DSP课后习题答案.doc

第一章1简述典型实时数字信号处理系统组成部分。答：包括：抗混叠滤波器(Anti-aliasing filter)、模数转换器ADC（Analog-to-Digital Converter）、数字信号处理、数模转换器DAC（Digital-to-Analog Converter）和抗镜像滤波器(Anti-image filter) 。2简述X86处理器完成实时数字信号处理的优缺点。答：利用X86处理器完成实时数字信号处理。特点是处理器选择范围宽，主板及外设资源丰富，有多种操作系统可供选择，开发、调试较为方便；缺点是数字信号处理能力不强，硬件组成较为复杂，系统体积、重量较大，功耗较高，抗环境影响能力较弱。3简述数字信号处理器的主要特点。答：（1）存储器采用哈佛或者改进的哈佛结构；（2）内部采用了多级流水；（3）具有硬件乘法累加单元；（4）可以实现零开销循环；（5）采用了特殊的寻址方式；（6）高效的特殊指令；（7）具有丰富的片内外设。4给出存储器的两种主要结构，并分析其区别。答：存储器结构分为两大类：冯诺依曼结构和哈佛结构。冯诺依曼结构的特点是只有一个存储器空间、一套地址总线和一套数据总线；指令、数据都存放在这个存储器空间中，统一分配地址，所以处理器必须分时访问程序和数据空间。哈佛结构程序存储器空间和数据存储器空间分开，具有多套地址、数据总线，哈佛结构是并行体系结构，程序和数据存于不同的存储器空间，每个存储器空间独立编址、独立访问。5简述选择数字信号处理器所需要考虑的因素。答：应考虑运算速度、算法格式和数据宽度、存储器类型、功耗和开发工具。6给出数字信号处理器的运算速度指标，并给出其具体含义。答：常见的运算速度指标有如下几种：（1） 指令周期：执行一条指令所需的最短时间，数值等于主频的倒数；指令周期通常以ns（纳秒）为单位。例如，运行在200MHz的TMS320VC5510的指令周期为5ns。（2） MIPS：每秒百万条指令数。（3） MOPS：每秒百万次操作数。（4） MFLOPS：每秒百万次浮点操作数。（5） BOPS：每秒十亿次操作数。（6） MAC时间：一次乘法累加操作花费的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成MAC操作；（7） FFT执行时间：完成N点FFT所需的时间。FFT运算是数字信号处理中的典型算法而且应用很广，因此该指标常用于衡量DSP芯片的运算能力。第二章1TMS320C55x DSP 有哪些特征和优点？（表2-2）答：一个 32位 x 16位指令缓冲队列：缓冲变长指令并完成有效的块重复操作；两个17位x17位的乘法累加器：在一个单周期执行双乘法累加操作；一个40位算术逻辑单元(ALU)：实现高精度算术和逻辑操作；一个40位桶形移位寄存器：能够将一个40位的计算结果最高向左移31位或向右移32位；一个16位算术逻辑单元(ALU)：对主ALU并行完成简单的算术操作；4个40位的累加器：保留计算结果，减少对存储单元的访问；12条独立总线，其中包括3条读数据总线、2条写数据总线、5条数据地址总线、1条读程序总线、1条程序地址总线：为各种计算单元并行地提供将要处理的指令和操作数利用C55x的并行机制的优点；用户可配置IDLE域：改进了低功耗电源管理的灵活性。2TMS320C55x DSP 的内部结构由哪几部分组成？（图2-1）答：C55x有一条32位的程序数据总线（PB），5条16位数据总线（BB、CB、DB、EB、FB）和1条24位的程序地址总线及5条23位的数据地址总线，这些总线分别与CPU相连。总线通过存储器接口单元（M）与外部程序总线和数据总线相连，实现CPU对外部存储器的访问；指令缓冲单元（I）、程序流程单元（P）、地址流程单元（A）和数据计算单元（D）；以及存储器接口单元（M）。3简述指令缓冲单元（I）、程序流程单元（P）、地址流程单元（A）和数据计算单元（D）的组成和功能？答：C55x的指令缓冲单元由指令缓冲队列IBQ（Instruction Buffer Queue）和指令译码器组成。在每个CPU周期内，I单元将从读程序数据总线接收的4B程序代码放入指令缓冲队列，指令译码器从队列中取6B程序代码，根据指令的长度可对8位、16位、24位、32位和48位的变长指令进行译码，然后把译码数据送入P单元、A单元和D单元去执行。程序流程单元由程序地址产生电路和寄存器组构成。程序流程单元产生所有程序空间的地址，并控制指令的读取顺序。地址流程单元包括数据地址产生电路、算术逻辑电路和寄存器组构成。