《DSP技术及应用》教学大纲

《DSP技术及应用》教学大纲课程编码：08265024课程名称：DSP技术及应用英文名称：DSPTechnologyandApplication开课学期：7学时/学分：32/2（其中实验16学时）课程类型：专业选修课开课专业：测控技术与仪器专业、电气工程及其自动化专业先修课程：数字信号处理、数字电路、C语言程序设计选用教材：《数字信号处理系统的应用和设计》上海交通大学、上海交通大学出版社2003年3月第一版主要参考书：1、DSPUser’sGuide----TMS320VC5402Fixed-pointDigitalSignalProcessor2、DSPUser’sGuide----TMS320C54XDSPMnemonicInstructionSet3、DSPUser’sGuide----TMS320C54XOptimizingCCompiler4、DSPUser’sGuide----TMS320C54XDSPEnhancedPeripherals5、李刚主编：《数字信号处理器的原理及其开发应用》，天津大学出版社2000年4月出版。6、彭启琮主编：《TMS320C54X实用教程》，电子科技大学出版社2000年1月出版。7、张雄伟等编著：《DSP集成开发与应用实例》，电子工业出版社2002年6月出版。8、吴湘淇等编著：《信号、系统与信号处理的软硬件实现》，电子工业出版社2002年3月出版。9、陈金鹰主编：《DSP技术及应用》，机械工业出版社2004年6月出版。一、课程性质、目的与任务DSP技术为当今先进的高新技术中的一种，功能非常强大，具有其它类型处理器所不具备的优异特性。目前DSP器件种类繁多，多家大型跨国公司都生产该类器件。本课程主要以美国德州仪器（TI）公司生产的TMS320系列DSP器件为主进行授课，根据应用的侧重点不同，该系列DSP器件主要涉及精密控制领域、手持式处理设备以及海量数据处理领域，每个领域都有典型的代表性器件。为实现由点带面的教学目的，课程的授课重点放在TI公司的TMS320C5000系列DSP上。本课程为大学四年级所设。如何利用好学生在处理器方面的开发经验同时又引导其走出常用处理器的开发思维方式是应该思考的问题。鉴于以上原因，利用好学生在处理器方面的开发经验逐步引导其了解DSP开发的方式方法、建立DSP设计的思维模式，便成为DSP技术教学的首要任务。其工作重心是系统讲述DSP技术的功能特点及与普通处理器的区别比较；注意与前期学习的开发知识以及相关数字信号处理领域的应用相联系；适当介绍各类相关DSP器件的特点以扩大学生的知识面；并把培养学生的设计思维能力和动手能力贯穿于整个教学过程之中；最终达到学生能够熟练掌握DSP的共性技术并能针对DSP器件做一些简单的设计开发工作的目的。二、教学基本要求1、了解DSP技术的宏观及微观含义，掌握DSP芯片的分类及应用范围。2、掌握C54X系列DSP的基本结构及存储器的组织形式。3、掌握C54X系列DSP的指令系统及基于硬件的软件开发。4、了解指令流水的概念及含义。5、系统掌握基于DSP芯片的系统设计与开发方法，主要包括Mcbsp、HPI、DMA、Timer等外设的系统硬件开发；同时了解bootloader的程序运行模式以及关键模块设计的注意事项。6、理论与实践相结合，在注重理论介绍的基础上，加强学生实验能力的培养，以理论教学促进学生对知识的掌握，以实验提高学生对知识的理解。三、各章节内容及学时分配第一章DSP概述（1学时）教学目的与要求明确DSP并非仅指DSP处理器（DigitalSignalProcessor），而是数字信号处理(DigitalSignalProcessing)系统的一部分，使学生了解数字信号处理的一般方法，进而了解数字信号处理系统的结构组成。最后引出DSP处理器，通过对DSP应用范围的介绍，说明DSP的广泛应用前景。教学内容一、数字信号处理的优点二、数字信号处理方法三、数字信号处理系统构成四、典型数字信号处理系统结构图五、DSP的广泛应用领域考核要求了解：数字信号处理的优点、方法及其应用领域理解：典型数字信号处理的系统结构图掌握：数字信号处理系统构成第二章DSP基础（1学时）教学目的与要求使学生了解有关DSP的硬件结构、软件特征、对DSP的性能评估以及DSP的历史和发展趋势，最后引出TI公司生产的各个DSP系列，并简要介绍各系列的性能特点与应用领域。教学内容一、DSP的硬件结构二、存储器配置三、CPU结构四、片上外设五、DSP的软件特征六、DSP的发展历史七、TI公司的DSP各系列及其特点与应用领域考核要求了解：DSP的发展历史及其指令集特点、TI的各系列DSP理解：DSP的硬件结构掌握：存储器配置、CPU结构第三章C54X系列DSP系统结构（4学时）教学目的与要求使学生能够熟练掌握DSP的多总线哈佛结构，存储器组织以及DSP的中央处理单元教学内容一、改进的哈佛总线结构1、该结构的原理图2、哈佛总线结构在数字处理方面的突出优点二、存储器组织1、存储器配置标志位2、存储器空间三、中央处理单元1、CPU状态和控制寄存器（ST0、ST1、PMST）2、算术逻辑单元（ALU）3、累加器（A、B两个，40位）4、桶形移位器5、乘加器（硬件乘法器）6、比较选择存储单元（CSSU）7、指数编码器考核要求了解：哈佛总线结构的原理理解：改进的哈佛结构在数字信号处理方面的突出优点掌握：C54X系列DSP的存储器组织特点，以及该系列DSP中央处理单元各部分的特点第四章DSP的寻址方式（2学时）教学目的与要求使学生能够熟练掌握DSP的数据寻址方式、程序寻址方式以及DSP的流水线工作模式教学内容一、数据寻址方式1、大模式（bigendian）与小模式（littleendian）32位数访问的区别2、六种数据寻址方式二、程序寻址方式1、三种方式下程序地址的产生2、影响PC的操作三、流水线该系列DSP的六级指令流水线模式考核要求了解：流水线的概念理解：流水线运行模式及大、小模式32位数访问的区别掌握：数据寻址方式第五章DSP编程基础（2学时）教学目的与要求使学生能够了解掌握DSP的汇编指令集、代码组织结构、简单DSP程序设计以及汇编程序优化问题。