DSP原理及应用

数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）以高速数字信号处理为目标进行芯片设计，采用改进的哈佛结构、内部具有硬件乘法器、应用流水线技术、具有良好的并行性和专门用于数字信号处理的指令等特点。DSP芯片以其强大的运算能力在通信、电子、图像处理等各个领域得到了广泛的应用。

通用DSP芯片代表性的产品主要有TI公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、Motorola公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列等单片器件，其中占市场份额最大的是美国德州仪器（TI）公司。TI的定点16位TMS320C54x/54xx系列DSP芯片以其优良的性能价格比得到了广泛使用。本书对TMS320C54x/54xx DSP的原理及应用进行了介绍。

全书共8章，可以分为3个部分。

第一部分包括第1章～第4章，介绍TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件结构、工作原理、数据寻址方式以及指令系统。使读者初步了解芯片的硬件组成、结构特点及其指令系统。

第二部分包括第5章～第7章，介绍DSP应用程序的设计与开发。第5章详细介绍了基于汇编语言和C/C++高级语言程序设计的方法，包括汇编器和链接器对段的处理、常用汇编伪指令、链接器命令文件的编写与使用、汇编语言程序编写方法、TMS320C54x C语言编程以及用C语言和汇编语言混合编程。第6章介绍了美国德州仪器公司推出的CCS（Code Composer Studio）集成开发环境，主要内容包括CCS系统安装与设置、CCS菜单和工具栏、CCS中的编译器和链接器有关选项设置，最后通过具体实例介绍了CCS的基本操作与使用方法。在第5章介绍汇编语言程序设计和第6章CCS集成开发环境的基础上，第7章首先介绍了与程序流程控制有关的内容，然后用具体实例介绍了汇编语言程序设计的方法，以及在CCS环境下使用Simulator（软件模拟器）进行程序调试的基本方法，最后介绍了数字信号处理中广泛使用的FIR滤波器、IIR滤波器及FFT算法在定点C54x上的实现方法和实例程序。只要使用者安装了CCS5000系统软件，在没有DSP目标板的情况下，可以使用Simulator模拟DSP程序的运行。第7章以实例的方式循序渐进地帮助读者进一步熟悉DSP的指令系统、CCS环境下汇编语言应用程序的设计和调试方法。实例中给出了工作原理、完整的源程序及上机汇编、链接、调试过程，初学者可以按照书中给出的步骤动手操作，进行实战练习。

第三部分包括第8章，介绍了TMS320C54x/54xx系列DSP片内外设及其应用，内容包括定时器、时钟发生器、多通道缓冲串口（McBSP）、主机并口（HPI）工作原理以及外部总线操作，重点讨论了定时器、多通道缓冲串口（McBSP）工作原理，并给出了具体应用实例。

目前，高校开设这门课程一般安排40学时左右，仅仅靠课堂教学，学生是难以掌握的。不少初学者感到学习困难，自己看书看不懂或看了书仍不知如何去做题。本书是一本学习DSP的入门教材，针对初学者的学习规律，将问题分散，循序渐进。同时，书中精选了大量实例，使读者在实战中掌握DSP的应用技术。在学习过程中，开始时不必死记每条指令，只需大概了解有哪几类指令即可，通过后面章节的学习逐步了解、掌握指令的使用。DSP软件开发离不开开发工具，熟悉CCS集成开发环境是进行DSP软件开发的基础，在学习CCS中编译器、链接器的选项设置时，开始不必追究每一个选项，首先掌握常用选项设置，然后再逐步了解、掌握其他选项。深入理解掌握CCS开发环境，开发出高效的DSP软件需要经过一定时间的学习和实践。

作者在编写本书的过程中得到了南京解放军理工大学陆辉教授的大力支持和帮助，此外，刘乾、李少宇、王彬、曹珊珊、曹艳利、杨金娜、张烨、李艳丽、吴爱国、陈斌、陈谱等为本书绘制了部分插图并完成了部分文字录入工作，武汉凌特公司和南京恒缔公司提供了部分实验素材，在此一并表示衷心感谢。

本书中的源代码可以从中国水利水电出版社网站下载，网址为：http://www.waterpub.com.cn/ 。

由于作者水平有限，书中不妥和疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作者E-mail：Lili@nciae.edu.cn

