程; B.在基本代码产生工具的基础上增加了调试和实时分析的功能 第五章 (1)从 C 语言程序到汇编语言程序,C 语言编译器完成的处理? C 语言文件--- 语法分析器 ---- 优化器 ---- 代码生成器 ----- 汇编源文件 A.加

(2)C 语言程序代码优化有几种方法 答:算法优化 编译优化 函数优化 (3)利用 C 语言实现中断函数,有什么要求 答: (1)对由 SP 指向的字,编译器可能正在使用,因此必须加以保护(2)中断的屏蔽和使能必须由程序员设置 3)由于 C 语言编写中断时,需对所有寄存器进行保护 4)中断程序没有参数传递(5)将一个程序与某个中断关联 时,必须在相应的中断矢量处加跳转指令 第六章 (2)说明.text 块 .data 块和.bss 块分别包含什么内容? 答:.text 块:通常包含可执行代码(代码块。 .data 块:通常包含初始化变量(数据块) 。 .bss 块:通常为未初始化的变量的保留空间(保留块。 ) (3)链接命令文件包括哪些内容? 答:链接器提供两个命令完成上述功能:MEMORY 和 SECTIONS。MEMORY 命令定义目标系统的存储器,程序员可以定

义每一块存储器, 指定每一块的起始地址和长度。SECTIONS 告诉链接器如何组合输入块以及在存储器何处存放输出 快。 若不用这两个命令, 链接器会采用默认的分配算法。 若要使用这两个命令, 一般需要链接命令文件, 扩展名为.cmd。 因此程序员先根据系统要求编写一个链接命令文件,并把它添加到工程文件中。

第七章 (1)汇编语言格式包含哪几部分?编写汇编语言需要注意哪些问题? 答:汇编语言格式包括四部分:标号域,指令域,操作数域和注释域 注意事项: (1)语句必须以标号,空格,星号或分号开始。 (2)标号为可选项,若要使用标号,则必须从第一列开始。标号长度为 32 个字符, 字母,数字和$(数字不打头)组成。标号后必须跟冒号(: ) ,但并不作为标号的一部分 (3)每个域必须要有一个或多个空格分隔开。 (4)注释是可选项,第一列可以用星号或分号,但其他列开始的注释前面只能表分号。

(5)指令域一定不能从第一列开始,否则将被视为标号 (6)操作数域内写操作数,若为立即数,需要用#开始,若要间接寻址,则要以*开始 (2)C54x 的指令集包含了哪几种基本类型的操作? 答:C54x 包含了四种基本类型的操作:算术指令,逻辑指令,程序控制指令,装载和存储指令 (3)C54x 提供了哪些基本的数据寻址方式? 答:数据寻址:立即数寻址,绝对地址寻址,累加器寻址,直接寻址,间接寻址,存储区映射寄存器寻址,堆栈寻 址 第八章 (1)为什么通常需要采用 C 语言和汇编语言的混合编程方法 答:原因:用 C 语言开发 DSP 程序不仅使 DSP 开发

的速度大大加快,而且 DSP 程序的可读性和可移植性显著提高,程序修改也非常方便。但在某些情况下 C 代码的效 率还是无法和手工编写的汇编代码的效率相比,如 FFT 程序。用 C 语言编写的中断程序虽然好读,但是其运行效率 不高,当中断被反复调用时,就会大大的降低程序运行效率。所以为了解决上述问题,提出了 C 语言和汇编语言混 合编程的方法。

(2)C 语言和汇编语言的混合编程方法主要有哪几种?各有什么特点? 答:独立编写 C 语言和汇编语言 直接在 C 语言程序的相应位置嵌入汇编语言 对 C 语言进行编译,生成相应的汇编语言 (3)整型变量 var 和整型数组 table[10]已经在汇编程序中定义为全局变量和全局数组, 试说明如何在 C 程序中访 问 var 变量和 table 数组并编写相应的 TMS320C54x 程序。 汇编语言: .global _var;定义外部变量 x .global _table;定义数组 .sect “table_1”;定义一个独立快 _table: .float 0.00 .float 0.02 ;数组起始地址

