DSP应用技术教程 部分习题答案文档格式.docx
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3)按照DSP处理器的工作时钟和指令类型划分,可以将DSP处理器分为静态DSP处理器和一致性DSP处理器。
4)按照不同生产厂家的产品系列划分,可以将DSP处理器分为TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP21系列、AT&
T公司的DSP16/32系列,Motolora公司的MC5600/MC9600系列、NEC公司的μPD77系列等。
11.什么是定点DSP和浮点DSP?
参见P81.2.3节。
第2章DSP系统设计概述
1.DSP与通用的CPU和微控制器(MCU)相比有什么特点?
DSP处理器与通用CPU和微控制器(MCU)相比,从系统管理的角度看,通用CPU具有强大的优势;
从系统简单、易于开发的角度看,MCU提供了相应用户电路,具有良好的实用性;
但如果需要实现复杂数学计算,或需要进行高速数字运算的数字信号处理系统(例如语音识别、图像实时处理和多媒体处理等),则需要使用DSP处理器来完成,这是由于DSP处理器在结构上采用了许多专门技术和措施,来提高数据运算处理速度,使其能实时快速地实现各种数字运算。
2.简述DSP系统的基本构成。
典型的DSP系统基本结构框图如图所示。
从结构框图可以看出,典型的DSP系统包括数字信号处理器DSP、存储器、A/D和D/A转换器、模拟控制和处理电路、各种控制口与通信口,同时还需要电源管理以及为并行处理或协处理提供的同步电路等。
3.如何着手DSP系统设计开发?
需要哪些准备工作?
参见P16-172.2.1节。
4.简述DSP系统的一般设计过程。
DSP系统的设计开发过程可以用下图所示的流程图来表示,该流程图将设计过程大致分为如下几个阶段:
1)定义系统性能指标
2)确定算法并进行算法模拟
3)选择DSP处理器
4)设计DSP应用系统(软硬件设计)
5)系统集成和测试
5.TI公司的DSP主要有哪几大类?
TI公司为各种应用开发提供了多种数字信号处理(DSP)平台,其中包括TMS320C2000系列、TMS320C5000系列、TMS320C6000系列、DaVinci数字媒体处理器和OMAP应用处理器。
6.简述TI公司2000,5000,6000系列DSP的特点及主要用途。
参见2.3.1节。
7.简述Davinci系列处理器和OMAP系列处理器的主要特点.
参见2.3.1节达芬奇系列和OMAP系列部分。
8.简述TMS320C54x系列处理器与TMS320C55x系列处理器在性能上的区别。
参见2.3.1节TMS320C54x和TMS320C55x两系列介绍部分。
9.在设计DSP系统时,如何选择DSP?
对不同的应用场合,DSP处理器的选取也是不一样的。
一般来说,选择DSP处理器时应考虑以下因素:
DSP处理器的运算速度、DSP处理器的运算精度、DSP处理器的硬件资源、DSP处理器的开发工具、DSP处理器的功耗、DSP处理器的价格及售后技术服务、DSP处理器的支持多处理器功能、DSP应用系统的运算量和其他因素。
13.一个DSP系统的采用频率是10HZ,采用的DSP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算法是按帧处理的,且帧长是10ns,则在一帧时间内最多可运行多少个指令周期?
条件:
一个样点计算时间<
100ms,
一帧内最多可运行1个指令周期。
参见P30-31DSP应用系统的运算量。
第3章TMS320C54x的硬件结构
2.TMS320C54x的总线有哪些?
它们各自的作用和区别是什么?
TMS320C54x片内有8条16位主总线,即1条程序总线(PB)、3条数据总线(CB、DB和EB)和4条地址总线(PAB、CAB、DAB和EAB),这些总线形成了支持高速指令执行的硬件基础。
8条16位总线的功能如下。
1)1条程序总线(PB):
程序总线(PB)传送由程序存储器取出的指令操作代码和立即操作数。
2)3条数据总线(CB、DB和EB):
3条数据总线(CB、DB和EB)将内部各单元(如CPU,数据地址生成电路,程序地址生成电路,片内外围设备以及数据存储器)连接在一起。
其中,CB和DB用来传送从数据存储器读出的数据;
EB用来传送写入存储器的数据。
3)4条地址总线(PAB、CAB、DAB和EAB):
4条地址总线(PAB、CAB、DAB和EAB)用于传送执行指令所需要的地址。
3.TMS320C54x的CPU包含哪些部分?