数据地址产生电路（DAGEN）能够接收来自I单元的立即数和来自A单元的寄存器产生读取数据空间的地址。对于使用间接寻址模式的指令，由P单元向DAGEN说明采用的寻址模式。数据计算单元由移位器、算术逻辑电路、乘法累加器和寄存器组构成。D单元包含了CPU的主要运算部件。D单元移位器能够接收来自I单元的立即数，能够与存储器、I/O空间、A单元寄存器、D单元寄存器和P单元寄存器进行双向通信，此外，还可以向D单元的ALU和A单元的ALU提供移位后的数据。4TMS320C55x DSP 的流水线操作包括多少个阶段？每一阶段完成什么操作？ 答：两个。第一阶段是取流水线，即从内存中取出32位的指令包，放入指令缓冲队（IBQ）中，然后为流水线的第二阶段提供48位的指令包。第二阶段是指执行流水线，这部分的功能是对指令进行解码，完成数据的存取和计算。5TMS320C55x DSP有哪些片上外设？答：两个20位的定时器。一个看门狗定时器。6通道直接存储器存取控制器（DMA）。外部存储器接口（EMIF）。三个串口支持最多三个多通道缓冲串口（McBSP）或最多两个多媒体/安全数字卡接口。增强型主机接口（EHPI）是一个16位的并行接口。可编程锁相环（DPLL）时钟发生器。USB全速（12Mbps）从端口。I2C主从接口。一个实时时钟。6TMS320C55x 的寻址空间是多少？当CPU访问程序空间和数据空间时，使用的地址是多少位的？答：C55x的寻址空间为16MB，当CPU从程序空间读取程序代码时，使用24位地址，当访问数据空间时，使用23位的地址。但是在访问数据空间时，将23位地址左移一位，并将地址总线上的最低有效位（LSB）置0，使得在对数据空间或程序空间寻址时，地址总线都传送24位地址。7符合IEEE1149.1标准的测试/仿真接口的引脚有哪几个？答：TCK引脚、TDI引脚、TDI引脚、TMS、TRST、EMU0、EMU1/OFF第三章1 C55x DSP支持哪三种寻址模式？答：C55x DSP支持三种寻址模式，绝对寻址模式；直接寻址模式；间接寻址模式。2简述k16绝对寻址和k23绝对寻址不同点和相同点。答：不同k16绝对寻址的指令其操作数为*abs16(#k16)，其中k16是一个16位的无符号常数。寻址方法是将7位的寄存器DPH（扩展数据页指针XDP的高位部分）和k16级联形成一个23位的地址，用于对数据空间的访问。该模式可以访问一个存储单元和一个存储映射寄存器。和k23绝对寻址的指令其操作数为*(#k23)，其中k23是一个23位的无符号常数。使用这种寻址方法的指令将常数编码为3字节（去掉最高位）。 相同点：k16绝对寻址和k23绝对寻址的指令不能与其他指令并行执行。3简述C55x DSP并行指令遵守的规则。答：在并行指令中，必须遵守三条基本规则： 两条指令的总长度不能超过6个字节。 在指令的执行过程中不存在操作器、地址产生单元、总线等资源冲突。 其中一条指令必须有并行使能位或两条指令符合软-双并行条件。4 已知AC1=0200FC00H，AR3=0200H，（200）=3400H。MOV *AR3+ #16AC0、AR1、AR2和AC1的值分别是多少？ 答：Before AfterAC0 00 6900 0000 AC0 00 95C0 9200AC1 00 0023 0000 AC1 00 0023 0000*AR1 EF00 *AR1 EF00AR2 0201 AR2 0202*CDP A067 *CDP A067ACOV0 0 ACOV0 1ACOV1 0 ACOV1 0CARRY 0 CARRY 0M40 0 M40 0FRCT 0 FRCT 0SATD 0 SATD 07 已知PC=004042H，AC0=0000000001H，根据下表的情况B branch执行上面指令后，PC和AC0分别是多少？答：Before AfterPC 004042 PC 006047AC0 00 0000 0001 AC0 00 0000 0000第四章1根据任务调度的方式不同，C55x处理器程序可以分为哪两类？并简述其优缺点。答：一类是由程序自己完成任务调度，另一类是由嵌入式操作系统完成任务调度。由程序自身完成任务调度程序运行效率高，对硬件中断响应快，程序运行稳定，适合于任务较为单一，实时性较强的应用；嵌入式操作系统完成任务调度，可以将应用分解为多个任务，简化了应用系统软件设计，更为重要的是良好的多任务设计有助于提高系统的稳定性和可靠性。2请利用指针将IO空间中地址从0x100到0x107中的值放置到数据空间*ptr指针当中。