作者

2004年9月

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 数字信号处理概述 1
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1
1.1.2 数字信号处理的实现 1
1.1.3 数字信号处理的特点 2
1.2 数字信号处理器概述 3
1.2.1 DSP芯片的种类 3
1.2.2 TMS320 DSP系列 3
1.2.3 DSP芯片的主要特点 4
1.2.4 DSP芯片的应用 5
思考题 6
第2章 TMS320C54x数字信号处理器硬件结构 7
2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图 7
2.2 TMS320C54x的总线结构 9
2.3 TMS320C54x的存储器分配 9
2.3.1 存储器空间 9
2.3.2 程序存储器 11
2.3.3 数据存储器 12
2.3.4 I/O存储器 13
2.4 中央处理单元（CPU） 14
2.5 TMS320C54x片内外设简介 20
2.6 硬件复位操作 21
2.7 TMS320VC5402引脚及说明 22
思考题 25
第3章 TMS320C54x的数据寻址方式 26
3.1 立即寻址 26
3.2 绝对寻址 27
3.2.1 数据存储器（dmad）寻址 27
3.2.2 程序存储器（pmad）寻址 27
3.2.3 端口地址（PA）寻址 27
3.2.4 长立即数*（lk）寻址 28
3.3 累加器寻址 28
3.4 直接寻址 28
3.5 间接寻址 29
3.5.1 单操作数寻址 29
3.5.2 双操作数寻址 32
3.6 存储器映象寄存器寻址 33
3.7 堆栈寻址 33
思考题 34
第4章 TMS320C54x汇编指令系统 35
4.1 指令系统中的符号和缩写 35
4.2 指令系统 37
4.2.1 算术运算指令 38
4.2.2 逻辑运算指令 42
4.2.3 程序控制指令 44
4.2.4 加载和存储指令 47
第5章 TMS320C54x软件开发 51
5.1 软件开发过程及开发工具 51
5.2 公共目标文件格式 53
5.2.1 COFF文件的基本单元——段 53
5.2.2 汇编器对段的处理 54
5.2.3 链接器对段的处理 58
5.2.4 重新定位 59
5.2.5 程序装入 60
5.2.6 COFF文件中的符号 61
5.3 常用汇编伪指令 61
5.4 链接器命令文件的编写与使用 64
5.4.1 MEMORY伪指令及其使用 65
5.4.2 SECTIONS伪指令及其使用 65
5.5 汇编语言程序编写方法 68
5.5.1 汇编语言源程序格式 68
5.5.2 汇编语言中的常数和字符串 69
5.5.3 汇编源程序中的符号 70
5.5.4 汇编源程序中的表达式 72
5.6 TMS320C54x C语言编程 74
5.6.1 存储器模式 74
5.6.2 寄存器规则 76
5.6.3 函数调用规则 76
5.6.4 中断处理 76
5.6.5 表达式分析 77
5.7 用C语言和汇编语言混合编程 78
5.7.1 独立的C模块和汇编模块接口 78
5.7.2 从C程序中访问汇编程序变量 80
5.7.3 在C程序中直接嵌入汇编语句 81
思考题 82
第6章 CCS集成开发环境 83
6.1 CCS系统安装与设置 83
6.1.1 CCS系统安装 83
6.1.2 为CCS安装设备驱动程序 84
6.2 CCS菜单和工具栏 85
6.2.1 菜单 86
6.2.2 工具栏 92
6.3 CCS中的编译器、汇编器和链接器选项设置 94
6.3.1 编译器、汇编器选项 94
6.3.2 链接器选项 99
6.4 用CCS开发简单的程序 101
6.5 在CCS中读取数据和数据的图形显示 103
6.5.1 探点的设置及从PC机文件中读取数据 104
6.5.2 静态图形显示 105
6.5.3 动态图形显示 106
6.6 代码执行时间分析（Profiler的使用） 107
6.6.1 函数执行时间分析 107
6.6.2 某段程序执行时间分析 108
第7章 汇编语言程序设计 109
7.1 程序流程控制 109
7.1.1 程序存储器地址生成 109
7.1.2 条件操作 110
7.1.3 分支转移 111
7.1.4 调用与返回 113
7.1.5 重复操作 114
7.1.6 TMS320C54x中断系统 116
7.1.7 堆栈的使用 120
7.2 数据块传送 121
7.3 定点数的基本算术运算 125
7.3.1 加法、减法和乘法运算 125
7.3.2 定点除法运算 132
7.4 长字运算和并行运算 134
7.4.1 长字运算 134
7.4.2 并行运算 137
7.5 FIR滤波器的DSP实现 138
7.5.1 线性缓冲区法 139
7.5.2 循环缓冲区法 140
7.5.3 系数对称FIR滤波器的DSP实现 146
7.6 IIR数字滤波器的DSP实现 149
7.7 FFT运算的DSP实现 154
7.7.1 基二实数FFT运算的算法 154
7.7.2 FFT运算模拟信号的产生及输入 157
7.7.3 实序列FFT汇编源程序及链接命令文件 157
7.7.4 观察信号时域波形及其频谱 163
思考题 164
第8章 TMS320C54x片内外设及应用实例 165
8.1 定时器 165
8.2 时钟发生器 167
8.2.1 硬件配置PLL 167
8.2.2 软件可编程PLL 168
8.3 定时器/计数器编程举例 170
8.4 多通道缓冲串口（McBSP） 174
8.4.1 McBSP原理框图及信号接口 174
8.4.2 McBSP控制寄存器 176
8.4.3 时钟和帧同步 185
8.4.4 McBSP数据的接收和发送 187
8.4.5 有关的几个概念 187
8.5 多通道缓冲串口应用实例 191
8.5.1 TLV1572高速串行ADC与TMS320C5402接口设计 191
8.5.2 TLC5617串行DAC与TMS320C5402接口设计 195
8.5.3 语音接口芯片TLC320AD50C与TMS320C5402接口设计 200
8.6 主机接口（HPI） 210
8.6.1 HPI-8接口的结构 210
8.6.2 HPI-8控制寄存器和接口信号 211
8.6.3 HPI-8接口与主机的连接框图 214
8.6.4 HPI的8条数据线作通用的I/O引脚 215
8.7 外部总线操作 216
8.7.1 软件等待状态发生器 216
8.7.2 可编程分区切换逻辑 217
8.7.3 外部总线接口定时 219
思考题 223
参考文献 224

1. DSP原理及应用（第二版） [主编 李利]