学海网

《信号与信息处理》电子书
前言
信号与信息处理是信息科学领域中近十几年发展最为迅速的学科之一，随着信号处理理论和技术的发展，数字信号处理涉及的领域越来越广，在科学研究、军事及民用电子技术中得到了广泛得应用。在许多场合，需要实时地完成信号处理任务。完成实时信号处理的硬件平台是各种数字信号处理器(Digital Signal Processor, 简称DSP)。随着超大规模集成电路技术水平和工艺的飞速进步，DSP的处理速度也越来越快，应用领域也越来越广，数字信号处理器在各种领域的信号处理中发挥越来越大的作用。
为了适应数字信号处理的发展的要求，近几年来各DSP生产厂家不断推出各种高性能的DSP,其处理能力不断提高。ADI公司的16位定点处理器 ADSP-218X系列、16位定点处理器Blackfin系列ADSP-215XX、 32位浮点处理器SHARC系列ADSP-2106X、ADSP-2116X和最新推出的32位浮点处理器TigerSHARC系列ADSP-TS-101,可以用于不同的信号处理场合，以其良好的性能博得了用户的欢迎。
为了适应数字信号处理领域的新变化，我校从2001年开始，在相关专业的本科培养计划中，增设了基于DSP技术的数字信号处理技术及其应用实验课程。本书的作者根据多年从事DSP教学和科研的实践，在近几年教学讲义的基础上，编写了这本教材。
本书的内容可以分为是分为五部分，第一部分介绍 32位浮点处理器SHARC系列ADSP-2106X的硬件结构及其主要特征、指令系统、汇编语言和C语言程序设计方法。第二部分介绍ADI公司的16位定点处理器 ADSP-218X系列的硬件结构及其主要特征、指令系统、汇编语言和C语言程序设计方法。第三部分介绍VisualDSP++的特点和集成开发调试环境（IDDE）使用方法。第四部分介绍SHARC EZ-KIT和ADSP-218X EZ-KIT的特点、功能及其使用技巧。第五部分介绍DSP在数字信号处理中的应用，给出了大量的实验。
全书分为 章，………
本书内容简明扼要，叙述清楚，重点突出，针对性强，特别是加强了实践环节的内容。即可以作为电子类专业本科和研究生的教材和参考书，也可以作为电子类工程技术人员的从事DSP技术开发的参考读物。在使用过程中，教师可以根据需要对内容进行取舍。
本书列入了西安电子科技大学国家电子电工教学基地的教材建设规划。由郭万有老师负责编写定点处理器的有关章节，冯小平老师负责编写浮点处理器的有关章节。
孙肖子教授组织了本教材的编写工作，并且仔细审阅了全部书稿，提出了许多有益的建议和宝贵的意见。西安电子科技大学－ADI公司DSP联合实验室的老师们也提出了许多诚恳的建议。电子工程学院的硕士研究生陈寿基和李晨阳同志参加了部分资料的整理和实验开发工作。西安电子科技大学出版社的 编辑和许多同志为本书的出版付出了辛勤的劳动。在此作者对他们表示深深的感谢。
由于作者水平有限，书中必然存在一些错误，恳请读者和同行们批评指正。