教学内容一、汇编指令集1、指令系统概述2、指令的分类介绍二、代码组织结构1、段的概念2、编译器对段的处理3、连接器对段的处理4、程序的重新定位与运行的重定位5、外部符号（.def,.ref,.global各自的含义）三、简单DSP程序设计四、汇编程序优化1、合理选择汇编指令2、循环结构的嵌套和延迟选项的使用3、双寻址语句和并行语句4、特殊语句的运用5、循环缓存的利用考核要求了解：汇编指令的分类理解：指令系统、汇编程序的优化掌握：代码的组织结构，段在代码设计中的概念和含义第六章DSP片上外围电路（2学时）教学目的与要求使学生能够熟练掌握DSP片上外设的原理与结构，为后续的系统设计工作打下良好基础教学内容一、通用输入输出（GPIO）1、跳转控制输入脚/BIO2、外部标志输出脚XF二、定时器1、软件可编程，通过设置TIM、PRD、PCR实现2、定时中断速率计算公式3、原理结构框图三、时钟产生逻辑1、内部具有振荡电路、锁相环电路以及参考时钟源2、可用外部晶振或直接用外部时钟3、通过跳线来确定系统初始时钟频率，通过软件最后倍频或分频确定系统的运行时钟频率四、多通道缓冲串口（Mcbsp）1、强大的功能特点2、结构原理图3、可产生中断信号或者DMA的事件信号4、可设置为SPI接口使用5、可复用为通用I/O引脚五、直接存储器访问（DMA）1、存储器映射寄存器访问和同址寻址方式2、DMA寄存器3、DMA中断复用（与Mcbsp和定时器的复用）4、多帧方式的数据排序5、带自动控制的循环缓冲方式（ABU）6、DMA独立的地址映射表7、增强的HPI与DMA8、DMA优先级六、外部总线1、外部总线控制单元2、等待状态发生逻辑3、有无等待周期的存储器操作区别考核要求了解：GPIO的单向性理解：各外设的功能特点掌握：各外设在系统设计时的应用第七章DSP外围设备接口（1学时）教学目的与要求使学生能够熟练掌握DSP硬件系统模块设计的一些方式方法以及设计中需要注意的问题教学内容一、DSP与A/D转换器的接口1、串行A/D的操作2、A/D转换器与DSP的连接图3、Mcbsp与DMA结合接收数据考核要求了解：通用外围设备的种类及接口规范理解：通用外围设备接口协议掌握：Mcbsp与DMA结合接收数据的方法第八章DSP的软件设计（1学时）教学目的与要求使学生在学习DSP编程基础上能够设计一般的DSP软件，了解混合编程的方法教学内容一、变量和函数名的命名规则1、说明为全局的2、自然命名与下划线前缀二、混合编程函数调用规则1、汇编程序子函数寄存器使用规则2、C语言中，状态标志的缺省值三、堆栈的使用1、栈顶对齐方式2、FRAME指令的使用四、函数调用参数传递规则考核要求理解：堆栈的使用方法掌握：变量及函数的命名规则，混合编程的函数调用规则及参数传递规则第九章DSP系统设计（2学时）教学目的与要求使学生能够熟练掌握DSP的整体系统设计方法流程，系统的自举加载以及系统设计中的关键模块电源、复位和时钟电路等教学内容一、电源，复位和时钟电路1、系统电源2、系统复位步骤3、时钟电路二、自举加载1、自举方式2、自举方式的检测次序3、自举表的生成三、系统设计流程考核要求了解：电源及系统复位理解：系统设计流程、自举加载的含义掌握：自举加载的方式以及自举表的生成四、实验1、实验目的与任务《DSP技术及应用》课程实验不仅是对理论的验证和加强而且又是对理论教学的补充，是培养学生工程实践能力的必要途径，在素质教育中有不可替代的作用。通过实验使学生能够全面掌握数字信号处理器芯片结构和指令系统，熟练掌握典型DSP的开发技术和应用系统设计的基本工程方法。加深对DSP技术的理解和应用技能。2、实验教学基本要求A、掌握DSP的集成开发环境CCS的设置与操作，C5400系列汇编语言程序的基本格式，程序编译、链接、运行和调试的基本过程B、熟悉用C和汇编混合编程的方法及掌握混合编程的调试C、理解数字信号处理理论及在DSP上的实现D、在锻炼学生基本技能的基础上有选择的给出一些创新性实验，进一步提高开发技能3、实验教材或指导书《DSP技术及应用实验教学指导书》4、实验项目一览表序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1CCS操作CCS基本操作验证实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修2混合编程数学运算设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修3FFT变换FFT汇编实现设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修4FIR滤波FIR的C实现设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修5自举加载自举加载的实现过程设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修6Codec操作A/D、D/A及Mcbsp设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修7DMA操作数据传输设计实验2PC机、DSP实验包地质宫330必修8UART传输串口输入输出设计实验2PC机