答：ioport int *a;Int *ptrvoid foo (void)i = 0x100;a = &i;for(int j=0;j=7;j+)ptr j=aj;3在o3级优化情况下，利用中断读取0x100000地址，并将值存放到变量in_flag中。答：变量in_flag定义volatile unsigned int in_flag;中断服务程序interrupt void int_handler()In_flag= (unsigned int *)0x100000;4在C语言编写的程序中，分别给出利用C语言和嵌套汇编语言打开全局中断的程序代码。答：C语言打开全局中断IRQ_globalEnable();嵌套汇编语言打开全局中断asm (“BCLR ST1_INTM”)；5给出函数int fn(long l1, long l2, long l3, int *p4, int *p5, int *p6, int *p7, int *p8, int i9, int i10)中传送参数所使用的寄存器。答：输入参数通过AC0、AC1、AC2、AR0、AR1、AR2、AR3、AR4、T0、T1传递，输出参数通过T0传送参数。6在.sine数据段中定义一个16点的正弦表，其数值采用Q15方式存放。（Q15即小数点在第15位）答：.sina.word 0,12539,23170,30273.word32767, 30273,23170,12539 .word0,-12539,-23170,-30273.word-32767,-30273,-23170,-125397在.mydata段中为a,b,c分别预留10、20、5个字的空间。答：.def _a.def _b.def _c.sect mydata_a:.space 10*16；_b:.space 20*16；_c:.space 5*16；8请给出调用图像和视频处理库所需要的.h文件和.lib文件。答：调用图像和视频处理库需要需要包含imagelib.h文件，如过采用小模式编程需要55ximage.lib，而采用大模式编程需要55ximagex.lib库。第五章1C55x的片内外设可以分为哪几类？这些片上外设可以通过什么工具完成片上外设的操作？答：可以分为时钟与定时器类、外部设备连接接口、信号采集和通信接口类以及其他外设。用户可以通过片上外设支持库完成外设的操作，片上外设支持库为用户提供了控制片上外设的函数、宏等工具，用户可以通过程序或者DSP/BIOS完成这些函数和宏的调用。2片上外设支持库具有什么特点？答：1）采用标准协议对外设进行编程。片上外设支持库采用标准协议实现片上外设的编程，这些协议包括数据类型、定义外设配置的宏定义，以及实现各种外设操作的函数等；2）基本资源管理。可以通过程序实现多通道外设的资源管理；3）设备的符号描述。片上外设支持库通过对外设寄存器和寄存器域的符号定义，使得程序在不同DSP之间的移植变得容易，而当DSP的版本发生升级时，可以最大程度减少程序的修改。3如何测试时钟发生器是否正常工作？答：（1）检查DSP的时钟输入引脚CLKIN、时钟输出引脚CLKOUT和时钟模式引脚CLKMD连接是否正确，正常情况下CLKIN应接时钟源，而CLKMD应拉高或拉低，CLKOUT应是信号输出引脚；（2）系统加电后测量CLKIN引脚时钟输入是否正常，信号的高低电平及占空比是否满足需要；（3）在没有进行软件设置的情况下，DSP在复位后CLKOUT的输出直接受CLKMD控制，当CLKMD为高，CLKOUT的输出频率将等于CLKIN的频率，CLKMD为低则CLKOUT输出将等于CLKIN的频率的1/2；（4）如果以上步骤运行正常，则利用软件设置CLKMD寄存器，使时钟产生器工作于PLL锁相环模式下，此时再检测CLKOUT信号，查看锁相环是否正常工作。4设数字信号处理器定时器输入时钟频率为100MHz，如果要求定时器发送中断信号或同步事件信号的频率为1000次每秒，需要如何对定时器进行设置？答：根据公式 输入时钟频率为100MHz，由于TDDR为4位，这里我们把TDDR设为9，则PRD为9999。5为了完成McBSP串口的测试，需要其在回环模式下工作，试画出回环模式工作框图。答：DXDRRSR1RBR1XSR1扩展压缩DRR1DXR16系统需要通过EHPI接口完成引导，在该引导模式下需要如何对通用引脚进行设置？答：在EHPI引导模式下，BOOTM3:0的值为1101B,下面给出通过GPIO设置DSP上电方式示意图。7如何对通用输入输出引脚进行测试？