作者
2003年3月
于西安电子科技大学


第1章 概述 6
1.1数字信号处理器的基本概念 6
1.2数字信号处理器的特点 6
1.3 数字信号处理器的发展历史 8
1.4 数字信号处理器的应用领域 9
1.5 ADI公司的DSP系列简介 10
第2章 SHARC系列DSP的结构与功能 12
2.1 SHARC系列DSP简介 12
2.2 SHARC系列DSP的运算单元 13
2.2.1 运算控制单元的结构 13
2.2.2 算术逻辑单元 14
2.2.3 数据格式 14
2.2.4 寄存器堆 15
2.2.5 移位器 16
2.2.6 乘法器 16
2.3 程序控制器 17
2.3.1 地址产生器 17
2.3.2 PM和DM总线 17
2.4 寄存器 18
2.4.1 通用寄存器 18
2.4.2 程序控制寄存器 18
2.4.3 地址管理寄存器 18
2.4.5 IOP寄存器 19
2.4.6 存储器映射寄存器 19
2.4.7 中断 20
2.5 存储器组织 20
2.5.1 存储器总线 21
2.5.2 存储器映射 21
2.5.3 片内存储器 22
2.5.4 多处理器存储器 23
2.5.5 片外存储器 24
2.6 片内集成的外围设备简介 24
2.6.1 主机接口 24
2.6.2 DMA控制器 25
2.6.3 串行口 26
2.6.4 链路口 26
2.6.6 多处理器接口 27
2.6.6 程序自举 28
第3章 SHARC系列的指令系统 29
3.1 寻址方式 29
3.1.1 立即寻址方式 29
3.1.2 直接寻址方式 29
3.1.3 间接寻址方式 30
3.2 SHARC系列的指令系统 31
3.2.1 SHARC系列指令的分类 31
3.2.2 SHARC指令集简介 32
3.3 计算类操作 37
3.3.1 ALU的运算指令 37
3.3.2 移位器运算 39
3.3.3 乘法器操作 40
3.3.4 多运算指令 42
3.3.5 其它类指令 44
3.4 SHARC系列汇编语言编程举例 45
3.4.1 指令的并行操作 45
3.4.2 条件执行指令 46
3.4.3 循环指令 46
3.4.4 条件循环指令 47
3.4.5 循环寻址 47
3.4.6 位反序寻址 48
3.4.7 查询状态／控制寄存器 48
第4章 SHARC系列DSP程序设计 49
4.1 概述 49
4.1 汇编语言程序设计 49
4.1.1 标识符和运算符 51
4.1.2 预处理伪指令 52
4.1.3 汇编伪指令 53
4.1.4 汇编程序举例 54
4.2 SHARC系列DSP的C 程序设计 55
4.2.1 cc21k编译器的有关概念 55
4.2.2 C/C++的实时环境 58
4.2.3 C/C++与汇编程序的接口 61
4.3 链接描述文件 68
4.3.1 一个简单的LDF 68
4.3.2 LDF的基本结构 70
4.3.3 LDF的关键字和命令 71
第5章 ADSP21XXX开发工具 VISUALDSP++ 80
5.1 开发工具及其特点 80
5.2 DSP程序开发方法 82
5.3 集成开发和调试环境IDDE 83
5.4 DEBUGGER工具 88
5.4.1 设置调试会话 88
5.4.2 程序执行操作 90
5.4.3 程序性能分析操作 90
5.4.4 设置观察点 93
5.4.5 模拟硬件环境 94
5.4.6 寄存器窗口操作 96
5.4.7 存储器窗口操作 97
5.4.8 其它窗口操作 99
5.5 VISUALDSP操作使用举例 100
第6章 ADSP-21065L EZ-KIT 板介绍 103
6.1 概述 103
6.2 ADSP-21065L EZ-KIT 电路板的资源 103
6.2.1 ADSP-21065L EZ-KIT 电路板的原理简介 103
6.22 ADSP-21065L EZ-KIT 板硬件资源 105
6.3 ADSP－21065L EZ-KIT 使用简介 109
6.3.1 概述 109
6.3.2 使用 VisualDSP++ Debugger 109
6.3.3 使用 AD1819A Cdec 作为模拟前端 113
第7章 用ADSP实现数字信号处理实验 115
7.1 数字信号处理中的几种基本算法简介 115
7.1.1 DFT和FFT 115
7.1.2 卷积、相关和FIR数字滤波器 116
7.2 实验一——VISUALDSP++的使用入门 116
7.2.1 实验一的目的 116
7.2.2 练习一——运行C程序 117
7.2.3 练习二——运行C和汇编混合程序 121
7.2.4 练习三——数据绘图(Plotting) 124
7.2.5 练习四——性能统计 127
7.3 实验二——用SIMULATOR模拟实现数字信号处理 128
7.3.1 练习一——时域卷积运算 128
7.3.2 练习二——DFT计算 132
7.3.3 练习三——时域相关计算 137
7.3.4 练习四——利用相关函数计算功率谱 140
7.4 利用ADSP-21065L EZ-KIT板实现数字信号处理 143
7.4.1 硬件环境的准备 143
7.4.2 实验三——数据采集和谱分析 145
7.4.3 实验四——信号自相关的计算 157
7.4.4 实验五——数据采集与滤波处理 161
参考文献 168