它们的功能是什么?
TMS320C54x的CPU基本组成如下:
运算部件:
1)40位算术逻辑单元(ALU):
功能:
TMS320C54x使用40位算术逻辑单元(ALU)和两个40位累加器(ACCA和ACCB)来完成二进制补码的算术运算和逻辑运算,且大多数都是单周期指令。
2)2个40位累加器A和B:
用于存储ALU或乘法器/加法器单元输出的数据。
累加器也能输出数据到ALU或乘法器/加法器中。
3)40位桶形移位寄存器:
桶形移位器能把输入的数据进行0到31位的左移和0到16位的右移。
4)17×
17位乘法器和一个专用40位加法器:
C54xCPU有一个17×
17位的硬件乘法器,与40位的专用加法器相连,可以在单周期内完成一次乘法累加运算。
5)比较、选择和存储单元(CSSU):
6)指数编码器:
指数编码器是用于支持单周期指令EXP的专用硬件。
功能支持指令EXP和NORM完成规格化定点数操作。
控制部件:
1)状态寄存器ST0:
ST0反映寻址要求和计算的中间运行状态
2)状态寄存器ST1:
ST1反映寻址要求,计算的初始状态设置,I/O及中断控制。
3)处理器模式状态寄存器PMST:
PMST主要设定并控制处理器的工作方式,反映处理器工作状态。
PMST中的数据决定了C54X芯片的存储器配置情况,PMST寄存器通过存储器寻址的寄存器指令装载。
4.TMS320C54x的CPU中累加器A和B的保护位AG和BG的作用是什么?
累加器A和B的保护位AG和BG作为计算时的高位余量位,用于防止在迭代运算(如自相关)中产生溢出,在进行有符号运算时为扩展符号位。
5.当标志位FRCT=1时,TMS320C54xCPU中的乘法器的乘积将作怎样的调整?
说出这些调整在小数运算中的实际意义是什么?
由于乘法器在进行两个16位二进制补码相乘时会产生两个符号位,为提高运算精度,在状态寄存器ST1中设置小数方式控制位FRCT。
当FRCT=1时,乘法器结果自动左移一位,消去多余的符号位,相应的定标值加1。
6.已知累加器A的值为FFFF815432h,暂存器T的值为0010h,执行指令EXPA和NORMA后,累加器A和暂存器T的值各为多少?
累积器A的值为FF81543200h,暂存器T的值为8h。
9.TMS320C54x的总存储空间为多少?
可分为哪几类?
它们的大小是多少?
TMS320C54x的总存储空间为192K字,分为3个可选择的存储空间:
64K字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O空间。
10.TMS320C54x片内随即存储器有哪几种?
片内与片外RAM的区别是什么?
参见P62-633.4节存储器部分。
11.简述三种存储器空间各自的作用是什么?
1)程序存储器空间用来存放要执行的指令和执行中所需的系数表。
2)数据存储器空间用来存放执行指令所要用的数据,包括需要处理的数据或数据处理的中间结果。
3)I/O存储器空间可与存储器映射外围设备相接口,也可以作为附加的数据存储空间使用。
12.I/O空间是在片内还是在片外?
访问I/O的实质是什么?
I/O空间是在片外,访问I/O是对I/O映射的外部器件进行访问,而不是访问存储器。
13.数据页0(0h~7Fh)能否被映射到程序存储空间?
不能
14.TMS320C54x存储空间的配置是受
、OVLY和DROM3个位控制的。
如果想使片上RAM同时映射到数据存储空间和程序存储空间,那么
、OVLY和DROM的值应该如何设置?
OVLY=1
17.TMS320C54x片内外设主要有哪些?
通用I/O端口、时钟发生器、软件可编程等待状态发生器、可编程块切换逻辑、定时器、主机接口、串行口、DMA控制器等。
19.时钟发生器由哪些部分组成?
他们是如何工作的?
参考P73-773.5.2节时钟发生器部分。
21.TMS320C54x复位的条件有哪些?
通常TMS320C54x有几种复位方式?
各是什么?
上电复位后,第一条程序指令所在的地址是多少?