答：（1）输入口测试输入口测试步骤如下：1）通过I/O方向寄存器IODIR设置某一个引脚为输入方向；2）在已设置为输入方向的引脚上外加LVTTL信号；3）DSP访问I/O数据寄存器IODATA查看引脚上的逻辑电平，与外加LVTTL电平比较来测试输入口是否工作正常。（2）输出口测试输入口测试步骤如下：1）通过I/O方向寄存器IODIR设置某一个引脚为输出方向；2）在I/O数据寄存器IODATA上设置这个引脚的逻辑电平；3）测量引脚的电平，与设置的逻辑电平相比较来检测输出口是否正常工作。8DMAGCR寄存器中的EHPIEXCL位设置为0或1时有何区别？答：当EHPIEXCL=0，HPI和DMA通道共享DARAM、SARAM和EMIF；当EHPIEXCL=1，HPI独占DARAM和SARAM，DMA通道只能访问EMIF和外设。第六章1 CCS集成开发环境有哪些功能？答：CCS的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等功能，而且支持C和汇编混合编程，其主要功能如下。集成可视化代码编辑界面：可直接编写C、汇编、C和汇编混合、.H文件、.cmd文件等；集成代码生成工具：包括汇编器、优化C编译器、链接器等，将代码的编辑、编译、链接和调试等功能集成到一个开发环境中；基本调试工具：可以装入执行代码(.out文件) ，查看寄存器窗口、存储器窗口、反汇编窗口和变量窗口，并且支持C源代码级调试；断点工具：能在调试程序的过程中，设置软件断点、硬件断点、数据空间读/写断点、条件断点（使用GEL编写表达式）等；探针调试工具（probe points）：可用于算法仿真，数据监视等；性能分析工具(profile points)：可用于评估代码执行的时钟数；实时分析和数据可视化工具：例如：数据的图形显示工具，可绘制时域/频域波形、眼图、星座图、图像等，并具有自动刷新功能（使用Animate命令运行）；GEL工具：用户利用GEL扩展语言可以编写自己的控制面板/菜单，设置GEL菜单选项，可方便直观地修改变量，配置参数等；支持实时数据交换RTDX（Real Time Data Exchange）技术：该技术可在不中断目标系统运行的情况下，实现DSP与其他应用程序(OLE)的数据交换；提供DSP/BIOS工具：增强对代码的实时分析能力，如分析代码执行的效率、调度程序执行的优先级、方便管理或使用系统资源（代码/数据占用空间，中断服务程序的调用，定时器使用等），从而减少了开发人员对硬件资源熟悉程度的依赖性；支持多DSP的调试。2 在CCS集成开发环境中可以使用的仿真设备包括哪些？答：仿真设备包括软仿真器（Simulator）、各种硬仿真器（Emulator）、TI或第三方公司提供的DSP初学者套件（DSK）和DSP评估板（EVM）等。3 CCS的所有窗口都含有一个关联菜单，如何打开一个窗口的关联菜单？答：只要在该窗口中单击右键，就可以打开关联菜单。4 CCS为用户提供了哪几种常用的工具条？答：常用工具条包括：标准工具条、编辑工具条、项目工具条和调试工具条。5 怎样创建一个新的工程项目？答：工程项目的创建过程包括：（1）在主菜单“Project”中选择“New”选项，弹出下图所示的对话框。（2）在“Project Name”域中输入要创建的项目名，在“Location”域输入或选择将要创建的工程项目所处的目录，对于每个新建的工程项目，最好建立不同的目录。（3）从“Project”下拉列表中选择要创建的工程项目的配置（可执行程序.out或目标库函数.lib）。（4）在“Target”下拉列表中选择将要创建的工程项目所对应的目标器件系列（TMS320C54xx、TMS320C55xx、TMS320C62xx等）。（5）单击“Finish”按钮就完成了一个工程项目的创建。6 如果工程文件是基于C语言编写的，怎样向工程项目中添加运行时支持库？答：在主菜单中选择“Project”中的“Add Files to Project”选项，或在工程项目浏览窗口单击项目名，在弹出的对话框中选择“Add Files”选项。在弹出的对话框中选择要添加文件的目录，在CCS的安装目录“c5500cgtoolslib”下，在添加文件对话框的“文件类型”下拉列表中要选择“Object and Library Files（*.o*,*.l*）”，向工程里添加“rts55x.lib”或“rts55.lib”文件。7 在调试程序时，经常使用断点，它的作用是什么？怎样设置和删除断点？答：程序运行过程中如果遇到断点，就会暂时停止运行，回到调试状态。用户可以通过查看变量、图形等方式，发现程序中的错误。