資料介紹
l 引 言
隨著信息技術和計算機技術的飛速發展,數字信號處理技術在眾多領域得到廣泛應用。數字濾波器由于其精度高、穩定性好、使用靈活等優點,廣泛應用在各種數字信號處理領域。數字濾波器根據沖擊響應函數的時域特性,可以分為FIR(有限長沖擊響應濾波器)和IIR(無限長沖擊響應濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比,具有嚴格的線性相位,幅度特性可任意等優點。而且,FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的,故一定是穩定的,他又可以用快速傅里葉變換(FFT)算法來實現過濾信號,可大大提高運算效率。
Matlab輔助DSP開發實現的關鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發工具CCS把DSP中間結果先保存,再調入Matlab工作空間與:Matlab仿真中間結果比較,以此發現DSP程序的不足,這需要反復操作,比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發的.Matlab Link for CCS開發工具(CCSLink),實現了在.Matlab,TICCS開發環境和DSP硬件問的雙向連接,開發者可以利用Matlab強大的數據處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標DSP中的數據,可以大大簡化DSP軟件開發的分析、調試和驗證過程,縮短軟件開發周期。
2 Matlab與CCS及目標DSP間的連接
Matlab可通過3種方式與CCS、目標DSP進行連接、數據交換。CCSLink提供了3種連接對象:
與CCS的連接對象 可從Matlab命令窗運行CCS中的應用程序,向目標DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數據,檢查DSP狀態,開始/停止目標DSP中運行的程序。
與RTDX(實時數據交換)的連接對象 使Matlab與目標DSP直接通信,Matlab可以實時地向目標DSP取出/發送數據,并不停止DSP中正在執行的程序。
嵌入式對象 在Matlab環境中創建,該對象可代表嵌入在目標C程序中的變量,由其可以直接對嵌入在目標DSP存貯器/寄存器中的變量進行操作。
下面利用Matlab與CCS及目標DSP的連接利用Matlab輔助DSP實現一個低通FIR數字濾波器并把實現的濾波結果和Matlab中仿真的濾波結果進行比較。
3 Matlab輔助DSP實現FIR過程
Matlab輔助DSP實現FIR,其總體過程為在DSP中編寫處理程序;在Matlab中利用濾波器設計、分析工具(FDATool),根據指定的濾波器性能快速設計一個FIR,然后把濾波器系數以頭文件形式導人CCS中,頭文件中含濾波器階數和系數數組,在Matlab中調試、運行DSP程序并顯示、分析處理后的數據。使用該方法,便于采用C語言來實現程序。頭文件名不變,當Matlab中設計的濾波器系數改變時,相應頭文件中系數也改變,方便了程序調試、仿真。
3.1在CCS中編寫處理程序
在CCS IDE中建立fir.pjt工程,用C語言編寫處理主程序fir.c,利用匯編語言文件,來定義中斷服務程序。另外根據板上的存儲器配置方式,編寫存儲器配置文件(.cmd文件),編譯、鏈接,生成可執行文件(fir.out文件),加載到目標DSP程序存儲器中。
3.2利用FDATool設計FIR濾波器
FIR濾波器設計方法有很多種,利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來設計是經常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標來快速設計FIR或者IIR濾波器,他是一種圖形設計界面。
指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass),指定階數為30,采樣頻率F,為5 000 Hz,截止頻率為400 Hz。打開FDATool界面(在Matlab命令窗輸入fdat00l),選FIR(Window),用Hamming窗方法;菜單Edit-》Convert Structure,選Direct Form FIR,即濾波器結構為直接I型;菜單Analysis用來選擇不同的分析顯示方式,如幅度響應、相位響應、脈沖響應、階躍響應、濾波器系數等。指定完設計參數后單擊按鈕Design Filter,生成濾波器系數。FDATool界面如圖1所示。
把生成的濾波器系數傳到目標DSP中有兩種方式,一種把濾波器系數輸入到一個C頭文件,在所建工程中添加該C頭文件,另一種直接把生成的濾波器系數加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。
選擇菜單Targets-》Export to Code Composer Studio(tm)IDE,打開Export to C Header File對話框,選擇C header file,指定變量名(濾波器階數和系數向量),輸出數據類型可選浮點型或32 b,16 b整型等,根據自己安裝選擇目標板板號和處理器號,單擊OK,保存該頭文件,需指定文件名(filtercoeff.h)和路徑(保存在c:\ti\myprojects\fir工程中)。打開fir工程文件夾,該濾波器系數頭文件filtercoeff.h已含在工程中。該頭文件用到Matlab中的tmwtypes.h文件,需把該文件也包含在工程中,還要在fir.c文件中聲明包含濾波器參數頭文件,即:
#include〃filtercoeff.h〃