TMS320C54x复位期间,处理器进行以下操作:
(1)处理器工作方式状态寄存器PMST中的中断向量指针IPTR被设置成1FFh。
(2)处理器工作方式状态寄存器PMST中
被设置成与引脚
状态相同的值。
(3)程序计数器PC设置成FF80h。
(4)扩展程序计数器XPC被清零(如果XPC可用)。
(5)不管
位的状态如何,将FF80h加到地址总线上。
(6)数据总线变为高阻状态。
(7)控制线处于无效状态。
(8)产生应答信号
。
(9)状态寄存器ST1中的中断方式位INTM置1,关闭所有可屏蔽中断。
(10)中断标志寄存器IFR被清零,以清除中断标志。
(11)单指令重复计数器(RC)被清除。
(12)产生同步复位信号
,用于初始化片内外设。
(13)状态寄存器ST0=1800h,即以下的状态位被设置成它们的初始值:
ARP=0,TC=1,C=1,OVA=0,OVB=0,DP=0。
(14)状态寄存器ST1=2900h,即以下的状态位被设置成它们的初始值:
BRAF=0,CPL=0,XF=1,HM=0,INTM=1,OVM=0,SXM=1,C16=0,FRCT=0,CMPT=0,ASM=0。
(15)处理器工作方式状态寄存器PMST以下的状态位被设置成它们的初始值:
OVLY=0,AVIS=0,DROM=0,CLKOFF=0。
需要注意的是,复位期间,其余的状态位和堆栈指针SP没有被初始化,需要使用用户程序对它们进行初始化。
如果
=0,那么处理器从片内ROM开始执行程序,否则,处理器从片外程序存储器开始执行程序。
TMS320C54x的复位有两种方式,分别为软件复位和硬件复位。
软件复位是通过执行指令实现处理器的复位;
硬件复位是通过硬件复位电路实现处理器的复位。
硬件复位电路包括上电复位、手动复位和自动复位。
上电复位后,第一条程序指令所在的地址是FF80h。
22.在闲置方式1(IDLE1)、闲置方式2(IDLE2)、闲置方式3(IDLE3)和保持方式这4种省电方式中,哪一种最省电?
哪几种能够被内部中断唤醒?
闲置方式3(IDLE3)最省电。
闲置方式1(IDLE1)能够被内部中断唤醒
23.TMS320C54x中断分为哪几类?
其中的可屏蔽中断在什么情况下可以被CPU响应?
TMS320C54x支持软件中断和硬件中断。
软件中断由程序指令产生(INTR或TRAP)。
硬件中断由设备的一个信号产生,硬件中断包含两种类型,分别为外部硬件中断和内部硬件中断。
外部硬件中断由外部中断接口的信号触发;
内部硬件中断由片内外设的信号触发。
硬件或软件中断发送了一个中断请求后,CPU必须要决定是否响应该中断。
软件中断和不可屏蔽中断立即被响应,而可屏蔽的硬件中断只有在满足以下3种条件时才能被响应:
(1)优先级最高。
当同时有多个硬件请求中断时,TMS320C54x根据优先级对其进行响应。
(2)状态寄存器ST1中的INTM位为0。
表示允许可屏蔽中断,可以用“RSBXINTM”指令来对INTM复位。
(3)中断屏蔽寄存器IMR中的相应位为1。
CPU响应中断时,让PC转到适当的地址取出中断向量,并发出中断向量信号
,清除响应的中断标志位。
24.若处理器工作方式状态寄存器PMST的值设为01A0h,而中断向量为INT3,那么中断响应时,中断向量地址为多少?
该题自己思考解答。
参考P923.7.4节。
重点是中断向量地址计算。
26.TMS320C54x的流水线操作分为几个阶段?
分别叙述流水线操作各阶段的功能?