断点可以设置在源代码行上，也设置在反汇编窗口中的指令行上。有三种方法可以快速地设置断点。 在反汇编窗口或含有C/C+的源代码窗口中，将光标移动到需要设置断点的指令行上，单击右键，在弹出的菜单中选择“Toggle breakpoint”命令，在本行左边会出现红色标记，表示此处有断点。 在反汇编窗口，双击要设置断点的指令行，在源代码窗口，双击指令行左边的页边，即可完成断点的设置。 可以单击工具条上的按钮来添加断点。可以以下使用任何一种方法删除断点。l 在反汇编窗口或含有C/C+的源代码窗口中，将光标移动到需要已经设有断点的指令行上，单击右键，在弹出的菜单中选择“Toggle breakpoint”命令来取消断点。l 在反汇编窗口，双击已经设有断点的指令行，在源代码窗口，双击设有断点的指令行左边的页边，即可取消断点。l 可以单击工具条上的按钮来删除断点。l 选择“Debug”菜单中“Breakpoints”命令，出现如图6-38所示的“Break/Probe Points”对话框，在断点列表中选择要删除的断点，单击“Delete”按钮，单击“OK”按钮即可。8 什么是探针点？它的作用是什么？怎样设置和删除探针点？答：探针点（Probe Point）是CCS中比较有特色的工具，程序运行到探针点会执行特定的操作，如刷新图形、文件输入/输出等。有两种方法可以很方便地设置探针点：将光标移动到需要设置探针点的位置，单击右键，在弹出的菜单中选择“Toggle Probe Point”命令，该行最左边将出现一个蓝色菱形探针点标志；或单击项目工具条上的按钮 完成探针点的设置。探针点的删除：在反汇编窗口或含有C/C+的源文件中，将光标移动到已设置探针点的位置，单击右键，在弹出的菜单中选择“Toggle Probe Point”命令即可删除探针点；或单击项目工具条上的按钮 删除探针点。单击项目工具条上的按钮可以删除所有探针点。第七章1如果电源芯片TPS54110的输出电压为1.4V，应如何设置R1、R2的电阻阻值？答：根据公式 如果R2为3.92K,将值带入公式，最后得到R1为6.86 K。2请给出TMS320VC5510的上电加载方式。答：TMS320VC5510的上电加载方式有SPI口加载方式，EMIF口加载方式、EHPI口加载方式和McBSP口加载方式。3C55x系列处理器在使用TLC5510完成并行采样时可以采用哪几种方式读取采样数据？答：处理器读取采样数据可以通过两种方式进行，即中断方式或者DMA方式。4简述采用DMA方式完成TLC5510数据采集的特点和优点。答：DMA方式是把INT3引脚的低电平信号作为DMA同步事件，由它引发DMA传送，从而将采样数据导入处理器存储器，该方式的优点是不需处理器干预，并且在数据区存满后还可向DSP发出中断通知数据区满。5如果选取MAX5101进行数模转换，如果供电电压为3.3V，输出数值N B为143，这时MAX5101的输出电压为多少？答：根据公式VOUT = (NB VDD) / 256计算得到1.843V。6如果TLV320AIC23的输入时钟为18.432MHz，而使用的采样率为48KHz，需要对输入时钟进行多少分频才能得到所要的采样率？答：分频数18.432/0.048=384所有需要对输入时钟进行384倍分频能够得到48KHz采样率。第八章1请利用CCS的Simulate软件仿真器计算x(n) = 3，11，7，0，-1，4，2和h(n) = 2，3，0，-5，2，1卷积的结果y(n)。2简述有限冲激响应滤波器（FIR）的优缺点。答：有限冲激响应滤波器有如下优点。容易实现线性相位：只要保证系数的偶对称，就可很容易实现线性相位。可以实现任意形状滤波器：通过窗函数法可以方便的实现多通带、多阻带滤波器。稳定性好：因为FIR滤波器没有反馈，是自然稳定的。但FIR滤波器也有一些缺点：设计FIR滤波器无法直接设定阻带衰减指标：为了达到阻带衰减指标往往要多次更改设计参数，直到通带、阻带性能达到要求；阶数较大：要满足理想的滤波器性能需要比无限冲激响应滤波器更长的阶数；过渡带性能和实时性之间存在矛盾：要使FIR滤波器的过渡带尽量小就需要较长的阶数，这就需要在过渡带性能和实时性之间寻求平衡。3利用MATLAB设计一个低通Chebyshev型滤波器，通带范围0100Hz，通带波纹3dB，阻带衰减30dB，数据采样频率为1000Hz，并利用最小的阶数来实现。4选取一段语音数据进行A率压缩，之后再解压缩，通过试听来验证A率压缩解压缩的效果。5对一幅图像进行锐化处理，并比较两幅图像的区别。