然后編譯、鏈接工程,添加的頭文件自動在工程目錄中顯示,目標DSP自動為濾波器系數分配相應的存貯空間。打開文件filtercoeff.h查看生成的濾波器系數,可看到系數是對稱的,這由所選濾波器類型而定。
隨著信息技術和計算機技術的飛速發展,數字信號處理技術在眾多領域得到廣泛應用。數字濾波器由于其精度高、穩定性好、使用靈活等優點,廣泛應用在各種數字信號處理領域。數字濾波器根據沖擊響應函數的時域特性,可以分為FIR(有限長沖擊響應濾波器)和IIR(無限長沖擊響應濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比,具有嚴格的線性相位,幅度特性可任意等優點。而且,FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的,故一定是穩定的,他又可以用快速傅里葉變換(FFT)算法來實現過濾信號,可大大提高運算效率。
Matlab輔助DSP開發實現的關鍵是建立Matlab與DSF 間的連接。以往一般是由開發工具CCS把DSP中間結果先保存,再調入Matlab工作空間與:Matlab仿真中間結果比較,以此發現DSP程序的不足,這需要反復操作,比較麻煩。Math Works公司和TI公司共同開發的.Matlab Link for CCS開發工具(CCSLink),實現了在.Matlab,TICCS開發環境和DSP硬件問的雙向連接,開發者可以利用Matlab強大的數據處理、分析、可視化功能來處理CCS和目標DSP中的數據,可以大大簡化DSP軟件開發的分析、調試和驗證過程,縮短軟件開發周期。
2 Matlab與CCS及目標DSP間的連接
Matlab可通過3種方式與CCS、目標DSP進行連接、數據交換。CCSLink提供了3種連接對象:
與CCS的連接對象 可從Matlab命令窗運行CCS中的應用程序,向目標DSP的存貯器、寄存器讀出/寫人數據,檢查DSP狀態,開始/停止目標DSP中運行的程序。
與RTDX(實時數據交換)的連接對象 使Matlab與目標DSP直接通信,Matlab可以實時地向目標DSP取出/發送數據,并不停止DSP中正在執行的程序。
嵌入式對象 在Matlab環境中創建,該對象可代表嵌入在目標C程序中的變量,由其可以直接對嵌入在目標DSP存貯器/寄存器中的變量進行操作。
下面利用Matlab與CCS及目標DSP的連接利用Matlab輔助DSP實現一個低通FIR數字濾波器并把實現的濾波結果和Matlab中仿真的濾波結果進行比較。
3 Matlab輔助DSP實現FIR過程
Matlab輔助DSP實現FIR,其總體過程為在DSP中編寫處理程序;在Matlab中利用濾波器設計、分析工具(FDATool),根據指定的濾波器性能快速設計一個FIR,然后把濾波器系數以頭文件形式導人CCS中,頭文件中含濾波器階數和系數數組,在Matlab中調試、運行DSP程序并顯示、分析處理后的數據。使用該方法,便于采用C語言來實現程序。頭文件名不變,當Matlab中設計的濾波器系數改變時,相應頭文件中系數也改變,方便了程序調試、仿真。
3.1在CCS中編寫處理程序
在CCS IDE中建立fir.pjt工程,用C語言編寫處理主程序fir.c,利用匯編語言文件,來定義中斷服務程序。另外根據板上的存儲器配置方式,編寫存儲器配置文件(.cmd文件),編譯、鏈接,生成可執行文件(fir.out文件),加載到目標DSP程序存儲器中。
3.2利用FDATool設計FIR濾波器
FIR濾波器設計方法有很多種,利用Matlab中的FDATool(Filter Design & Analysis TOO1)來設計是經常被使用到的一種。FDATool是通過指定濾波器的性能指標來快速設計FIR或者IIR濾波器,他是一種圖形設計界面。
指定FIR濾波器為低通濾波器(Lowpass),指定階數為30,采樣頻率F,為5 000 Hz,截止頻率為400 Hz。打開FDATool界面(在Matlab命令窗輸入fdat00l),選FIR(Window),用Hamming窗方法;菜單Edit-》Convert Structure,選Direct Form FIR,即濾波器結構為直接I型;菜單Analysis用來選擇不同的分析顯示方式,如幅度響應、相位響應、脈沖響應、階躍響應、濾波器系數等。指定完設計參數后單擊按鈕Design Filter,生成濾波器系數。FDATool界面如圖1所示。
把生成的濾波器系數傳到目標DSP中有兩種方式,一種把濾波器系數輸入到一個C頭文件,在所建工程中添加該C頭文件,另一種直接把生成的濾波器系數加到DSP存貯器中。本文采用第一種方法。
選擇菜單Targets-》Export to Code Composer Studio(tm)IDE,打開Export to C Header File對話框,選擇C header file,指定變量名(濾波器階數和系數向量),輸出數據類型可選浮點型或32 b,16 b整型等,根據自己安裝選擇目標板板號和處理器號,單擊OK,保存該頭文件,需指定文件名(filtercoeff.h)和路徑(保存在c:\ti\myprojects\fir工程中)。打開fir工程文件夾,該濾波器系數頭文件filtercoeff.h已含在工程中。該頭文件用到Matlab中的tmwtypes.h文件,需把該文件也包含在工程中,還要在fir.c文件中聲明包含濾波器參數頭文件,即:
#include〃filtercoeff.h〃
然后編譯、鏈接工程,添加的頭文件自動在工程目錄中顯示,目標DSP自動為濾波器系數分配相應的存貯空間。打開文件filtercoeff.h查看生成的濾波器系數,可看到系數是對稱的,這由所選濾波器類型而定。
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