.float 0.03 .float 0.00 .float 0.02 .float 0.03 .float 0.00 .float 0.02 .float 0.03 .float 0.03 C 程序: extern int var; //定义外部变量 var=1;//访问变量 float table[10];//定义外部数组 float *p=table;//定义指针

f=p[2];//访问 p

(4)在汇编程序中如何访问 C 程序中定义的全局变量和全局数组?试编写 TMS320C54x 程序进行验证。 访问在 C 程序中定义的全局变量 int i;

float x; void main(void) { ? ?}

汇编程序: .global _i .global _x LD @_i,A ;定义 i 为全局变量 ;定义 x 为全局变量 ;A=i

ST T,@_x

;x=T

s_add .word _s 数组 s 的起始地址 .text LD 0,T ST T,@_h+1 ST T,@_s+10 ;T=0 ;h[1]=0 ;s[10]=0x55

访问在 C 程序中定义的数组 int h[20];

float s[80]; void main(void) { ? ?}

汇编程序:

.global _h .global _s .data

;定义_h 为全局变量 ;定义_s 为全局变量

h_add .word _h 数组 h 的起始地址 s_add .word _s .text LD 0,T ; ST T,@_h+1 ST T,@_s+10 第九章 (2)CPU 与外设传输数据的主要方式有哪些?试比较它们的优缺点。 答:CPU 和外设之间的传送方式有三种:查询传送方式、中断传送方式、DMA 传送方式 优缺点:查询方式:结构简单,CPU 通过不断查询外设状态信号,来确定是否发送或接受。所以其缺点也是很显然 T=0 ;h[1]=0 ;s[10]=0x55

的,占用了大量的 CPU 的资源。 中断的方式:大大提高了 CPU 的效率,利用外设向 CPU 申请中断的方式,来处理是否发送或接受。缺点是还是需要 CPU 去处理数据的发送和接受 DMA:利用硬件直接处理外设,不需要通过 CPU,使 CPU 从繁冗的外设中解放出来,处理更多的数据,当然缺点是增 大了硬件成本,电路结构复杂。 (3)DSP 中断处理步骤 接收中断请求:通过软件或硬件请求挂起主程序。如果中断源正在请求一个可屏蔽中断, 则当中断被接收到时中断标志寄存器(IFR)的相应位被置 1。 应答中断 :如果中断是可屏蔽的,则依定义条件的满足与否决定 DSP 如何应答中断。 如果是非屏蔽硬件中断或软件中断,中断应答是立即的。 执行中断服务程序:一旦中断被应答,执行中断向量地址所指向的分支转移指令,并执 行中断服务程序 答:首先:CPU 判断中断响应条件是否满足。一旦满足,CPU 就开始响应中断请求

然后,通常把需要保护的寄存器值保护起来 执行相应的 ISR 最后恢复现场返回。 (4)DSP 中断矢量表重定位如何实现? 答:中断矢量表可以通过修改 IPTR 实现重定位。 十一章 (1) 一个 DSP 最小硬件系统一般包括哪些部分 答:DSP 基本硬件系统包括:复位电路、电源电路、时钟电路、JTAG 电路以及其他外设

(2) 一个 DSP 系统中采用 TMS320VC5402 DSP 芯片,系统中还有若干 5V 器件,试为该系统设计合理的电源 答:略(应该不考) (3) 如何保证硬件系统的稳定可靠?主要有哪些方法 答:为了提高 DSP 的可靠性,必须考虑接地、屏蔽、隔离等技术的应用。

同时,由于 DSP 芯片的工作频率较高,芯片在运行的过程中会产生较大的功耗,要考虑散热。提高 DSP 系统 可靠性的常见方法:接地技术、屏蔽技术、隔离技术、散热技术


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