流水线的6个操作阶段分别为预取指(P)、取指(F)、译码(D)、访问(A)、读数(R)和执行(X)。
每个流水线操作阶段各占用一个机器周期。
各操作阶段的功能如下:
(1)程序预取指(P):
将下一条指令的地址,放在程序地址总线(PAB)上。
(2)程序取指(F):
从程序总线(PB)上取指令字,并将该指令字放入指令寄存器(IR)中。
(3)译码(D):
将指令寄存器(IR)中的内容译码,确定要访问存储器的类型以及数据地址产生单元(DAGEN)和CPU的控制时序。
(4)访问(A):
数据地址产生单元(DAGEN)在数据地址总线(DAB)输出要读的操作数的地址。
如果还有第二个操作数,则在另一个数据地址总线CAB上输出相应的地址。
同时更新间接寻址模式下的辅助寄存器(ARx)和堆栈指针(SP)。
(5)读数(R):
从数据总线DB和CB上读取操作数,完成操作数的读取。
同时,操作数的写入开始。
如果需要写数据,则写数据的地址放在数据写地址总线(EAB)上。
对存储器映射寄存器而言,数据是从存储器中读取,写数据时通过DB写入选择的存储器映射寄存器。
(6)执行(X):
在这个阶段完成指令的执行,并将数据放在数据写总线(EB)上完成操作数的写入。
第4章TMS320C54x指令系统
1.TMS320C54x提供哪几种数据寻址方式?
各有什么特点?
应该应用在什么场合?
TMS320C54x提供了以下7种基本的数据寻址方式:
(1)立即数寻址:
指令中直接包含了所需要的操作数。
(2)绝对寻址:
指令中包含所要寻址的存储单元的地址。
(3)累加器寻址:
利用累加器的数值作为地址来读写程序存储器。
(4)直接寻址:
指令中包含数据存储器地址的低7位。
这7位作为偏移地址与数据页指针DP或堆栈指针SP相结合共同构成16位的数据存储器实际地址。
(5)间接寻址:
根据辅助寄存器的内容来寻找存储器映射寄存器地址,地址的低7位来自指令或某个辅助寄存器的低7位,高9位设置为0。
(6)存储器映射寄存器寻址:
修改存储器映射寄存器中的值而不影响当前数据页指针DP或堆栈指针SP的值。
(7)堆栈寻址方式:
地址来自堆栈指针SP,把数据压入和弹出系统堆栈。
2.绝对地址寻址有哪几种?
它们可以访问哪些地址空间?
有什么特点?
其中的长立即数寻址方式的指令能不能与循环指令RPT和RPTZ一起使用?
绝对寻址有以下四种类型:
1)数据存储器地址寻址:
数据存储器地址(dmad)寻址是用一个符号(符号地址)或一个表示16位地址的立即数来指明寻址的数据存储单元的16位绝对地址。
2)程序存储器地址寻址:
程序存储器地址(pmad)寻址是用一个符号(符号地址)或一个表示16位地址的立即数来指明寻址的程序空间的地址。
3)端口地址寻址:
端口地址(PA)寻址是用一个符号或一个数值来指明其外部I/O口地址。
4)长立即数*(lk)寻址:
长立即数*(lk)寻址是用一个符号或一个数值来指明寻址的数据存储空间的地址。
这种寻址方式可以用在所有支持单数据存储器(Smem)操作数的指令中。
使用长立即数寻址方式的指令不能与单循环指令RPT和RPTZ一起使用。
3.直接寻址方式有两种方式,它们是什么?
如何控制?
当SP=2000h,DP=2,偏移地址为25h时,分别寻址的是哪个存储空间的哪个地址单元?
直接寻址方式包括DP直接寻址和SP直接寻址两种方式。
当CPL=0时,寻址方式为以DP为基地址的直接寻址方式,简称DP直接寻址;
当CPL=1时,寻址方式为以堆栈指针SP为基地址的直接寻址方式,简称SP直接寻址。
当CPL=0时,DP=2,dmad=25h,实际地址为0100h+25h=0125h。
当CPL=1时,SP=2000h,dmad=25h,实际地址为2000h+25h=2025h。
4.当使用位倒序寻址时,应使用什么辅助寄存器?
试述地址以位倒叙方式产生的过程。
位倒序寻址是DSP的一种特殊处理方式,是专门为快速傅立叶变换FFT而设计的,这种寻址方式可以显著提高程序的执行速度和存储区的利用效率。
使用时,AR0存放的整数N为FFT点数的一半,另一个辅助寄存器ARx指向数据存放的单元,当使用位倒序寻址把AR0加到辅助寄存器中时,地址以位倒序的方式产生,即进位是从左向右,而不是通常的从右向左。
5.在循环寻址方式中,如何确定循环缓冲的起始地址?
