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FIR数字滤波器在TMS320VC54xDSP上的实现(2)

4   FIR滤波器在DSP上的实现
对于系数对称的FIR滤波器,由于其具有线性相位特征,因此应用很广,特别实在对相位失真要求很高的场合,如调制解调器(MODEM)。
例如:一个N=8的FIR滤波器,若a(n)=a(N-1-n),就是对称FIR滤波器,其输出方程为:
y(n)= a0x(n)+ a1x(n-1)+ a 2x(n-2)+ a 3x(n-3)+ a 3x(n-4)+ a 2x(n-5)+ a1x(n-6)+ a0x(n-7)总共有8次乘法和7次加法,
如果改写成: y(n)= a0 [x(n)+ x(n-7)]+ a1 [ x(n-1)+ x(n-6)]+ a 2 [ x(n-2)+ x(n-5)]+ a 3 [ x(n-3)+ x(n-4)]则变成4次乘法和7次加法。可见,乘法运算的次数减少了一半。这是对称FIR的又一个优点。
对称FIR滤波器C54X实现的要点如下:
(1)数据存储器中开辟两个循环缓冲算区:新循环缓冲区中存放新数据,旧循环缓冲区中存放老数据。循环缓冲区的长度为N/2。
    (2)设置循环缓冲区指针:AR2指向新循环缓冲区中最新的数据,AR3指向旧循环缓冲区中最老的数据。
    (3)在程序存储器中设置系数表。
    (4)AR2+ AR3 AH(累加器A的高位),AR2-1AR2,AR3-1 AR3
    (5)将累加器B清零,重复执行4次(i=0,1,2,3):AH*系数ai+B B,系数指针(PAR)加1。AR2+ AR3AH,AR2和AR3减1。
    (6)保存和输出结果。
    (7)修正数据指针,让AR2和AR3分别指向新循环缓冲区中最老的数据和旧循环缓冲区中最老的数据。
    (8)用新循环缓冲区中最老的数据替代旧循环缓冲区中最老的数据,旧循环缓冲区指针减1。
    (9)输入一个新的数据替代新循环缓冲区中最老的数据。
     重复执行第(4)至(9)步。
     在编程中要用到FIRS(系数对称有限冲击响应滤波器)指令,其操作步骤如下:
         FIR    Xmem,Ymem,Pmem
         执行   Pmad PAR
                当(RC)≠0
                (B)+(A(32-16))×(由PAR寻址Pmem)B
                ((Xmem)+(Ymem))<<16A
                (PAR)+1PAR
                (RC)-1RC
    FIRS指令在同一个及其周期内,通过C和D总线读2次数据存储器,同时通过P总线读一个系数
    本文对FIR滤波器在DSP上的实现借助了MATLAB,其设计思路为:
(1)MATLAB环境下产生滤波器系数和输入的数据,并仿真滤波器的滤波过程,可视化得到滤波器对动态输入数据的实时滤波效果;
(2)将所得滤波器系数直接导入CCStudio中,再把滤波器的输入数据作为CCStudio设计的滤波起的输入测试数据存储在C54x数据空间中;
    (3)在CCStudio环境下结合FIR滤波的公式适用汇编语言设计FIR滤波程序,使用MATLAB产生的滤波器系数和输入测试数据进行计算,把输入数据和滤波结果借助CCStudio菜单中的View/Graph/Time/Frequency子菜单用图形方式显示出来(结果如图2);
图2 (a)输入数据(Input)
图2(b)滤波后的数据(Output)
    将FIR滤波的入口数据地址改为外部I/O空间或McBSP口的读写数据地址,或数据空间内建缓冲地址;将FIR滤波的结果数据地址改为外部I/O空间或McBSP口的输出数据地址,或数据空间内建缓冲地址,则完成了基于C54xDSP的实时数据FIR滤波程序。
参考文献:
[1] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社 1999年
[2] 孙宗瀛,谢鸿林.TMS320C5xDSP原理设计与应用[M].北京:清华大学出版社.2002年
[3] 陈亚勇等 编著.MATLAB信号处理详解[M].北京:人民邮电出版社.2001年
[4] Texas Instruments.TMS320C54x Assembly Language Tools User’s Guide
[5] Texas Instruments.TMS320C54x DSP Programmer’s Guide

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