如循环缓冲大小为32,其起始地址必须从哪开始?
长度为R的缓冲器必须从N位地址的边界开始(即循环缓冲器基地址的N个最低有效位必须为0),N是满足2N>
R条件的最小整数。
长度R=32的循环缓冲器必须从地址XXXXXXXXXX0000002(N=6,26>
32,该地址的最低6位为0)开始,同时32必须存入BK。
6.若辅助寄存器AR0的值为0x0010h,AR3的值为0x0310h,循环缓冲起始地址为0300h,BK=31,请分别给出下列寻址方式修改后的辅助寄存器的值。
(1)*AR3+%
(2)*AR3+0%(3)*AR3-0%(4)*+AR3(-2)(5)*AR0(0100H)
寻址方式修改后的辅助寄存器的值
(1)AR3=0X0311H(0X0300H<
0X0311H<
0X031FH)
(2)AR3=0X0310H+0X0010H=0X0320H>
0X031FH则:
AR3=0X0320H-1FH=0X0301H
(3)AR3=0X0310H-0X0010H=0X0300H
(4)AR3=0X0310-2=0X030EH
(5)AR0=0X0100H
7.双数据存储器操作数间接寻址使用哪几种类型?
所用辅助寄存器只能是哪几个?
其特点是什么?
双数据存储器操作数间接寻址类型为*ARx、*ARx-、*ARx+、*ARx+0%。
所用4个辅助寄存器为AR2、AR3、AR4、AR5。
双数据存储器操作数间接寻址的特点是:
占用程序空间小,运行速度快,在一个机器周期内通过2个16位数据总线(C和D)读两个操作数。
8.堆栈寻址的作用是什么?
压栈和弹出堆栈操作是如何实现的?
当发生中断或子程序调用时,堆栈用来自动地保存程序计数器PC的值。
堆栈也可以用来保护现场或传送参数。
堆栈寻址,就是利用堆栈指针,按照先进后出的原则来寻址。
SP总是指向压入堆栈的最后一个数据。
堆栈寻址的作用是保护调用,中断现场信息,进行数据传输。
在执行压入堆栈操作时,SP先减1,然后将数据压入堆栈;
在执行弹出堆栈操作时,数据从堆栈中弹出后,SP再加1。
9,10,11,12,21,22题:
参考书中例题和PPT,自行思考解答。
第5章TMS320C54x的软件开发与设计
1.简述TMS320C54x应用软件开发过程。
TMS320C54XDSP软件开发的流程主要包括以下步骤:
(1)用C语言或汇编语言编写程序,后缀分别为.C或.asm,在asm文件中,除了DSP的指令外还有伪指令;
(2)用汇编器由asm文件生成obj文件,或者用C编译器把C文件翻译成asm文件,再生成obj文件;
(3)用链接器根据链接命令文件(cmd文件)将多个obj文件及库文件链接起来,并分配各程序段、数据段的地址,生成的out文件可供模拟/仿真;
(4)用模拟器/仿真器对out文件进行分析验证;
(5)用代码格式转换工具将out文件转化成可写入EPROM的数据文件。
2.简述汇编器、链接器的功能。
汇编器(Assembler)用于把汇编语言源文件翻译成机器语言目标文件,机器语言格式为公用目标格式(COFF)。
链接器(Linker)用于把多个目标文件组合成单个可执行目标模块。
它一边创建可执行模块,一边完成重定位以及决定外部参考。
链接器的输入是可重定位的目标文件和目标库文件。
3.简述COFF文件中段的结构。
参考P1835.5.1节COFF文件中的段。
4.链接器对段是如何处理的?
链接器是开发TMS320C54x器件必不可少的开发工具之一,它对段处理时有2个主要任务:
一个是将一个或多个COFF目标文件中的各种段作为链接器的输入段,经链接后在一个执行的COFF输出模块中建立各个输出段;
另一个是在程序装入时对其重新定位,为各个输出段选定存储器地址。
链接器通过链接命令文件来控制对段的处理,命令文件为ASCⅡ文件,可包含以下内容:
控制链接的输入文件名、指定目标文件、存档库或其他命令。
链接器选项,它们在命令文件中的使用方法与在命令行中相同。
MEMORY和SECTIONS链接伪指令,用来指定目标存储器结
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